عديد حمض اللبنيك: التركيب والخصائص والتوليف والاستخدامات - كيمياء - 2026

في عديد حمض اللبنيك، الذي هو بولي (حامض اللبنيك) الاسم الصحيح، هو مادة تتكون من البلمرة حامض اللبنيك. يُعرف أيضًا باسم بولي لاكتيد ، حيث يمكن الحصول عليه من تحلل اللاكتيد وبلمرة ، وهو ثنائي حمض اللاكتيك.

بولي (حمض اللاكتيك) أو PLA ليس حمضًا ، إنه بوليستر ، والذي يمكن رؤيته في المونومر الذي يتكون منه. إنه بوليمر قابل للتحلل البيولوجي بسهولة وهو متوافق حيويًا. تعود كلتا الخواص إلى حقيقة أنه يمكن تحللها بسهولة في كل من البيئة وجسم الإنسان أو الحيوان. علاوة على ذلك ، فإن تحللها لا ينتج عنه مركبات سامة.

صيغة مبسطة من بوليمر حمض اللاكتيك أو بولي (حمض اللاكتيك). بوليميريك. المصدر: ويكيبيديا كومنز.

إن اشتراك PLA في خيوط للخياطة أثناء العمليات الجراحية معروف منذ سنوات. كما أنها تستخدم في صناعة الأدوية في الأدوية بطيئة الإطلاق.

يتم استخدامه في عمليات الزرع لجسم الإنسان وهناك عدد كبير من الدراسات لاستخدامه في الأنسجة البيولوجية ، وكذلك للطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) لمعظم التطبيقات المتنوعة.

لكونها واحدة من البوليمرات الأكثر قابلية للتحلل البيولوجي وغير السامة ، فقد اقترح منتجوها استبدال جميع المواد البلاستيكية المشتقة من البترول والتي تستخدم حاليًا في آلاف التطبيقات مع هذه المادة.

وبالإضافة إلى ذلك، وفقا لمصنعي لها، لانها تأتي من مصادر الطاقة المتجددة، وإنتاج واستخدام جيش التحرير الشعبى الصينى هو وسيلة لتقليل كمية CO ₂ الذي تم إنشاؤه عند إنتاج البلاستيك من صناعة البتروكيماويات.

بناء

بولي- (حمض اللاكتيك) هو بوليستر ، أي أنه يحتوي على وحدات إستر متكررة - (C = O) - أو ، وهو ما يمكن رؤيته في الشكل التالي:

هيكل بولي (حمض اللاكتيك) أو PLA. جو. المصدر: ويكيبيديا كومنز.

التسمية

- عديد حمض اللبنيك)

- بولي لاكتيد

- جيش التحرير الشعبى الصينى

- بولي (حمض اللاكتيك) أو PLLA

- بولي (D ، L- حمض اللاكتيك) أو PDLLA

- عديد حمض اللبنيك

الخصائص

الحالة الفيزيائية

- بولي (D ، L- حمض اللاكتيك): مادة صلبة غير متبلورة.

- بولي (حمض اللاكتيك): مادة صلبة شبه بلورية شفافة هشة أو هشة.

الوزن الجزيئي الغرامي

يعتمد ذلك على درجة بلمرة المادة.

درجة حرارة انتقال الزجاج

إنها درجة الحرارة التي يكون البوليمر تحتها جامدًا وهشًا وهشًا ، وفوقها يصبح البوليمر مرنًا وقابل للطرق.

- بولي (حمض اللاكتيك) 63 درجة مئوية.

- بولي (D، L-lactic acid): 55 درجة مئوية.

نقطة الانصهار

- بولي (حمض اللاكتيك): 170-180 درجة مئوية.

- بولي (D، L-lactic acid): ليس له نقطة انصهار لأنه غير متبلور.

درجة حرارة التحلل

227-255 درجة مئوية.

كثافة

- غير متبلور: 1.248 جم / سم ³

- بلوري: 1290 جم / سم ³

خصائص أخرى

ميكانيكي

بولي (حمض اللاكتيك) له قوة ميكانيكية أعلى من البولي (حمض D ، L-lactic).

من السهل معالجة PLA بالحرارة ، لذلك يمكن الحصول على خيوط دقيقة جدًا من هذا البوليمر.

التوافق الحيوي

منتج التحلل ، حمض اللاكتيك ، غير سام ومتوافق حيويًا تمامًا ، لأنه ينتج عن طريق كائنات حية. في حالة الإنسان ، يتم إنتاجه في العضلات وخلايا الدم الحمراء.

قابلية التحلل البيولوجي

يمكن تجزئتها حراريًا عن طريق التحلل المائي في جسم الإنسان أو الحيوانات أو الكائنات الحية الدقيقة ، وهو ما يسمى التحلل المائي.

سهولة التعديل في خصائصه

يمكن تصميم خصائصها الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية من خلال التعديلات المناسبة ، والبلمرة المشتركة ، والتطعيم.

نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة

تم الحصول عليه لأول مرة في عام 1932 عن طريق تسخين حمض اللاكتيك تحت التفريغ. حمض اللاكتيك HO-CH3-CH-COOH هو جزيء ذو مركز مراوان (أي ذرة كربون مرتبطة بأربع مجموعات مختلفة).

لهذا السبب ، يحتوي على اثنين من المتماثلات أو الأيزومرات المرآوية (وهما جزيءان متطابقان ولكن لهما اتجاه مكاني مختلف لذراتهما).

إن المتغيرات هي حمض L-lactic و D-lactic acid ، والتي تتميز عن بعضها البعض بطريقة تشتيت الضوء المستقطب. إنها صور معكوسة.

صينيات حمض اللاكتيك. اليسار: حمض اللاكتيك. اليمين: حمض د-لاكتيك. す じ に く シ チ ュ ー. المصدر: ويكيبيديا كومنز.

يتم الحصول على حمض اللاكتيك من التخمر بواسطة الكائنات الحية الدقيقة للسكريات الطبيعية مثل دبس السكر أو نشا البطاطس أو سكر العنب. هذه هي الطريقة المفضلة حاليًا للحصول عليها.

عندما يتم تحضير بولي (حمض اللاكتيك) من حمض اللاكتيك ، يتم الحصول على بولي (حمض اللاكتيك) أو PLLA.

من ناحية أخرى ، عندما يتم تحضير البوليمر من خليط من حمض L-lactic و D-lactic acid ، يتم الحصول على poly- (D ، L-lactic acid) أو PDLLA.

في هذه الحالة ، يكون الخليط الحمضي عبارة عن مزيج في أجزاء متساوية من متصادري D و L ، يتم الحصول عليه عن طريق التخليق من الإيثيلين للبترول. نادرا ما يستخدم هذا الشكل من أشكال الحصول اليوم.

PLLA و PDLLA لهما خصائص مختلفة قليلاً. يمكن إجراء البلمرة بطريقتين:

- تكوين مادة وسيطة: الثنائى الدوري المسمى لاكتيد ، والذي يمكن التحكم في بلمرته ويمكن الحصول على منتج بالوزن الجزيئي المطلوب.

بلمرة اللاكتيد للحصول على جيش التحرير الشعبى الصينى. جو. المصدر: ويكيبيديا كومنز. - التكثيف المباشر لحمض اللاكتيك تحت ظروف الفراغ: والذي ينتج بوليمر ذو وزن جزيئي منخفض أو متوسط.

مقارنة بين شكلي تخليق جيش التحرير الشعبى الصينى. RLM0518. المصدر: ويكيبيديا كومنز.

يستخدم في الطب

منتجاته المتحللة غير سامة ، مما يفضل استخدامه في هذا المجال.

الغرز

الشرط الأساسي لخيوط الخياطة هو أنها تحافظ على الأنسجة في مكانها حتى يوفر الشفاء الطبيعي نسيجًا قويًا في موقع التقاطع.

منذ عام 1972 ، تم تصنيع مادة خياطة تسمى Vicryl ، وهي خيوط أو خيوط قوية جدًا قابلة للامتصاص الحيوي. يتكون هذا الخيط من بوليمر مشترك من حمض الجليكوليك وحمض اللاكتيك (90:10) ، والذي يتحلل مائيًا بسرعة في موقع الخياطة ، لذلك يمتصه الجسم بسهولة.

تشير التقديرات إلى أنه في جسم الإنسان ، يتحلل PLA بنسبة 63 ٪ في حوالي 168 يومًا و 100 ٪ في 1.5 سنة.

استخدام الأدوية

تجعل قابلية التحلل البيولوجي لجين PLA مفيدًا للإصدار الخاضع للرقابة للمنتجات الطبية.

في معظم الحالات ، يتم إطلاق الدواء تدريجياً بسبب التحلل المائي والتغيرات المورفولوجية للخزان (المصنوع من البوليمر) الذي يحتوي على المنتج الطبي.

في حالات أخرى ، يتم إطلاق الدواء ببطء من خلال غشاء البوليمر.

يزرع

أثبت PLA فعاليته في عمليات الزرع والدعم لجسم الإنسان. وقد تم الحصول على نتائج جيدة في عمليات تثبيت الكسور وقطع العظام أو جراحات العظام.

هندسة الأنسجة البيولوجية

يتم حاليًا إجراء العديد من الدراسات لتطبيق PLA في إعادة بناء الأنسجة والأعضاء.

تم تطوير خيوط PLA لتجديد الأعصاب في المرضى المشلولين.

تمت معالجة ألياف PLA سابقًا بالبلازما لجعلها تستجيب لنمو الخلايا. يتم ربط أطراف العصب المراد إصلاحه عن طريق جزء اصطناعي من PLA معالج بالبلازما.

في هذا الجزء ، يتم زرع خلايا خاصة والتي ستنمو وتملأ الفراغ بين طرفي العصب ، وتنضم إليهما. بمرور الوقت ، يتلاشى دعم PLA ، تاركًا قناة مستمرة من الخلايا العصبية.

كما تم استخدامه في إعادة بناء المثانة ، حيث يعمل بمثابة سقالة أو منصة يتم فيها زرع خلايا الظهارة البولية (الخلايا التي تغطي المثانة وأعضاء الجهاز البولي) وخلايا العضلات الملساء.

استخدم في مواد النسيج

تسمح كيمياء PLA بالتحكم في خصائص معينة للألياف تجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من تطبيقات النسيج والملابس والأثاث.

على سبيل المثال ، قدرتها على امتصاص الرطوبة ، وفي نفس الوقت انخفاض الاحتفاظ بالرطوبة والروائح ، تجعلها مفيدة لصنع الملابس للرياضيين ذوي الأداء العالي. لا يسبب الحساسية ولا يسبب تهيج الجلد.

حتى أنها تعمل مع ملابس الحيوانات الأليفة ولا تتطلب الكي. تتميز بكثافة منخفضة ، لذا فهي أخف من الألياف الأخرى.

إنها تأتي من مصدر متجدد وإنتاجها غير مكلف.

تطبيقات مختلفة

PLA مناسب لصنع الزجاجات للاستخدامات المختلفة (الشامبو والعصائر والماء). هذه الزجاجات لها لمعان وشفافية ووضوح. بالإضافة إلى ذلك ، يعد PLA حاجزًا استثنائيًا للروائح والنكهات.

ومع ذلك ، فإن هذا الاستخدام مخصص لدرجات حرارة أقل من 50-60 درجة مئوية ، لأنه يميل إلى التشوه عند الوصول إلى درجات الحرارة هذه.

يتم استخدامه في إنتاج الأطباق والأكواب وأواني الطعام التي تستخدم لمرة واحدة ، وكذلك حاويات الطعام ، مثل الزبادي والفواكه والمعكرونة والجبن وما إلى ذلك ، أو صواني رغوة PLA لتعبئة الأطعمة الطازجة. لا يمتص الشحوم والزيوت والرطوبة ولديه المرونة. يمكن تحويل نفايات PLA إلى سماد.

قش جيش التحرير الشعبى الصينى أو القش أو القش. F. Kesselring ، FKuR Willich. المصدر: ويكيبيديا كومنز.

كما أنها تستخدم في صنع صفائح رقيقة لتعبئة الأطعمة مثل رقائق البطاطس أو الأطعمة الأخرى.

عبوات PLA للحلوى. F. Kesselring ، FKuR Willich. المصدر: ويكيبيديا كومنز.

يمكن استخدامه لعمل بطاقات المعاملات الإلكترونية وبطاقات مفاتيح غرفة الفندق. يمكن لبطاقات PLA تلبية ميزات الأمان والسماح بتطبيق الأشرطة المغناطيسية.

يستخدم على نطاق واسع لتصنيع الصناديق أو أغلفة المنتجات الحساسة للغاية ، مثل الأجهزة الإلكترونية ومستحضرات التجميل. يتم استخدام الدرجات المعدة خصيصًا لهذا الاستخدام ، عن طريق اقترانها بألياف أخرى.

يمكن تصنيع الرغوة الممتدة من PLA لاستخدامها كمادة لامتصاص الصدمات لشحن الأدوات أو الأشياء الحساسة.

يتم استخدامه لصنع ألعاب للأطفال.

يستخدم في الهندسة والزراعة

يستخدم PLA لعمل المصارف في مواقع البناء ، ومواد بناء الأرضيات مثل السجاد ، والأرضيات الخشبية وورق الحائط ، للسجاد وأقمشة وسائد السيارات.

استخدامه قيد التطوير في الصناعة الكهربائية ، كطلاء للأسلاك الموصلة.

من بين تطبيقاته الزراعة ، حيث يتم تصنيع أغشية واقية من التربة PLA ، والتي تسمح بمكافحة الأعشاب الضارة وتفضل الاحتفاظ بالأسمدة. أغشية PLA قابلة للتحلل ، ويمكن دمجها في التربة في نهاية الحصاد وبالتالي توفير العناصر الغذائية.

طبقة حماية التربة PLA في المحاصيل. F. Kesselring ، FKuR Willich. المصدر: ويكيبيديا كومنز.

الدراسات الحديثة

تتم دراسة إضافة المركبات النانوية إلى PLA لتحسين بعض خصائصه ، مثل المقاومة الحرارية ، وسرعة التبلور ، ومثبطات اللهب ، والخصائص الموصلة للكهرباء الساكنة والمضادة للأشعة فوق البنفسجية والمضادة للبكتيريا.

تمكن بعض الباحثين من زيادة القوة الميكانيكية والتوصيل الكهربائي لـ PLA عن طريق إضافة جزيئات الجرافين النانوية. يؤدي هذا إلى زيادة التطبيقات التي يمكن أن يمتلكها PLA فيما يتعلق بالطباعة ثلاثية الأبعاد.

نجح علماء آخرون في تطوير رقعة وعائية (لإصلاح الشرايين في جسم الإنسان) عن طريق تطعيم فوسفات عضوي-فسفوريل كولين على سقالة أو منصة PLA.

أظهرت رقعة الأوعية الدموية مثل هذه الخصائص الإيجابية التي تعتبر واعدة لهندسة الأنسجة الوعائية.

تشمل خصائصه حقيقة أنه لا ينتج انحلال الدم (تفكك خلايا الدم الحمراء) ، فهو غير سام للخلايا ، ويقاوم التصاق الصفائح الدموية وله تقارب جيد مع الخلايا التي تبطن الأوعية الدموية.

المراجع

1. ميرا كيم وآخرون. (2019). مركبات حمض الجرافين متعدد حمض اللاكتيك الموصلة كهربائياً والقوية ميكانيكياً للطباعة ثلاثية الأبعاد. المواد التطبيقية والواجهات. 2019 ، 11 ، 12 ، 11841-11848. تعافى من pubs.acs.org.
2. تين سين ، لي وآخرون. (2012). تطبيقات بولي (حمض اللاكتيك). في كتيب البوليمرات الحيوية والبلاستيك القابل للتحلل. الفصل 3. تعافى من sciencedirect.com.
3. جوبتا ، بوفانيش ، وآخرون. (2007). ألياف بولي (حمض اللاكتيك): نظرة عامة. بروغ. علوم.32 (2007) 455-482. تعافى من sciencedirect.com.
4. راكيز ، جان ماري وآخرون. (2013). المركبات النانوية القائمة على عديد حمض اللبنيك (جيش التحرير الشعبى الصينى). التقدم في علوم البوليمر. 38 (2013) 1504-1542. تعافى من sciencedirect.
5. تشانغ ، جون وآخرون. (2019). بقع Zwitterionic Polymer-Grafed Polylactic Acid للأوعية الدموية على أساس سقالة منزوعة الخلايا لهندسة الأنسجة. علوم وهندسة المواد الحيوية ACS. تاريخ النشر: 25 يوليو 2019. تم الاسترجاع من pubs.acs.org.