ПОЛІМОЛОЧНА КИСЛОТА: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, СИНТЕЗ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Полімолочна кислота, чия правильна назва є полі (молочною кислотою), являє собою матеріал , утворений шляхом полімеризації молочної кислоти. Він також відомий як полілактид, оскільки його можна отримати при розпаді та полімеризації лактиду, який є димером молочної кислоти.

Полі (молочна кислота) або PLA не є кислотою, це поліестер, який можна побачити в мономері, який її утворює. Це легко розкладається полімер і є біосумісним. Обидві властивості зумовлені тим, що його можна легко гідролізувати як у навколишньому середовищі, так і в організмі людини чи тварин. Крім того, його деградація не утворює токсичних сполук.

Спрощена формула полімеру молочної кислоти або полі (молочної кислоти). Полімерек. Джерело: Wikipedia Commons.

Причетність PLA до ниток швів під час хірургічних операцій відома роками. Його також застосовують у фармацевтичній промисловості в препаратах з повільним вивільненням.

Він використовується в імплантатах для людського організму і існує велика кількість досліджень щодо його використання в біологічних тканинах, а також для тривимірного (3D) друку для найрізноманітніших застосувань.

Будучи одним із найбільш біологічно розкладаються та нетоксичних полімерів, його виробники запропонували замінити цей матеріал усіма нафтопродуктами, які зараз використовуються у тисячах застосувань.

Крім того, на думку виробників, оскільки це відбувається з поновлюваних джерел, виробництво та використання PLA - це спосіб зменшити кількість CO _2, що утворюється при виробництві пластмаси з нафтохімічної галузі.

Будова

Полі- (молочна кислота) - це поліестер, тобто він має повторювані ефірні одиниці - (C = O) -OR, що можна побачити на наступному малюнку:

Структура полі (молочної кислоти) або PLA. Jü. Джерело: Wikipedia Commons.

Номенклатура

- Полі- (молочна кислота)

- Полілактид

- PLA

- Полі- (L-молочна кислота) або PLLA

- Полі- (D, L-молочна кислота) або PDLLA

- полімолочна кислота

Властивості

Фізичний стан

- Полі (D, L-молочна кислота): аморфне тверде речовина.

- Полі (L-молочна кислота): крихке або крихке прозоре напівкристалічне тверде речовина.

Молекулярна маса

Це залежить від ступеня полімеризації матеріалу.

Температура скляного переходу

Це температура, нижче якої полімер жорсткий, крихкий і крихкий і вище якого полімер стає еластичним і ковким.

- Полі (L-молочна кислота): 63 ºC.

- Полі (D, L-молочна кислота): 55 ºC.

Точка плавлення

- Полі (L-молочна кислота): 170-180 ºC.

- Полі (D, L-молочна кислота): вона не має температури плавлення, оскільки є аморфною.

Температура розкладання

227-255 ° C.

Щільність

- Аморфний: 1,248 г / см ³

- Кристалічний: 1290 г / см ³

Інші властивості

Механічні

Полі (L-молочна кислота) має більш високу механічну міцність, ніж полі (D, L-молочна кислота).

PLA легко обробляти термопластично, тому з цього полімеру можна отримати дуже тонкі нитки.

Біосумісність

Продукт його розкладання, молочна кислота, нетоксичний і повністю біосумісний, оскільки його виробляють живі істоти. У випадку з людьми він виробляється в м’язах і еритроцитах.

Біодеструкція

Він може бути термічно фракціонований гідролізом в організмі людини, тварин або мікроорганізмів, що називається гідролітичною деградацією.

Легка модифікація його характеристик

Їх фізичні, хімічні та біологічні властивості можна адаптувати за допомогою відповідних модифікацій, кополімеризації та щеплення.

Синтез

Вперше його отримали в 1932 р. Нагріванням молочної кислоти під вакуумом. Молочна кислота HO-CH3-CH-COOH - це молекула з хіральним центром (тобто атом вуглецю, приєднаний до чотирьох різних груп).

З цієї причини у нього є два енантіомери або спікулярні ізомери (це дві молекули, однакові, але з різною просторовою орієнтацією їх атомів).

Енантіомери - це L-молочна кислота та D-молочна кислота, які відрізняються один від одного тим, як відхиляють поляризоване світло. Вони є дзеркальними зображеннями.

Енантіомери молочної кислоти. Зліва: L-молочна кислота. Праворуч: D-молочна кислота. す じ に く シ チ ュ ー. Джерело: Wikipedia Commons.

L-молочна кислота отримується в результаті бродіння мікроорганізмами природних цукрів, таких як патока, картопляний крохмаль або кукурудзяна декстроза. Це в даний час кращий спосіб її отримання.

Коли полі (молочна кислота) готується з L-молочної кислоти, отримують полі (L-молочну кислоту) або PLLA.

З іншого боку, коли полімер готують із суміші L-молочної кислоти та D-молочної кислоти, отримують полі- (D, L-молочну кислоту) або PDLLA.

У цьому випадку кислотна суміш являє собою комбінацію в рівних частинах енантіомерів D і L, отриману синтезом з етилену нафти. Ця форма отримання сьогодні рідко використовується.

PLLA та PDLLA мають дещо різні властивості. Полімеризацію можна проводити двома способами:

- Утворення проміжного продукту: циклічний димер, який називається лактидом, полімеризацією якого можна керувати і можна отримати продукт з бажаною молекулярною масою.

Лактидна полімеризація для отримання PLA. Jü. Джерело: Wikipedia Commons. - Пряма конденсація молочної кислоти у вакуумних умовах: при цьому утворюється полімер низької або середньої молекулярної маси.

Порівняння двох форм синтезу PLA. RLM0518. Джерело: Wikipedia Commons.

Використання в медицині

Продукти його деструкції нетоксичні, що сприяє його застосуванню в цій галузі.

Шви

Основна вимога до ниток швів полягає в тому, щоб вони утримували тканини на місці, поки природне загоєння не забезпечить міцну тканину в місці стику.

З 1972 року виготовляють шовний матеріал під назвою Вікрил - дуже міцну нитку або нитку, що біоабсорбується. Ця нитка виготовлена ​​з сополімеру гліколевої та молочної кислоти (90:10), який швидко гідролізується в місці шва, тому легко засвоюється організмом.

Підраховано, що в організмі людини ПЛА деградує 63% приблизно за 168 днів і 100% за 1,5 року.

Фармацевтичне застосування

Біодеструкція PLA робить його корисним для контрольованого вивільнення лікарських засобів.

У більшості випадків препарат вивільняється поступово через гідролітичну деградацію та морфологічні зміни резервуару (виготовленого з полімером), який містить лікарський засіб.

В інших випадках препарат повільно вивільняється через полімерну мембрану.

Імплантати

PLA показав свою ефективність у імплантатах та опорах для людського організму. Хороші результати отримані при фіксації переломів та остеотомій або операцій на кістках.

Інженерія біологічних тканин

В даний час проводиться багато досліджень щодо застосування ПЛА при реконструкції тканин і органів.

Нитки PLA розроблені для регенерації нервів у паралізованих пацієнтів.

PLA-волокно попередньо обробляється плазмою, щоб зробити його сприйнятливим до росту клітин. Кінці нерва, що підлягає відновленню, з'єднуються за допомогою штучного сегмента PLA, обробленого плазмою.

На цьому сегменті висівають спеціальні клітини, які будуть рости і заповнювати порожнечу між двома кінцями нерва, приєднуючись до них. З часом підтримка PLA зношується, залишаючи безперервний канал нервових клітин.

Він також застосовувався при реконструкції сечових міхурів, виступаючи в якості риштування або платформи, на яку засівають уротеліальні клітини (клітини, що покривають сечовий міхур та органи сечовидільної системи) та клітини гладкої мускулатури.

Використання в текстильних матеріалах

Хімія PLA дозволяє контролювати певні властивості волокна, які роблять його придатним для найрізноманітніших текстильних виробів, одягу та меблів.

Наприклад, його здатність поглинати вологу, і в той же час низьке утримання вологи та запахів, робить її корисною для виготовлення одягу для спортсменів високої продуктивності. Він гіпоалергенний, не подразнює шкіру.

Він працює навіть для одягу для домашніх тварин і не потребує прасування. Він має низьку щільність, тому легший, ніж інші волокна.

Він надходить з поновлюваних джерел, його виробництво коштує недорого.

Різні програми

PLA підходить для виготовлення пляшок для різних цілей (шампунь, соки та вода). Ці пляшки мають блиск, прозорість і чіткість. Крім того, PLA є винятковим бар’єром для запахів та ароматів.

Однак це використання для температури нижче 50-60 ºC, оскільки воно, як правило, деформується при досягненні цих температур.

Його використовують у виробництві одноразових тарілок, чашок і посуду, а також харчових ємностей, таких як йогурт, фрукти, макарони, сир тощо, або пінопластових лотків для упаковки свіжої їжі. Він не вбирає жир, олію, вологу і володіє гнучкістю. Відходи PLA можна компонувати.

Соломинки, соломки або соломки PLA. Ф. Кесселрінг, ФКуР Вілліх. Джерело: Wikipedia Commons.

Він також використовується для виготовлення тонких простирадлів для пакування продуктів, таких як картопляні чіпси або інші продукти.

Упаковка PLA для цукерок. Ф. Кесселрінг, ФКуР Вілліх. Джерело: Wikipedia Commons.

З його допомогою можна зробити електронні картки для транзакцій та картки ключів готельного номера. Карти PLA можуть відповідати особливостям безпеки та дозволяти застосовувати магнітні стрічки.

Він широко використовується для виготовлення коробок або чохлів з дуже делікатних виробів, таких як електронні пристрої та косметика. Класи, спеціально підготовлені для цього використання, використовуються шляхом з'єднання з іншими волокнами.

Пінопласт може бути виготовлений з PLA для використання в якості амортизуючого матеріалу для доставки делікатних інструментів або предметів.

Він використовується для виготовлення іграшок для дітей.

Використання в машинобудуванні та сільському господарстві

PLA використовується для зливу на будівельних майданчиках, будівельних матеріалів для підлоги, таких як килими, ламінат та настінні шпалери, для килимів та тканин для подушок автомобілів.

Її використання знаходиться на стадії розробки в електроенергетиці як покриття для струмопровідних проводів.

Серед його застосувань - це сільське господарство, виготовляють ґрунтозахисні плівки PLA, які дозволяють контролювати бур’яни та сприяють утриманню добрив. Плівки PLA біологічно розкладаються, вони можуть бути закладені в грунт в кінці врожаю і таким чином забезпечити поживні речовини.

Ґрунтова захисна плівка PLA у посівах. Ф. Кесселрінг, ФКуР Вілліх. Джерело: Wikipedia Commons.

Останні дослідження

Додавання нанокомпозитів до PLA вивчається для поліпшення деяких його властивостей, таких як термостійкість, швидкість кристалізації, загальмованість полум'я, антистатичні та електропровідні характеристики, анти-УФ та антибактеріальні властивості.

Деяким дослідникам вдалося підвищити механічну міцність та електропровідність PLA шляхом додавання наночастинок графену. Це значно збільшує програми, які може мати PLA стосовно 3D друку.

Іншим вченим вдалося розробити судинний пластир (відновити артерії в людському організмі) шляхом трансплантації органофосфат-фосфорилхоліну на лісу або платформу PLA.

Судинний пластир демонстрував такі сприятливі властивості, що вважаються перспективними для інженерії судинної тканини.

Його властивості включають той факт, що він не виробляє гемоліз (розпад еритроцитів), він не токсичний для клітин, він чинить опір адгезії тромбоцитів і має хорошу спорідненість з клітинами, що лінійють кровоносні судини.

Список літератури

1. Міра Кім та ін. (2019). Електропровідні та механічно сильні графено-полілактичні кислотні композити для 3D-друку. Застосовані ACS матеріали та інтерфейси. 2019, 11, 12, 11841-11848. Відновлено з pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee та ін. (2012 р.). Застосування полі (молочної кислоти). У посібнику з біополімерів та біологічно розкладаються пластмас. Глава 3. Відновлено з sciencedirect.com.
3. Гупта, Бхуванеш та ін. (2007). Полі (молочна кислота) волокна: огляд. Прог. Полім. Наук. 32 (2007) 455-482. Відновлено з sciencedirect.com.
4. Ракес, Жан-Марі та ін. (2013). Нанокомпозити на основі полілактиду (PLA). Прогрес у полімерній науці. 38 (2013) 1504-1542. Відновлюється з наукового напряму.
5. Чжан, Джун та ін. (2019). Судинові пластири з цвітріонічними полімерними кислотами, засновані на декаллюляризованих риштуваннях для тканинної інженерії. Наука та інженерія біоматеріалів ACS Дата публікації: 25 липня 2019. Оновлено з pubs.acs.org.