KYSELINA POLYMLÉČNÁ: STRUKTURA, VLASTNOSTI, SYNTÉZA, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Polymléčná kyselina, jehož správný název je poly (mléčná kyselina), je materiál, vytvořený polymerací kyseliny mléčné. Je také znám jako poly-laktid, protože může být získán rozpadem a polymerací laktidu, který je dimerem kyseliny mléčné.

Poly (kyselina mléčná) nebo PLA není kyselina, je to polyester, který je vidět v monomeru, který jej tvoří. Je to snadno biologicky rozložitelný polymer a je biokompatibilní. Obě vlastnosti jsou způsobeny skutečností, že lze snadno hydrolyzovat jak v prostředí, tak v lidském nebo zvířecím těle. Navíc její degradace negeneruje toxické sloučeniny.

Zjednodušená receptura polymeru kyseliny mléčné nebo poly (kyseliny mléčné). Polimerek. Zdroj: Wikipedia Commons.

Zapojení PLA do filamentů pro šití během chirurgických operací je známo již řadu let. Používá se také ve farmaceutickém průmyslu u léčiv s pomalým uvolňováním.

Používá se v implantátech pro lidské tělo a existuje velké množství studií pro jeho použití v biologických tkáních, jakož i pro trojrozměrný (3D) tisk pro nejrůznější aplikace.

Jako jeden z nejvíce biologicky odbouratelných a netoxických polymerů navrhli jeho výrobci nahrazení všech plastů získaných z ropy, které se v současnosti používají v tisících aplikací tímto materiálem.

Kromě toho je podle jejích výrobců, jak pochází z obnovitelných zdrojů, výroba a používání PLA způsobem, jak snížit množství CO _2, které vzniká při výrobě plastů z petrochemického průmyslu.

Struktura

Poly (kyselina mléčná) je polyester, to znamená, že má opakující se esterové jednotky - (C = O) -OR, něco, co lze vidět na následujícím obrázku:

Struktura poly (kyseliny mléčné) nebo PLA. Jü. Zdroj: Wikipedia Commons.

Nomenklatura

- poly- (kyselina mléčná)

- Polylaktid

- PLA

- Poly- (kyselina L-mléčná) nebo PLLA

- Poly- (D, L-mléčná kyselina) nebo PDLLA

- Kyselina polymléčná

Vlastnosti

Fyzický stav

- Poly (D, L-kyselina mléčná): amorfní pevná látka.

- Poly (kyselina L-mléčná): křehká nebo křehká průhledná semikrystalická pevná látka.

Molekulární váha

Závisí to na stupni polymerace materiálu.

Teplota skelného přechodu

Je to teplota, pod kterou je polymer tuhý, křehký a křehký a nad kterým se polymer stává pružným a poddajným.

- Poly (kyselina L-mléčná): 63 ° C.

- Poly (D, L-mléčná kyselina): 55 ° C.

Bod tání

- Poly (kyselina L-mléčná): 170 - 180 ° C.

- Poly (D, L-kyselina mléčná): nemá teplotu tání, protože je amorfní.

Teplota rozkladu

227 - 255 ° C.

Hustota

- amorfní: 1248 g / cm ³

- Krystalická: 1290 g / cm ³

Další vlastnosti

Mechanické

Poly (kyselina L-mléčná) má vyšší mechanickou pevnost než kyselina poly (D, L-mléčná).

PLA se snadno termoplasticky zpracovává, takže z tohoto polymeru lze získat velmi jemná vlákna.

Biokompatibilita

Jeho produkt rozkladu, kyselina mléčná, je netoxický a zcela biologicky kompatibilní, protože je produkován živými bytostmi. V případě lidí se produkuje ve svalech a červených krvinek.

Biologická rozložitelnost

Může být tepelně rozdělena hydrolýzou v lidském těle, zvířatech nebo mikroorganismech, což se nazývá hydrolytická degradace.

Snadná modifikace jeho charakteristik

Jejich fyzikální, chemické a biologické vlastnosti lze přizpůsobit vhodnými úpravami, kopolymerizací a roubováním.

Syntéza

Poprvé byl získán v roce 1932 zahříváním kyseliny mléčné ve vakuu. HO-CH3-CH-COOH kyselina mléčná je molekula s chirálním centrem (tj. Atom uhlíku navázaný na čtyři různé skupiny).

Z tohoto důvodu má dva enantiomery nebo spekulativní izomery (jsou to dvě molekuly, které jsou identické, ale s odlišnou prostorovou orientací svých atomů).

Enantiomery jsou kyselina L-mléčná a kyselina D-mléčná, které se od sebe odlišují způsobem, kterým odklánějí polarizované světlo. Jsou to zrcadlové obrazy.

Enantiomery kyseliny mléčné. Vlevo: kyselina L-mléčná. Vpravo: kyselina D-mléčná. す じ に く シ チ ュ ー. Zdroj: Wikipedia Commons.

Kyselina L-mléčná se získává fermentací přírodních cukrů, jako jsou melasa, bramborový škrob nebo kukuřičná dextróza, mikroorganismy. Toto je v současné době preferovaný způsob, jak jej získat.

Když se poly (kyselina mléčná) připraví z kyseliny L-mléčné, získá se poly (kyselina L-mléčná) nebo PLLA.

Na druhé straně, když je polymer připraven ze směsi kyseliny L-mléčné a kyseliny D-mléčné, získá se poly- (D, L-mléčná kyselina) nebo PDLLA.

V tomto případě je kyselá směs kombinací stejných částí D a L enantiomerů, získaných syntézou z ethylenu ropy. Tato forma získávání se dnes zřídka používá.

PLLA a PDLLA mají mírně odlišné vlastnosti. Polymeraci lze provádět dvěma způsoby:

- Tvorba meziproduktu: cyklický dimer zvaný laktid, jehož polymeraci lze regulovat a lze získat produkt s požadovanou molekulovou hmotností.

Polymerace laktidu za získání PLA. Jü. Zdroj: Wikipedia Commons - přímá kondenzace kyseliny mléčné za vakua: vytváří polymer s nízkou nebo střední molekulovou hmotností.

Porovnání dvou forem syntézy PLA. RLM0518. Zdroj: Wikipedia Commons.

Použití v medicíně

Jeho degradační produkty jsou netoxické, což zvýhodňuje jeho použití v této oblasti.

Stehy

Základním požadavkem pro šicí vlákna je to, že drží tkáně na místě, dokud přirozené hojení neposkytuje silnou tkáň v místě spojení.

Od roku 1972 se vyrábí šicí materiál Vicryl, velmi silné bioabsorbovatelné vlákno nebo nit. Tato nit je vyrobena z kopolymeru kyseliny glykolové a kyseliny mléčné (90:10), která se v místě šití rychle hydrolyzuje, takže se tělem snadno vstřebává.

Odhaduje se, že v lidském těle PLA degraduje 63% za přibližně 168 dní a 100% za 1,5 roku.

Farmaceutické použití

Biologická rozložitelnost PLA je užitečná pro řízené uvolňování léčivých přípravků.

Ve většině případů je léčivo uvolňováno postupně v důsledku hydrolytické degradace a morfologických změn zásobníku (vyrobeného polymerem), který obsahuje léčivý přípravek.

V jiných případech je léčivo uvolňováno pomalu přes polymerovou membránu.

Implantáty

PLA se osvědčila v implantacích a podpoře lidského těla. Dobré výsledky byly získány při fixaci zlomenin a osteotomií nebo kostních operací.

Biologické tkáňové inženýrství

V současné době se provádí mnoho studií pro aplikaci PLA při rekonstrukci tkání a orgánů.

PLA vlákna byla vyvinuta pro regeneraci nervů u ochrnutých pacientů.

Vlákno PLA je dříve ošetřeno plazmou, aby bylo schopné vnímat růst buněk. Konce nervu, který má být opraven, jsou spojeny pomocí umělého segmentu PLA ošetřeného plazmou.

V tomto segmentu jsou naočkovány speciální buňky, které budou růst a vyplní mezeru mezi dvěma konci nervu a spojí je. Postupem času se podpora PLA opotřebovává a zanechává nepřetržitý kanál nervových buněk.

To bylo také používáno v rekonstrukci močového měchýře, působit jako lešení nebo platforma na kterém urothelial buňky (buňky, které lemují močový měchýř a orgány močového systému) a buňky hladkého svalstva jsou nasazeni.

Použití v textilních materiálech

Chemie PLA umožňuje kontrolu určitých vlastností vlákna, díky kterým je vhodná pro širokou škálu textilních, oděvních a nábytkových aplikací.

Například jeho schopnost absorbovat vlhkost a současně nízká retence vlhkosti a zápachů činí z této výroby užitečné oblečení pro vysoce výkonné sportovce. Je hypoalergenní, nedráždí pokožku.

Funguje dokonce i pro domácí oblečení a nevyžaduje žehlení. Má nízkou hustotu, takže je lehčí než jiná vlákna.

Pochází z obnovitelných zdrojů a jeho výroba je levná.

Různé aplikace

PLA je vhodný pro výrobu lahví pro různá použití (šampon, džusy a voda). Tyto láhve mají lesk, průhlednost a jasnost. Kromě toho je PLA výjimečnou bariérou proti pachům a chutím.

Toto použití je však pro teploty pod 50-60 ° C, protože při dosažení těchto teplot má tendenci se deformovat.

Používá se při výrobě jednorázových talířů, šálků a potravinářského náčiní, jakož i potravinových nádob, jako je jogurt, ovoce, těstoviny, sýr atd., Nebo PLA misek pro balení čerstvých potravin. Neabsorbuje tuk, olej, vlhkost a má pružnost. Odpadní PLA lze kompostovat.

Slamky, brčka nebo brčka. F. Kesselring, FKuR Willich. Zdroj: Wikipedia Commons.

Používá se také k výrobě tenkých listů pro balení potravin, jako jsou bramborové lupínky nebo jiná jídla.

PLA balení pro bonbóny. F. Kesselring, FKuR Willich. Zdroj: Wikipedia Commons.

Může být použit k výrobě elektronických transakčních karet a klíčových karet hotelového pokoje. Karty PLA mohou splňovat bezpečnostní funkce a umožňují použití magnetických pásek.

Široce se používá k výrobě krabic nebo obalů vysoce citlivých produktů, jako jsou elektronická zařízení a kosmetika. Třídy speciálně připravené pro toto použití se používají spojením s jinými vlákny.

Expandovaná pěna může být vyrobena z PLA a může být použita jako materiál absorbující nárazy pro přepravu jemných nástrojů nebo předmětů.

Používá se k výrobě hraček pro děti.

Použití ve strojírenství a zemědělství

PLA se používá k výrobě odtoků na stavbách, podlahových konstrukčních materiálech, jako jsou koberce, laminátové podlahy a tapety na tapety, pro koberce a polštáře.

Jeho použití se vyvíjí v elektrotechnickém průmyslu jako povlak pro vodivé dráty.

Mezi jeho aplikace patří zemědělství, s PLA se vyrábějí ochranné fólie půdy, které umožňují kontrolu plevelů a podporují zadržování hnojiv. Fólie PLA jsou biologicky rozložitelné, na konci sklizně mohou být začleněny do půdy, a tak poskytují živiny.

PLA ochranný film v plodinách. F. Kesselring, FKuR Willich. Zdroj: Wikipedia Commons.

Nedávné studie

Přidávání nanokompozitů do PLA se zkoumá za účelem zlepšení některých jeho vlastností, jako je tepelný odpor, rychlost krystalizace, retardace hoření, antistatické a elektrické vodivé vlastnosti, anti-UV a antibakteriální vlastnosti.

Někteří vědci dokázali zvýšit mechanickou pevnost a elektrickou vodivost PLA přidáním grafenových nanočástic. To výrazně zvyšuje aplikace, které může mít PLA ve vztahu k 3D tisku.

Jiným vědcům se podařilo vyvinout cévní náplast (k opravě tepen v lidském těle) naroubováním organofosfát-fosforylcholinu na lešení nebo platformu PLA.

Vaskulární náplast vykazovala takové příznivé vlastnosti, které byly považovány za slibné pro vaskulární tkáňové inženýrství.

Mezi jeho vlastnosti patří skutečnost, že neprodukuje hemolýzu (rozpad červených krvinek), není toxický pro buňky, odolává adhezi krevních destiček a má dobrou afinitu k buňkám, které lemují krevní cévy.

Reference

1. Mirae Kim a kol. (2019). Elektricky vodivé a mechanicky silné kompozity grafen-polymléčná kyselina pro 3D tisk. Aplikované materiály a rozhraní ACS. 2019, 11, 12, 11841-11848. Obnoveno z pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee a kol. (2012). Aplikace polykyseliny mléčné. V Příručce biopolymerů a biologicky rozložitelných plastů. Kapitola 3. Obnoveno z sciposedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh a kol. (2007). Poly (kyselina mléčná) vlákno: Přehled. Prog. Polym. Sci. 32 (2007) 455-482. Obnoveno z sciposedirect.com.
4. Raquez, Jean-Marie a kol. (2013). Nanokompozity na bázi polylaktidu (PLA). Pokrok ve vědě o polymerech. 38 (2013) 1504-1542. Obnoveno od sciusalirect.
5. Zhang, Jun a kol. (2019). Vaskulární náplasti s obojetnými polymery s polylaktickou kyselinou na bázi decellarizovaného lešení pro tkáňové inženýrství. ACS Biomaterials Science & Engineering. Datum vydání: 25. července 2019. Obnoveno z pubs.acs.org.