Polymjölksyras struktur, egenskaper, syntes, användningsområden

2376
Philip Kelley
Polymjölksyras struktur, egenskaper, syntes, användningsområden

De polymjölksyra, vars rätt namn är poly- (mjölksyra), det är ett material som bildas genom polymerisation av mjölksyra. Det är också känt som polylaktid, eftersom det kan erhållas genom nedbrytning och polymerisation av laktid, som är en dimer av mjölksyra..

Poly (mjölksyra) eller PLA är inte en syra, det är en polyester som kan observeras i monomeren som utgör den. Det är en lätt biologiskt nedbrytbar polymer och är biokompatibel. Båda egenskaperna beror på det faktum att det lätt kan hydrolyseras både i miljön och i människan eller djurkroppen. Dessutom genererar nedbrytningen inte giftiga föreningar.

Förenklad mjölksyra eller poly (mjölksyra) polymerformel. Polimerek [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Källa: Wikipedia Commons.

PLA: s inblandning i suturering av trådar under kirurgiska operationer har varit känt i flera år. Det används också i läkemedelsindustrin i läkemedel med långsam frisättning.

Det används i implantat för människokroppen och det finns ett stort antal studier för dess användning i biologiska vävnader, liksom för tredimensionell (3D) utskrift för de mest olika applikationerna.

Eftersom de är en av de mest biologiskt nedbrytbara och giftfria polymererna har dess tillverkare föreslagit att alla petroleumbaserade plaster som för närvarande används i tusentals applikationer ersätts med detta material..

Enligt tillverkarna är dessutom produktion och användning av PLA ett sätt att minska mängden koldioxid, eftersom det kommer från förnybara källor.två som genereras vid framställning av plast från den petrokemiska industrin.

Artikelindex

  • 1 Struktur
  • 2 Nomenklatur
  • 3 fastigheter
    • 3.1 Fysiskt tillstånd
    • 3.2 Molekylvikt
    • 3.3 Glasövergångstemperatur
    • 3.4 Smältpunkt
    • 3.5 Sönderfallstemperatur
    • 3.6 Densitet
  • 4 Andra fastigheter
    • 4.1 Mekanik
    • 4.2 Biokompatibilitet
    • 4.3 Biologisk nedbrytbarhet
    • 4.4 Enkel modifiering av dess egenskaper
  • 5 Syntes
  • 6 Användningar inom medicin
    • 6.1 Suturer
    • 6.2 Farmaceutisk användning
    • 6.3 Implantat
    • 6.4 Biologisk vävnadsteknik
  • 7 Använd i textilmaterial
  • 8 Olika applikationer
  • 9 Användningar inom teknik och jordbruk
  • 10 Senaste studier
  • 11 Referenser

Strukturera

Poly- (mjölksyra) är en polyester, det vill säga den har upprepande esterenheter - (C = O) -O-R, något som kan ses i följande bild:

Struktur av poly (mjölksyra) eller PLA. Jü [CC0]. Källa: Wikipedia Commons.

Nomenklatur

- Poly- (mjölksyra)

- Poly-laktid

- PLA

- Poly- (L-mjölksyra) eller PLLA

- Poly- (D, L-mjölksyra) eller PDLLA

- Polymjölksyra

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

- Poly (D, L-mjölksyra): amorf fast substans.

- Poly (L-mjölksyra): spröd eller spröd transparent halvkristallint fast ämne.

Molekylvikt

Det beror på graden av polymerisation av materialet.

Glasövergångstemperatur

Det är temperaturen under vilken polymeren är stel, spröd och spröd, och över vilken polymeren blir elastisk och formbar.

- Poly (L-mjölksyra): 63 ºC.

- Poly (D, L-mjölksyra): 55 ºC.

Smältpunkt

- Poly (L-mjölksyra): 170-180 ºC.

- Poly (D, L-mjölksyra): har ingen smältpunkt eftersom den är amorf.

Sönderfallstemperatur

227-255 ºC.

Densitet

- Amorf: 1 248 g / cm3

- Kristallin: 1.290 g / cm3

Andra egenskaper

Mekanisk

Poly- (L-mjölksyra) har en högre mekanisk styrka än poly- (D, L-mjölksyra).

PLA är lätt att bearbeta termoplastiskt, så mycket fina trådar kan erhållas från denna polymer..

Biokompatibilitet

Dess nedbrytningsprodukt, mjölksyra, är giftfri och helt biokompatibel, eftersom den produceras av levande varelser. När det gäller människor produceras det i muskler och röda blodkroppar..

Biologisk nedbrytbarhet

Det kan fraktioneras termiskt genom hydrolys i människokroppen, djur eller mikroorganismer, vilket kallas hydrolytisk nedbrytning.

Enkel modifiering av dess egenskaper

Deras fysiska, kemiska och biologiska egenskaper kan skräddarsys genom lämpliga modifieringar, sampolymerisationer och ympning.

Syntes

Det erhölls först 1932 genom upphettning av mjölksyra under vakuum. HO-CH3-CH-COOH mjölksyra är en molekyl med ett kiralt centrum (det vill säga en kolatom fäst vid fyra olika grupper).

Av denna anledning har den två enantiomerer eller spekulära isomerer (de är två molekyler som är identiska men med olika rumsliga orientering av sina atomer).

Enantiomererna är L-mjölksyra och D-mjölksyra, som skiljer sig från varandra genom att de avböjer polariserat ljus. De är spegelbilder.

Mjölksyra-enantiomerer. Vänster: L-mjölksyra. Höger: D-mjölksyra.す じ に く シ チ ュ ー [CC0]. Källa: Wikipedia Commons.

L-mjölksyra erhålls genom fermentering med mikroorganismer av naturliga sockerarter, såsom melass, potatisstärkelse eller majsdextros. Detta är det för närvarande föredragna sättet att få det.

När du bereder poly (mjölksyra) från L-mjölksyra får du poly (L-mjölksyra) eller PLLA.

Å andra sidan, när polymeren framställs från en blandning av L-mjölksyra och D-mjölksyra, erhålles poly- (D, L-mjölksyra) eller PDLLA.

I detta fall är syrablandningen en kombination i lika delar av D- och L-enantiomererna, erhållna genom syntes från petroleumeten. Denna form av erhållande används sällan idag.

PLLA och PDLLA har något olika egenskaper. Polymerisation kan utföras på två sätt:

- Bildning av en mellanprodukt: den cykliska dimeren som kallas laktid, vars polymerisation kan kontrolleras och en produkt med önskad molekylvikt kan erhållas.

Laktidpolymerisation för att erhålla PLA. Jü [Allmän domän]. Källa: Wikipedia Commons.
- Direkt kondensering av mjölksyra under vakuumförhållanden: som producerar en polymer med låg eller medelstor molekylvikt.

Jämförelse av de två formerna av syntes av PLA. RLM0518 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Källa: Wikipedia Commons.

Användningar inom medicin

Dess nedbrytningsprodukter är giftfria, vilket gynnar dess användning inom detta område..

Suturer

Det grundläggande kravet för suturfilament är att de håller vävnader på plats tills naturlig läkning ger stark vävnad vid korsningsstället..

Sedan 1972 har ett suturmaterial som heter Vicryl tillverkats, en mycket stark bioabsorberbar glödtråd eller tråd. Denna tråd är gjord av en sampolymer av glykolsyra och mjölksyra (90:10), som vid suturstället snabbt hydrolyseras, så att den lätt absorberas av kroppen.

Det uppskattas att PLA i människokroppen bryts ned 63% på cirka 168 dagar och 100% på 1,5 år.

Farmaceutisk användning

PLAs biologiska nedbrytbarhet gör det användbart för kontrollerad frisättning av läkemedel.

I de flesta fall frisätts läkemedlet gradvis på grund av hydrolytisk nedbrytning och morfologiska förändringar i behållaren (tillverkad med polymeren) som innehåller läkemedlet..

I andra fall frigörs läkemedlet långsamt genom polymermembranet..

Implantat

PLA har visat sig vara effektivt vid implantat och stöd för människokroppen. Goda resultat har uppnåtts vid fixering av frakturer och osteotomier eller benoperationer.

Biologisk vävnadsteknik

För närvarande utförs många studier för applicering av PLA vid rekonstruktion av vävnader och organ..

PLA-filament har utvecklats för nervregenerering hos förlamade patienter.

PLA-fiber har tidigare behandlats med plasma för att göra det mottagligt för celltillväxt. Ändarna på nerven som ska repareras förenas med hjälp av ett artificiellt segment av PLA behandlat med plasma.

På detta segment sås speciella celler som växer och fyller tomrummet mellan nervens två ändar och förenar dem. Med tiden försvinner PLA-stödet och lämnar en kontinuerlig kanal av nervceller.

Det har också använts vid rekonstruktion av urinblåsor, som fungerar som en byggnadsställning eller plattform på vilken urotelceller (celler som täcker urinblåsan och urinvägsorganen) och glatta muskelceller sås..

Använd i textilmaterial

PLAs kemi möjliggör kontroll av vissa fiberegenskaper som gör den lämplig för en mängd olika textil-, kläd- och möbelapplikationer..

Till exempel gör dess förmåga att absorbera fukt och samtidigt låg retention av fukt och lukt det användbart för att göra kläder för högpresterande idrottare. Det är allergivänligt, irriterar inte huden.

Det fungerar även för husdjurskläder och behöver inte strykas. Den har låg densitet, så den är lättare än andra fibrer.

Den kommer från en förnybar källa och dess produktion är ekonomisk.

Olika applikationer

PLA är lämpligt för tillverkning av flaskor för olika användningsområden (schampo, juice och vatten). Dessa flaskor har glans, transparens och klarhet. Dessutom är PLA en exceptionell barriär mot lukt och smak..

Denna användning är dock för temperaturer under 50-60 ºC, eftersom den tenderar att deformeras när de når dessa temperaturer.

Den används vid tillverkning av engångsplattor, koppar och matredskap, liksom matbehållare, såsom yoghurt, frukt, pasta, ost, etc. eller PLA-skumbrickor för förpackning av färsk mat. Det absorberar inte fett, olja, fukt och har flexibilitet. Kompost kan tillverkas av avfall PLA.

Sugrör, sugrör eller sugrör av PLA. F. Kesselring, FKuR Willich [CC BY-SA 3.0 de (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.en)]. Källa: Wikipedia Commons.

Det används också för att göra tunna lakan för att packa mat som chips eller andra livsmedel.

PLA-förpackning för godis. F. Kesselring, FKuR Willich [CC BY-SA 3.0 de (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.en)]. Källa: Wikipedia Commons.

Den kan användas för att skapa elektroniska transaktionskort och nyckelkort för hotellrum. PLA-kort kan uppfylla säkerhetsfunktioner och tillåta applicering av magnetband.

Det används ofta för att tillverka lådor eller omslag till mycket känsliga produkter, såsom elektroniska apparater och kosmetika. Betyg som är speciellt förberedda för denna användning används genom koppling med andra fibrer.

Expanderat skum kan tillverkas av PLA för att användas som stötdämpande material för transport av känsliga föremål eller instrument.

Används för att tillverka leksaker för barn.

Användningar inom teknik och jordbruk

PLA används för att göra avlopp på byggarbetsplatser, golvkonstruktionsmaterial som mattor, laminatgolv och väggtapet för mattor och bilkuddtyger..

Dess användning är under utveckling i den elektriska industrin, som en beläggning för ledande ledningar..

Bland dess tillämpningar är jordbruket, med PLA-jordfilmer tillverkas som möjliggör ogräsbekämpning och gynnar kvarhållande av gödselmedel. PLA-filmer är biologiskt nedbrytbara, de kan införlivas i jorden i slutet av skörden och därmed ge näringsämnen.

Jordskyddande PLA-film i grödor. F. Kesselring, FKuR Willich [CC BY-SA 3.0 de (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.en)]. Källa: Wikipedia Commons.

Nyliga studier

Tillsatsen av nanokompositer till PLA studeras för att förbättra några av dess egenskaper, såsom värmebeständighet, kristalliseringshastighet, flamskydd, antistatiska och elektriska ledande egenskaper, anti-UV och antibakteriell egenskap..

Vissa forskare har lyckats öka den mekaniska styrkan och den elektriska ledningsförmågan hos PLA genom att lägga till grafenanopartiklar. Detta ökar avsevärt de applikationer som PLA kan ha i förhållande till 3D-utskrift..

Andra forskare lyckades utveckla en kärlplåster (för att reparera artärer i människokroppen) genom att ympa en organofosfat-fosforylkolin på en PLA-ställning eller plattform..

Kärlplåstret visade sådana gynnsamma egenskaper att de kunde anses lovande för kärlvävnadsteknik.

Dess egenskaper inkluderar det faktum att det inte producerar hemolys (upplösning av röda blodkroppar), det är inte giftigt för celler, motstår vidhäftningen av blodplättar och har god affinitet mot cellerna som leder blodkärlen..

Referenser

  1. Mirae Kim, et al. (2019). Elektriskt ledande och mekaniskt starka grafen-polymjölksyrakompositer för 3D-utskrift. ACS-tillämpat material och gränssnitt. 2019, 11, 12, 11841-11848. Återställd från pubs.acs.org.
  2. Tin Sin, Lee et al. (2012). Tillämpningar av poly (mjölksyra). I Handbok för biopolymerer och biologiskt nedbrytbar plast. Kapitel 3. Återställd från sciencedirect.com.
  3. Gupta, Bhuvanesh, et al. (2007). Poly (mjölksyra) fiber: En översikt. Prog. Polym. Sci. 32 (2007) 455-482. Återställd från sciencedirect.com.
  4. Raquez, Jean-Marie et al. (2013). Polylaktid (PLA) -baserade nanokompositer. Framsteg inom polymervetenskap. 38 (2013) 1504-1542. Återställd från sciencedirect.
  5. Zhang, Jun et al. (2019). Zwitterjonisk polymer-grafed polymjölksyra vaskulära plåster baserade på decellularized byggnadsställning för vävnadsteknik. ACS Biomaterials Science & Engineering. Publiceringsdatum: 25 juli 2019. Återställd från pubs.acs.org.

Ingen har kommenterat den här artikeln än.