POLAKTIČNA KISELINA: STRUKTURA, SVOJSTVA, SINTEZA, NAMJENE - KEMIJA - 2025

Polimliječna kiselina, čije je ime točan poli (mliječna kiselina), je materijal koji nastaje polimerizacijom mliječnu kiselinu. Poznat je i kao poli-laktid, jer se može dobiti razgradnjom i polimerizacijom laktida, koji je dimer mliječne kiseline.

Poli (mliječna kiselina) ili PLA nije kiselina, to je poliester, što se može vidjeti u monomeru koji je tvori. To je polimer koji se lako razgrađuje i biokompatibilan je. Oba svojstva nastaju zbog činjenice da se može lako hidrolizirati i u okolišu i u ljudskom ili životinjskom tijelu. Nadalje, njegovom razgradnjom ne nastaju toksični spojevi.

Pojednostavljena formula polimera mliječne kiseline ili poli (mliječne kiseline). Polimerek. Izvor: Wikipedia Commons.

Uključenost PLA-a u filamente za šivanje tijekom kirurških operacija poznata je godinama. Također se koristi u farmaceutskoj industriji u lijekovima sa sporim otpuštanjem.

Koristi se u implantatima za ljudsko tijelo i postoji veliki broj studija o njegovoj upotrebi u biološkim tkivima, kao i za trodimenzionalni (3D) tisak za najrazličitije primjene.

Budući da je jedan od biorazgradivih i netoksičnih polimera, njegovi su proizvođači predložili zamjenu svih naftnih plastičnih masa koje se trenutno koriste u tisućama primjena ovim materijalom.

Osim toga, prema riječima proizvođača, budući da dolazi iz obnovljivih izvora, proizvodnja i upotreba PLA način je smanjenja količine CO ₂ koji nastaju prilikom proizvodnje plastike iz petrokemijske industrije.

Struktura

Poli- (mliječna kiselina) je poliester, odnosno ima ponavljajuće esterske jedinice - (C = O) -OR, nešto što se može vidjeti na sljedećoj slici:

Struktura poli (mliječne kiseline) ili PLA. Ju. Izvor: Wikipedia Commons.

Nomenklatura

- poli- (mliječna kiselina)

- Poli laktid

- PLA

- poli- (L-mliječna kiselina) ili PLLA

- poli- (D, L-mliječna kiselina) ili PDLLA

- Polaktična kiselina

Svojstva

Psihičko stanje

- poli (D, L-mliječna kiselina): amorfna kruta tvar.

- Poli (L-mliječna kiselina): krhka ili krhka prozirna polukristalna kruta tvar.

Molekularna težina

To ovisi o stupnju polimerizacije materijala.

Temperatura stakla

To je temperatura ispod koje je polimer krut, lomljiv i lomljiv, a iznad kojeg polimer postaje elastičan i kosi.

- poli (L-mliječna kiselina): 63 ºC.

- poli (D, L-mliječna kiselina): 55 ºC.

Talište

- poli (L-mliječna kiselina): 170-180 ºC.

- Poli (D, L-mliječna kiselina): nema talište jer je amorfan.

Temperatura raspadanja

227-255 ° C.

Gustoća

- Amorfni: 1.248 g / cm ³

- Kristalni: 1.290 g / cm ³

Ostala svojstva

mehanički

Poli (L-mliječna kiselina) ima veću mehaničku čvrstoću od poli (D, L-mliječne kiseline).

PLA je lako termoplastično obraditi, pa se iz ovog polimera mogu dobiti vrlo sitne niti.

biokompatibilnost

Njegov produkt razgradnje, mliječna kiselina, nije netoksičan i potpuno biokompatibilan, jer ga proizvode živa bića. Kod ljudi se proizvodi u mišićima i crvenim krvnim stanicama.

biorazgradivost

Može se termički frakcionirati hidrolizom u ljudskom tijelu, životinjama ili mikroorganizmima, što se naziva hidroliznom razgradnjom.

Jednostavno mijenjanje njegovih karakteristika

Njihova fizička, kemijska i biološka svojstva mogu se prilagoditi odgovarajućim modifikacijama, kopolimerizacijom i cijepljenjem.

Sinteza

Prvo je dobiveno 1932. grijenjem mliječne kiseline pod vakuumom. Mliječna kiselina HO-CH3-CH-COOH je molekula s kiralnim centrom (to jest ugljikov atom povezan u četiri različite skupine).

Iz tog razloga ima dva enantiomera ili spekularni izomer (to su dvije molekule identične, ali s različitom prostornom orijentacijom svojih atoma).

Enantiomeri su L-mliječna kiselina i D-mliječna kiselina, koji se međusobno razlikuju po načinu na koji odbijaju polariziranu svjetlost. Oni su zrcalne slike.

Enantiomeri mliječne kiseline. Lijevo: L-mliječna kiselina. Desno: D-mliječna kiselina. す じ に く シ チ ュ ー. Izvor: Wikipedia Commons.

L-mliječna kiselina dobiva se fermentacijom od strane mikroorganizama prirodnih šećera, poput melase, krumpirovog škroba ili kukuruzne dekstroze. Ovo je trenutno preferirani način za dobivanje.

Kad se poli (mliječna kiselina) pripravi od L-mliječne kiseline, dobiva se poli (L-mliječna kiselina) ili PLLA.

S druge strane, kada se polimer proizvodi iz smjese L-mliječne kiseline i D-mliječne kiseline, dobiva se poli- (D, L-mliječna kiselina) ili PDLLA.

U ovom slučaju, kisela smjesa je kombinacija u jednakim dijelovima D i L enantiomera, dobivena sintezom iz etilena nafte. Danas se ovaj oblik dobivanja rijetko koristi.

PLLA i PDLLA imaju malo različita svojstva. Polimerizacija se može provesti na dva načina:

- Formiranje intermedijara: ciklički dimer nazvan laktid, čija se polimerizacija može kontrolirati i može se dobiti proizvod željene molekulske težine.

Laktidna polimerizacija za dobivanje PLA. Ju. Izvor: Wikipedia Commons. - Izravna kondenzacija mliječne kiseline pod vakuum uvjetima: stvara polimer niske ili srednje molekulske težine.

Usporedba dva oblika sinteze PLA. RLM0518. Izvor: Wikipedia Commons.

Primjene u medicini

Njegovi razgradni proizvodi nisu toksični, što pogoduje njegovoj primjeni na ovom polju.

šavovi

Osnovni zahtjev za filamente šavova je da drže tkiva na mjestu dok prirodno zacjeljivanje ne osigura snažno tkivo na mjestu spajanja.

Od 1972. godine proizvodi se materijal za šivanje, Vicryl, vrlo jak filament ili nit. Taj konac je napravljen od kopoimera glikolne kiseline i mliječne kiseline (90:10), koji se brzo hidrolizira na mjestu šava, pa ga tijelo lako apsorbira.

Procjenjuje se da u ljudskom tijelu PLA razgradi 63% u oko 168 dana i 100% u 1,5 godina.

Farmaceutska upotreba

PLA-ova biorazgradivost čini ga korisnim za kontrolirano otpuštanje lijekova.

U većini slučajeva lijek se otpušta postupno zbog hidrolizne degradacije i morfoloških promjena u spremniku (napravljenom s polimerom) koji sadrži lijek.

U ostalim se slučajevima lijek polako oslobađa kroz polimernu membranu.

implantati

PLA se pokazao učinkovitim u implantatima i potpornji u ljudskom tijelu. Dobri rezultati postignuti su u fiksiranju prijeloma i osteotomija ili operacijama kostiju.

Tehnika biološkog tkiva

Trenutno se provode mnoge studije za primjenu PLA u rekonstrukciji tkiva i organa.

PLA filamenti su razvijeni za regeneraciju živaca kod paraliziranih bolesnika.

Vlakna PLA prethodno se tretiraju plazmom kako bi bila osjetljiva na rast stanica. Krajevi živca koji se popravlja spajaju se umjetnim segmentom PLA-e tretiranim plazmom.

Na ovom segmentu zasijavaju se posebne stanice koje će rasti i popunjavati prazninu između dva kraja živca, spajajući ih. Vremenom, podrška PLA nestaje, ostavljajući kontinuirani kanal živčanih stanica.

Također se koristi u obnovi mjehura, djelujući kao skela ili platforma na koju se sjeme urotelijalnih stanica (stanica koje prekrivaju mjehur i organa mokraćnog sustava) i stanica glatkih mišića.

Upotreba u tekstilnim materijalima

Kemija PLA omogućava kontrolu određenih svojstava vlakana koja ga čine pogodnim za široku primjenu tekstila, odjeće i namještaja.

Na primjer, njegova sposobnost apsorbiranja vlage, a istovremeno i slabo zadržavanje vlage i mirisa, čini ga korisnim za izradu odjeće za sportaše visokih performansi. Hipoalergen je, ne iritira kožu.

Čak radi za odjeću za kućne ljubimce i ne zahtijeva glačanje. Ima malu gustoću, pa je lakši od ostalih vlakana.

Potječe iz obnovljivog izvora, a proizvodnja je jeftina.

Razne aplikacije

PLA je pogodan za izradu boca za različite namjene (šampon, sokovi i voda). Ove boce imaju sjaj, prozirnost i bistrinu. Uz to, PLA je izuzetna barijera mirisima i okusima.

Međutim, ova upotreba je za temperature ispod 50-60 ° C, jer ima tendenciju deformiranja kada dostigne te temperature.

Koristi se u proizvodnji tanjura za jednokratnu upotrebu, šalica i pribora za hranu, kao i posuda za hranu, poput jogurta, voća, tjestenine, sira itd., Ili pladnjeva s PLA pjenama za pakiranje svježe hrane. Ne upija masnoću, ulje, vlagu i ima fleksibilnost. Otpad PLA može se kompostirati.

PLA slamke, slamke ili slamke. F. Kesselring, FKuR Willich. Izvor: Wikipedia Commons.

Također se koristi za izradu tankih listova za pakiranje namirnica poput krumpirovih čipsa ili druge hrane.

PLA ambalaža za slatkiše. F. Kesselring, FKuR Willich. Izvor: Wikipedia Commons.

Pomoću njih mogu se izrađivati ​​kartice za elektroničke transakcije i ključevi hotelskih soba. PLA kartice mogu zadovoljiti sigurnosne značajke i dopustiti primjenu magnetske vrpce.

Široko se koristi za proizvodnju kutija ili prekrivača vrlo osjetljivih proizvoda, poput elektroničkih uređaja i kozmetike. Stupovi posebno pripremljeni za ovu upotrebu koriste se spajanjem s drugim vlaknima.

Ekspandirana pjena može se izraditi od PLA-a za uporabu kao udarni materijal za otpremu osjetljivih instrumenata ili predmeta.

Koristi se za izradu igračaka za djecu.

Koristi u inženjerstvu i poljoprivredi

PLA se koristi za izradu odvoda na gradilištima, građevinskih materijala za podove, kao što su tepisi, laminat i zidne tapete, za tepihe i tkanine za jastuke za automobile.

Njegova se primjena razvija u elektroindustriji, kao prevlaka za provodne žice.

Među primjenama je poljoprivreda, a proizvodi se zaštitna folija tla PLA koja omogućuje suzbijanje korova i pogoduje zadržavanju gnojiva. PLA filmovi su biorazgradljivi, mogu se ugrađivati ​​u tlo na kraju žetve i tako osigurati hranjive tvari.

Zaštitni sloj od tla PLA u usjevima. F. Kesselring, FKuR Willich. Izvor: Wikipedia Commons.

Nedavna istraživanja

Dodatak nanokompozita PLA proučava se radi poboljšanja nekih njegovih svojstava, poput toplinske otpornosti, brzine kristalizacije, usporavanja plamena, antistatičkih i električno provodljivih karakteristika, anti-UV i antibakterijskih svojstava.

Neki su istraživači uspjeli povećati mehaničku čvrstoću i električnu vodljivost PLA dodavanjem grafenskih nanočestica. To znatno povećava aplikacije koje PLA može imati u odnosu na 3D ispis.

Drugi su znanstvenici uspjeli razviti vaskularni flaster (popraviti arterije u ljudskom tijelu) cijepljenjem organofosfat-fosforilkolina na skelu ili platformu PLA.

Vaskularni flaster pokazao je tako povoljna svojstva koja se smatraju obećavajućim za inženjering vaskularnog tkiva.

Njegova svojstva uključuju činjenicu da ne proizvodi hemolizu (raspad crvenih krvnih stanica), nije toksična za stanice, odupire se adheziji trombocita i ima dobar afinitet prema stanicama koje liniju krvnih žila.

Reference

1. Mirae Kim i sur. (2019). Električno provodljivi i mehanički jaki kompoziti grafen-polaktične kiseline za 3D ispis. ACS primijenjeni materijali i sučelja. 2019, 11, 12, 11841-11848. Oporavak od pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee i sur. (2012). Primjene poli (mliječne kiseline). U Priručniku biopolimeri i biorazgradiva plastika. Poglavlje 3. Oporavak od sciencedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh i sur. (2007). Poli (mliječna kiselina) vlakna: pregled. Prog. Polim. Sci. 32 (2007) 455-482. Oporavljeno od sciencedirect.com.
4. Raquez, Jean-Marie i sur. (2013). Nanokompoziti na bazi polaktida (PLA). Napredak u polimernoj znanosti. 38 (2013) 1504-1542. Oporavili od sciencedirect.
5. Zhang, Jun i sur. (2019). Žilni flasteri zwitterionski polimerizirani polimernom kiselinom zasnovani na decellulariziranom skelu za inženjering tkiva. ACS Biomaterials Science & Engineering. Datum objave: 25. srpnja 2019. Obnovljeno od pubs.acs.org.