AXIT POLYLACTIC: CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, TỔNG HỢP, SỬ DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các axit polylactic, có tên chính xác là poly (axit lactic), là một loại vật liệu hình thành bởi quá trình polymer hóa axit lactic. Nó còn được gọi là poly-lactide, vì nó có thể thu được từ sự phân hủy và trùng hợp của lactide, là một chất dimer của axit lactic.

Poly (axit lactic) hay PLA không phải là axit, nó là một polyeste, có thể được nhìn thấy trong monome tạo nên nó. Nó là một polyme dễ phân hủy sinh học và tương thích sinh học. Cả hai đặc tính này là do nó có thể dễ dàng bị thủy phân cả trong môi trường và trong cơ thể người hoặc động vật. Hơn nữa, sự phân hủy của nó không tạo ra các hợp chất độc hại.

Công thức đơn giản của polyme axit lactic hoặc poly (axit lactic). Polimerek. Nguồn: Wikipedia Commons.

Sự tham gia của PLA vào sợi chỉ khâu trong phẫu thuật đã được biết đến trong nhiều năm. Nó cũng được sử dụng trong công nghiệp dược phẩm trong các loại thuốc giải phóng chậm.

Nó được sử dụng trong cấy ghép cho cơ thể con người và có một số lượng lớn các nghiên cứu về việc sử dụng nó trong các mô sinh học, cũng như để in ba chiều (3D) cho các ứng dụng đa dạng nhất.

Là một trong những polyme phân hủy sinh học và không độc hại nhất, các nhà sản xuất của nó đã đề xuất thay thế tất cả các loại nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ hiện đang được sử dụng trong hàng nghìn ứng dụng bằng vật liệu này.

Ngoài ra, theo các nhà sản xuất, vì nó xuất phát từ các nguồn tái tạo nên việc sản xuất và sử dụng PLA là một cách để giảm lượng CO ₂ được tạo ra khi sản xuất nhựa từ ngành công nghiệp hóa dầu.

Kết cấu

Poly- (axit lactic) là một polyester, có nghĩa là, nó có các đơn vị este lặp lại - (C = O) -OR, có thể được nhìn thấy trong hình sau:

Cấu trúc của poly (axit lactic) hoặc PLA. Jü. Nguồn: Wikipedia Commons.

Danh pháp

- Axit polylactic)

- Poly-lactide

- PLA

- Poly- (axit L-lactic) hoặc PLLA

- Poly- (D, L-axit lactic) hoặc PDLLA

- Axit polylactic

Tính chất

Tình trạng thể chất

- Poly (D, L-axit lactic): chất rắn vô định hình.

- Poly (axit L-lactic): chất rắn bán tinh thể trong suốt dễ vỡ hoặc giòn.

Trọng lượng phân tử

Nó phụ thuộc vào mức độ trùng hợp của vật liệu.

Nhiệt kế thủy tinh

Đó là nhiệt độ dưới đó polyme cứng, giòn và dễ gãy, và trên đó polyme trở nên đàn hồi và dễ uốn.

- Poly (axit L-lactic): 63 ºC.

- Poly (D, L-axit lactic): 55 ºC.

Độ nóng chảy

- Poly (axit L-lactic): 170-180 ºC.

- Poly (D, L-axit lactic): không có nhiệt độ nóng chảy vì nó là chất vô định hình.

nhiệt độ phân hủy

227-255 ° C.

Tỉ trọng

- Vô định hình: 1,248 g / cm ³

- Kết tinh: 1,290 g / cm ³

Các tài sản khác

Cơ khí

Poly (axit L-lactic) có độ bền cơ học cao hơn poly (D, L-axit lactic).

PLA dễ gia công bằng nhiệt dẻo, do đó có thể thu được các sợi rất mịn từ polyme này.

Tương thích sinh học

Sản phẩm phân hủy của nó, axit lactic, không độc hại và hoàn toàn tương thích sinh học, vì nó được tạo ra bởi các sinh vật sống. Trong trường hợp của con người, nó được tạo ra trong cơ và các tế bào hồng cầu.

Khả năng phân hủy sinh học

Nó có thể được phân đoạn nhiệt bằng cách thủy phân trong cơ thể người, động vật hoặc vi sinh vật, được gọi là sự phân hủy thủy phân.

Dễ dàng sửa đổi các đặc điểm của nó

Các đặc tính vật lý, hóa học và sinh học của chúng có thể được điều chỉnh thông qua các sửa đổi, đồng trùng hợp và ghép phù hợp.

Tổng hợp

Nó lần đầu tiên thu được vào năm 1932 bằng cách đun nóng axit lactic trong chân không. HO-CH3-CH-COOH axit lactic là một phân tử có tâm bất đối (nghĩa là, một nguyên tử cacbon gắn với bốn nhóm khác nhau).

Vì lý do này, nó có hai đồng phân đối quang hoặc đồng phân cụ thể (chúng là hai phân tử giống hệt nhau nhưng có định hướng không gian khác nhau của nguyên tử của chúng).

Các chất đối quang là axit L-lactic và axit D-lactic, được phân biệt với nhau bằng cách chúng làm lệch hướng ánh sáng phân cực. Chúng là hình ảnh phản chiếu.

Chất đối quang của axit lactic. Trái: Axit L-lactic. Đúng: D-axit lactic. す じ に く シ チ ュ ー. Nguồn: Wikipedia Commons.

Axit l-lactic thu được từ quá trình lên men của vi sinh vật đối với các loại đường tự nhiên như mật đường, tinh bột khoai tây hoặc dextrose ngô. Đây là cách hiện đang được ưa thích để lấy nó.

Khi poly (axit lactic) được điều chế từ axit L-lactic, sẽ thu được poly (axit L-lactic), hoặc PLLA.

Mặt khác, khi điều chế polyme từ hỗn hợp axit L-lactic và axit D-lactic thì thu được poly- (D, L-axit lactic) hoặc PDLLA.

Trong trường hợp này, hỗn hợp axit là sự kết hợp ở các phần bằng nhau của các đồng phân đối quang D và L, thu được bằng cách tổng hợp từ etylen của dầu mỏ. Hình thức thu thập này hiếm khi được sử dụng ngày nay.

PLLA và PDLLA có các đặc tính hơi khác nhau. Quá trình trùng hợp có thể được thực hiện theo hai cách:

- Hình thành chất trung gian: chất đime vòng được gọi là lactide, có thể kiểm soát được quá trình trùng hợp và thu được sản phẩm có khối lượng phân tử mong muốn.

Trùng hợp lactide để thu được PLA. Jü. Nguồn: Wikipedia Commons.– Sự ngưng tụ trực tiếp của axit lactic trong điều kiện chân không: tạo ra một polyme có trọng lượng phân tử thấp hoặc trung bình.

So sánh hai hình thức tổng hợp PLA. RLM0518. Nguồn: Wikipedia Commons.

Sử dụng trong y học

Các sản phẩm thoái hóa của nó không độc hại, điều này có lợi cho ứng dụng của nó trong lĩnh vực này.

Sutures

Yêu cầu cơ bản đối với sợi chỉ khâu là chúng giữ các mô tại chỗ cho đến khi lành vết thương tự nhiên cung cấp các mô chắc khỏe tại vị trí nối.

Kể từ năm 1972, vật liệu khâu có tên là Vicryl đã được sản xuất, một loại sợi hoặc chỉ có khả năng hấp thụ sinh học rất mạnh. Sợi chỉ này được làm từ chất đồng trùng hợp của axit glycolic và axit lactic (90:10), được thủy phân nhanh chóng tại vị trí khâu nên dễ dàng được cơ thể hấp thụ.

Người ta ước tính rằng trong cơ thể con người, PLA phân hủy 63% trong khoảng 168 ngày và 100% trong 1,5 năm.

Sử dụng dược phẩm

Khả năng phân hủy sinh học của PLA làm cho nó hữu ích cho việc phát hành có kiểm soát các sản phẩm thuốc.

Trong hầu hết các trường hợp, thuốc được giải phóng dần dần do sự phân hủy thủy phân và sự thay đổi hình thái của chất chứa (làm bằng polyme) có chứa sản phẩm thuốc.

Trong các trường hợp khác, thuốc được giải phóng chậm qua màng polyme.

Cấy ghép

PLA đã được chứng minh hiệu quả trong việc cấy ghép và hỗ trợ cơ thể con người. Kết quả tốt đã thu được trong việc cố định gãy xương và nắn xương hoặc phẫu thuật xương.

Kỹ thuật mô sinh học

Hiện nay nhiều nghiên cứu đang được thực hiện để ứng dụng PLA trong việc tái tạo các mô và cơ quan.

Các sợi PLA đã được phát triển để tái tạo các dây thần kinh ở những bệnh nhân bị liệt.

Sợi PLA trước đây đã được xử lý bằng huyết tương để làm cho nó dễ tiếp nhận với sự phát triển của tế bào. Các đầu của dây thần kinh được sửa chữa được nối bằng một đoạn PLA nhân tạo được xử lý bằng huyết tương.

Trên đoạn này, các tế bào đặc biệt được tạo hạt sẽ phát triển và lấp đầy khoảng trống giữa hai đầu của dây thần kinh, nối chúng với nhau. Theo thời gian, lớp hỗ trợ PLA bị mòn đi, để lại một kênh tế bào thần kinh liên tục.

Nó cũng đã được sử dụng trong việc tái tạo các bladder, hoạt động như một giàn giáo hoặc nền tảng mà các tế bào niệu quản (tế bào bao phủ bàng quang và các cơ quan của hệ tiết niệu) và các tế bào cơ trơn được gieo mầm.

Sử dụng trong vật liệu dệt

Tính chất hóa học của PLA cho phép kiểm soát các đặc tính nhất định của sợi làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng dệt, quần áo và đồ nội thất.

Ví dụ, khả năng hút ẩm, đồng thời giữ độ ẩm và mùi hôi thấp, rất hữu ích để làm quần áo cho các vận động viên thành tích cao. Nó không gây dị ứng, nó không gây kích ứng da.

Nó thậm chí còn dùng được cho quần áo vật nuôi và không cần ủi. Nó có mật độ thấp, vì vậy nó nhẹ hơn các loại sợi khác.

Nó đến từ một nguồn tái tạo và sản xuất nó không đắt.

Nhiêu ưng dụng khac nhau

PLA thích hợp để làm chai cho các mục đích sử dụng khác nhau (dầu gội đầu, nước trái cây và nước). Những chai này có độ sáng bóng, trong suốt và rõ ràng. Ngoài ra, PLA là một rào cản đặc biệt đối với mùi và hương vị.

Tuy nhiên, việc sử dụng này dành cho nhiệt độ dưới 50-60 ºC, vì nó có xu hướng biến dạng khi đạt đến nhiệt độ đó.

Nó được sử dụng trong sản xuất đĩa, cốc và dụng cụ thực phẩm dùng một lần, cũng như hộp đựng thực phẩm, chẳng hạn như sữa chua, trái cây, mì ống, pho mát, v.v. hoặc khay xốp PLA để đóng gói thực phẩm tươi sống. Nó không hấp thụ dầu mỡ, độ ẩm và có tính linh hoạt. PLA chất thải có thể được ủ.

Ống hút, ống hút hoặc ống hút của PLA. F. Kesselring, FKuR Willich. Nguồn: Wikipedia Commons.

Nó cũng được sử dụng để làm tấm mỏng để đóng gói thực phẩm như khoai tây chiên hoặc các loại thực phẩm khác.

Bao bì PLA cho kẹo. F. Kesselring, FKuR Willich. Nguồn: Wikipedia Commons.

Nó có thể được sử dụng để làm thẻ giao dịch điện tử và thẻ chìa khóa phòng khách sạn. Thẻ PLA có thể đáp ứng các tính năng bảo mật và cho phép ứng dụng băng từ.

Nó được sử dụng rộng rãi để sản xuất hộp hoặc vỏ của các sản phẩm rất tinh vi, chẳng hạn như thiết bị điện tử và mỹ phẩm. Các lớp được chuẩn bị đặc biệt cho mục đích này được sử dụng, bằng cách ghép nối với các sợi khác.

Bọt nở ra có thể được làm từ PLA để được sử dụng làm vật liệu hấp thụ va chạm để vận chuyển các dụng cụ hoặc đồ vật mỏng manh.

Nó được dùng để làm đồ chơi cho trẻ em.

Sử dụng trong kỹ thuật và nông nghiệp

PLA được sử dụng để làm đường thoát nước trong công trường xây dựng, vật liệu xây dựng sàn như thảm, sàn gỗ công nghiệp và giấy dán tường, làm thảm và vải đệm xe hơi.

Việc sử dụng nó đang được phát triển trong ngành công nghiệp điện, làm lớp phủ cho dây dẫn điện.

Trong số các ứng dụng của nó là nông nghiệp, với màng bảo vệ đất PLA được sản xuất, cho phép kiểm soát cỏ dại và thuận lợi cho việc giữ lại phân bón. Màng PLA có thể phân hủy sinh học, chúng có thể được kết hợp vào đất vào cuối vụ thu hoạch và do đó cung cấp chất dinh dưỡng.

Màng PLA bảo vệ đất trong cây trồng. F. Kesselring, FKuR Willich. Nguồn: Wikipedia Commons.

Các nghiên cứu gần đây

Việc bổ sung nanocompozit vào PLA đang được nghiên cứu để cải thiện một số đặc tính của nó, chẳng hạn như khả năng chịu nhiệt, tốc độ kết tinh, khả năng chống cháy, đặc tính chống tĩnh điện và dẫn điện, chống tia cực tím và đặc tính kháng khuẩn.

Một số nhà nghiên cứu đã tìm cách tăng độ bền cơ học và độ dẫn điện của PLA bằng cách thêm các hạt nano graphene. Điều này làm tăng đáng kể các ứng dụng mà PLA có thể có liên quan đến in 3D.

Các nhà khoa học khác đã thành công trong việc phát triển một miếng dán mạch máu (để sửa chữa các động mạch trong cơ thể người) bằng cách ghép organophosphate-phosphorylcholine lên một giàn giáo hoặc nền PLA.

Miếng dán mạch máu đã chứng minh các đặc tính thuận lợi được coi là đầy hứa hẹn cho kỹ thuật mô mạch máu.

Đặc tính của nó bao gồm thực tế là nó không tạo ra sự tán huyết (sự phân hủy của các tế bào hồng cầu), nó không độc hại đối với các tế bào, nó chống lại sự kết dính của các tiểu cầu và nó có ái lực tốt với các tế bào lót mạch máu.

Người giới thiệu

1. Mirae Kim và cộng sự. (2019). Vật liệu tổng hợp axit Graphene-polylactic mạnh về mặt cơ học và dẫn điện để in 3D. Vật liệu & Giao diện Ứng dụng ACS. 2019, 11, 12, 11841-11848. Đã khôi phục từ pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee và cộng sự. (2012). Các ứng dụng của Poly (Axit lactic). Trong Sổ tay về chất tạo màng sinh học và chất dẻo phân hủy sinh học. Chương 3. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh, et al. (2007). Chất xơ poly (axit lactic): Tổng quan. Prog. Polym. Khoa học viễn tưởng 32 (2007) 455-482. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
4. Raquez, Jean-Marie và cộng sự. (2013). Vật liệu tổng hợp nano dựa trên polylactide (PLA). Tiến bộ trong Khoa học Polymer. 38 (2013) 1504-1542. Phục hồi từ sciricalirect.
5. Zhang, Jun và cộng sự. (2019). Zwitterionic Polymer-Grafed Polylactic Acid Patch Patch dựa trên Decellularized Scaffold cho Kỹ thuật Mô. Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Sinh học ACS. Ngày xuất bản: 25 tháng 7 năm 2019. Được khôi phục từ pubs.acs.org.