חומצה פוליאקטית: מבנה, תכונות, סינתזה, שימושים - כִּימִיָה - 2025

חומצת polylactic, ששם נכון הוא פולי (חומצה לקטית), היא חומר שנוצר על ידי polymerizing חומצה לקטית. זה ידוע גם בשם פולי-לקטיד, שכן ניתן לקבלו מהתמוטטות ופולימריזציה של הלקטיד, שהוא דימר של חומצה לקטית.

פולי (חומצה לקטית) או PLA אינם חומצה, הם פוליאסטר, שניתן לראות במונומר שמרכיב אותה. זהו פולימר מתכלה בקלות והוא תואם ביולוגית. שתי התכונות נובעות מהעובדה שניתן יהיה לבצע הידרוליזה קלה הן בסביבה והן בגוף האדם או החיה. יתר על כן, השפלתה אינה מייצרת תרכובות רעילות.

פורמולה מפושטת של הפולימר של חומצה לקטית או פולי (חומצה לקטית). פולימרק. מקור: Wikipedia Commons.

מעורבותה של PLA בחוטים לצורך התפרה במהלך ניתוחים ידועה כבר שנים. הוא משמש גם בתעשיית התרופות בתרופות עם שחרור איטי.

הוא משמש בשתלים לגוף האדם וישנם מספר רב של מחקרים לשימושו ברקמות ביולוגיות, כמו גם להדפסה תלת ממדית (תלת מימדית) ליישומים המגוונים ביותר.

בהיותו אחד הפולימרים המתכלים והלא רעילים ביותר, הציעו היצרנים להחליף את כל הפלסטיק שמקורו בנפט המשמש כיום לאלפי יישומים בחומר זה.

בנוסף, לטענת יצרניותיה, מכיוון שמקורו במקורות מתחדשים, ייצור ושימוש ב- PLA הם דרך להפחית את כמות CO ₂ הנוצרת בעת ייצור פלסטיקה מהתעשייה הפטרוכימית.

מִבְנֶה

פולי- (חומצה לקטית) הוא פוליאסטר, כלומר יש לו יחידות אסטר חוזרות - (C = O) -OR, דבר שניתן לראות באיור הבא:

מבנה של פולי (חומצה לקטית) או PLA. Jü. מקור: Wikipedia Commons.

מִנוּחַ

- פולי- (חומצה לקטית)

- פולי-לקטייד

- PLA

- פולי- (חומצה לקטית) או PLLA

- פולי- (D, L-lactic acid) או PDLLA

- חומצה פוליאקטית

נכסים

מצב פיזי

- פולי (D, חומצה לקטית): מוצק אמורפי.

- פולי (חומצה לקטית): מוצק שקוף למחצה שביר או שביר.

משקל מולקולרי

זה תלוי בדרגת הפולימור של החומר.

טמפרטורת מעבר זכוכית

זוהי הטמפרטורה שמתחתיה הפולימר קשיח, שביר ושברירי, ומעליו הפולימר הופך להיות אלסטי ורטיל.

- פולי (חומצה לקטית): 63 מעלות צלזיוס.

- פולי (D, חומצה לקטית): 55 מעלות צלזיוס.

נקודת המסה

- פולי (חומצה לקטית): 170-180 מעלות צלזיוס.

- פולי (D, חומצה לקטית): אין לו נקודת התכה משום שהיא אמורפית.

טמפרטורת פירוק

227-255 מעלות צלזיוס.

צְפִיפוּת

- אמורפי: 1,248 גרם / ס"מ ³

- גבישי: 1,290 גרם / ס"מ ³

נכסים אחרים

מֵכָנִי

לפולי (חומצה לקטית) יש חוזק מכני גבוה יותר מאשר פולי (D, L-לקטית).

קל לעבד את PLA תרמופלסטית, כך שניתן להשיג נימים דקים מאוד מפולימר זה.

תאימות ביולוגית

תוצר ההשפלה שלה, חומצה לקטית, אינו רעיל וניתן להתאמה לחלוטין ביולוגית, מכיוון שהוא מיוצר על ידי יצורים חיים. במקרה של בני אדם, הוא מיוצר בשרירים ובתאי הדם האדומים.

מתכלה

זה יכול להיות מפורק תרמית על ידי הידרוליזה בגוף האדם, בעלי חיים או מיקרואורגניזמים, אשר נקרא השפלה הידרוליטית.

שינוי קל במאפייניו

ניתן להתאים את התכונות הפיזיקליות, הכימיות והביולוגיות שלהן באמצעות שינויים מתאימים, קופולימרטיזציות והשתלות.

סִינתֶזָה

זה הושג לראשונה בשנת 1932 על ידי חימום של חומצה לקטית תחת ואקום. חומצה לקטית HO-CH3-CH-COOH היא מולקולה עם מרכז כיראלי (כלומר אטום פחמן המחובר לארבע קבוצות שונות).

מסיבה זו יש לו שני אנאנטיומרים או איזומרים ספולאריים (מדובר בשתי מולקולות זהות אך עם אוריינטציה מרחבית שונה של האטומים שלהן).

האננטיומרים הם חומצה לקטית וחומצה D לקטית, אשר נבדלים זה מזה בדרך בה הם מסיטים את האור הקוטב. אלה תמונות מראה.

אננטיומומרים של חומצת חלב. משמאל: חומצה לקטית. מימין: חומצת חלבון D. す じ に く シ チ ュ ー. מקור: Wikipedia Commons.

חומצה לקטית מתקבלת מהתסיסה על ידי מיקרואורגניזמים של סוכרים טבעיים כמו מולסה, עמילן תפוחי אדמה או דקסטרוז תירס. זו הדרך המועדפת כרגע להשיג אותה.

כאשר מכינים פולי (חומצה לקטית) מחומצה לקטית, מתקבל פולי (חומצה לקטית) או PLLA.

לעומת זאת, כאשר מכינים את הפולימר מתערובת של חומצה לקטית וחומצה D-לקטית, מתקבל פולי- (D, L-lactic acid) או PDLLA.

במקרה זה, תערובת החומצה היא שילוב בחלקים שווים של אננטרימר D ו- L, המתקבל על ידי סינתזה מאתילן של נפט. לעתים נדירות משתמשים בצורת השגה זו.

PLLA ו- PDLLA יש תכונות שונות במקצת. ניתן לבצע פולימריזציה בשתי דרכים:

- היווצרות של בינוני: הדימר המחזורי הנקרא לקטייד, ניתן לשלוט על הפולימרציה שלו ולקבל מוצר בעל משקל מולקולרי רצוי.

פילמור ללקטייד לקבלת PLA. Jü. מקור: Wikipedia Commons.– עיבוי ישיר של חומצה לקטית בתנאי ואקום: המייצר פולימר בעל משקל מולקולרי נמוך או בינוני.

השוואה בין שתי צורות הסינתזה של PLA. RLM0518. מקור: Wikipedia Commons.

שימושים ברפואה

מוצרי ההשפלה שלו אינם רעילים, מה שמעדיף את יישומו בתחום זה.

תפרים

הדרישה הבסיסית לחוטי תפר היא שהם יחזיקו רקמות במקום עד שהריפוי הטבעי מספק רקמות חזקות באתר הצומת.

מאז 1972 מיוצר חומר תפר בשם Vicryl, נימה או חוט ביו סופג חזק מאוד. חוט זה עשוי מקופולימר של חומצה גליקולית וחומצה לקטית (90:10), המוזרם במהירות באתר התפר, כך שהוא נספג בקלות על ידי הגוף.

ההערכה היא כי בגוף האדם, PLA מבזה 63% בכ- 168 ימים ו- 100% בעוד 1.5 שנים.

שימוש תרופתי

השפלות הביולוגית של PLA הופכת אותו לשימושי לשחרור מבוקר של תרופות.

ברוב המקרים התרופה משתחררת בהדרגה עקב השפלה הידרוליטית ושינויים מורפולוגיים של המאגר (המיוצר עם הפולימר) המכיל את המוצר התרופתי.

במקרים אחרים התרופה משתחררת לאט דרך קרום הפולימר.

שתלים

PLA הוכחה כיעילה בשתלים ותומכים בגוף האדם. תוצאות טובות הושגו בקיבעון שברים ואוסטיאוטומיות או ניתוחי עצם.

הנדסת רקמות ביולוגיות

נכון לעכשיו מבוצעים מחקרים רבים ליישום PLA בשחזור רקמות ואיברים.

חוטי PLA פותחו לצורך התחדשות העצבים בחולים משותקים.

סיבי PLA טופלו בעבר על ידי פלזמה על מנת שיהיו פתוחים לצמיחת תאים. קצות העצב לתיקון מחוברים באמצעות קטע מלאכותי של PLA המטופל בפלזמה.

בקטע זה נזרעים תאים מיוחדים אשר יגדלו וימלאו את החלל בין שני קצוות העצב, ויצטרפו אליהם. עם הזמן, תמיכת ה- PLA נעלמת, ומשאירה ערוץ רציף של תאי עצב.

הוא שימש גם בשחזור שלפוחית ​​השתן, ומשמש כ פיגום או פלטפורמה עליהם זרעים תאי שתן (תאים הקווים את השלפוחית ​​ואיברי מערכת השתן) ותאי שריר חלק.

השתמש בחומרי טקסטיל

הכימיה של PLA מאפשרת שליטה על תכונות מסוימות של הסיבים ההופכים אותו מתאים למגוון רחב של יישומי טקסטיל, ביגוד וריהוט.

לדוגמה, יכולתו לספוג לחות, ובאותה עת שמירה נמוכה של לחות וריחות, הופכת אותו לשימושי לייצור בגדים לספורטאים בעלי ביצועים גבוהים. זה היפואלרגני, זה לא מגרה את העור.

זה אפילו עובד לבגדי חיות מחמד ואינו דורש גיהוץ. יש לו צפיפות נמוכה, ולכן הוא קל יותר מסיבים אחרים.

זה מגיע ממקור מתחדש והייצור שלו לא יקר.

יישומים שונים

PLA מתאים להכנת בקבוקים לשימושים שונים (שמפו, מיצים ומים). לבקבוקים אלה יש ברק, שקיפות ובהירות. בנוסף, PLA מהווה חסם יוצא דופן לריחות וטעמים.

עם זאת, שימוש זה מיועד לטמפרטורות הנמוכות מ- 50-60 מעלות צלזיוס, מכיוון שהוא נוטה להתעוות כשמגיע לטמפרטורות אלה.

הוא משמש בייצור צלחות חד פעמיות, כוסות וכלי אוכל, כמו גם מכולות מזון, כמו יוגורט, פירות, פסטה, גבינה וכו ', או מגשי קצף של PLA לאריזת מזון טרי. הוא אינו סופג שומן, שמן, לחות ובעל גמישות. ניתן לקומפוסט פסולת PLA.

PLA קש, קש או קש. פ. קסלרינג, FKuR וויליץ '. מקור: Wikipedia Commons.

הוא משמש גם להכנת סדינים דקים לארוז מזון כגון צ'יפס תפוחי אדמה או מזונות אחרים.

אריזות PLA לממתקים. פ. קסלרינג, FKuR וויליץ '. מקור: Wikipedia Commons.

ניתן להשתמש בו להכנת כרטיסי טרנזקציה אלקטרוניים וכרטיסי מפתח לחדר במלון. כרטיסי PLA יכולים לעמוד בתכונות אבטחה ולאפשר יישום של קלטות מגנטיות.

הוא נמצא בשימוש נרחב לייצור תיבות או כיסויים של מוצרים עדינים במיוחד, כגון מכשירים אלקטרוניים וקוסמטיקה. משתמשים בציונים שהוכנו במיוחד לשימוש זה על ידי חיבור לסיבים אחרים.

ניתן לייצר קצף מורחב מ- PLA כדי לשמש כחומר סופג זעזועים למשלוח מכשירים או חפצים עדינים.

הוא משמש לייצור צעצועים לילדים.

שימושים בהנדסה וחקלאות

חברת PLA משמשת לייצור ניקוז באתרי בנייה, חומרי בנייה לרצפה כמו שטיחים, ריצוף לרבד וטפטים לקיר, לשטיחים ובדי כריות לרכב.

השימוש בו נמצא בפיתוח בענף החשמל, כציפוי לחוטים מוליכים.

בין היישומים שלה הוא זה של החקלאות, עם מיוצרים סרטי הגנה מפני קרקע של PLA המאפשרים שליטת עשבים ועדיבים את שמירת הדשן. סרטי PLA מתכלים, ניתן לשלבם באדמה בסוף הקטיף וכך לספק חומרים מזינים.

סרט PLA מגן בקרקע בגידולים. פ. קסלרינג, FKuR וויליץ '. מקור: Wikipedia Commons.

מחקרים אחרונים

התוספת של ננו-קומפוזיטים ל- PLA נבדקת כדי לשפר חלק מתכונותיה, כמו עמידות תרמית, מהירות התגבשות, מעכב בעירה, תכונות מוליכות אנטי-סטטיות וחשמליות, אנטי-UV ואפקט אנטיבקטריאלי.

ישנם חוקרים שהצליחו להגדיל את חוזק מכני ומוליכות חשמלית של PLA על ידי הוספת חלקיקי גרפן. זה מגדיל באופן משמעותי את היישומים שיכולים להיות ל- PLA ביחס להדפסת תלת מימד.

מדענים אחרים הצליחו לפתח תיקון כלי דם (לתיקון עורקים בגוף האדם) על ידי השתלת אורגנופוספט-פוספורילכולין על פיגום או פלטפורמה של PLA.

המדבקה בכלי הדם הדגימה תכונות חיוביות עד כדי כך שנחשבת מבטיחה להנדסת רקמות כלי הדם.

תכונותיו כוללות את העובדה שהיא אינה מייצרת המוליזה (התפוררות כדוריות הדם האדומות), היא אינה רעילה לתאים, היא מתנגדת להדבקה של טסיות הדם ויש לה זיקה טובה לתאים הקווים את כלי הדם.

הפניות

1. מירה קים ואח '. (2019). מוליכים חשמליים וחוזקים מכניים גרפן-פוליאקטיים חזקים מכניים להדפסת תלת מימד. חומרים וממשקים יישומיים של ACS. 2019, 11, 12, 11841-11848. התאושש מ- pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee et al. (2012). יישומים של פולי (חומצה לקטית). במדריך לביו-פולימרים ופלסטיקה מתכלה. פרק 3. התאושש מ- sciencedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh, et al. (2007). סיבי פולי (חומצה לקטית): סקירה כללית. פרוג. מדעי המדע 32 (2007) 455-482. התאושש מ- sciencedirect.com.
4. ראקז, ז'אן-מארי ואח '. (2013). ננו-קומפוזיטים מבוססי פולי-אקטיביד (PLA). התקדמות במדע הפולימרים. 38 (2013) 1504-1542. התאושש מהמדע.
5. ג'אנג, ג'ון ואח '. (2019). כתמי כלי דם חומצה פוליאקטית Zwitterionic Zwitterionic על בסיס פיגומים מפורקים להנדסת רקמות. ACS ביו-חומרים מדע והנדסה. תאריך פרסום: 25 ביולי 2019. התאושש מ- pubs.acs.org.