กรด POLYLACTIC: โครงสร้างคุณสมบัติการสังเคราะห์การใช้งาน - เคมี - 2026

polylactic กรด,ที่มีชื่อที่ถูกต้องคือโพลี (กรดแลคติค) เป็นวัสดุที่เกิดขึ้นจาก polymerizing กรดแลคติก เป็นที่รู้จักกันในชื่อโพลีแลคไทด์เนื่องจากสามารถหาได้จากการแตกตัวและการเกิดพอลิเมอไรเซชันของแลคไทด์ซึ่งเป็นกรดแลคติกที่มีขนาดเล็กลง

โพลี (กรดแลคติก) หรือ PLA ไม่ใช่กรด แต่เป็นโพลีเอสเตอร์ซึ่งสามารถมองเห็นได้ในโมโนเมอร์ที่ประกอบขึ้น เป็นโพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ง่ายและเข้ากันได้ทางชีวภาพ คุณสมบัติทั้งสองเกิดจากการที่สามารถไฮโดรไลซ์ได้ง่ายทั้งในสิ่งแวดล้อมและในร่างกายมนุษย์หรือสัตว์ นอกจากนี้การย่อยสลายยังไม่ก่อให้เกิดสารประกอบที่เป็นพิษ

สูตรที่เรียบง่ายของโพลีเมอร์ของกรดแลคติกหรือโพลี (กรดแลคติก) Polimerek ที่มา: Wikipedia Commons

การมีส่วนร่วมของ PLA ในเส้นใยสำหรับการเย็บระหว่างการผ่าตัดเป็นที่ทราบกันดีมานานหลายปีแล้ว นอกจากนี้ยังใช้ในอุตสาหกรรมยาในกลุ่มยาที่ออกฤทธิ์ช้า

มันถูกใช้ในการปลูกถ่ายสำหรับร่างกายมนุษย์และมีการศึกษาจำนวนมากสำหรับการใช้ในเนื้อเยื่อทางชีววิทยาเช่นเดียวกับการพิมพ์สามมิติ (3D) สำหรับการใช้งานที่หลากหลายที่สุด

ในฐานะที่เป็นหนึ่งในโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและปลอดสารพิษมากที่สุดผู้ผลิตได้เสนอให้เปลี่ยนพลาสติกที่ได้จากปิโตรเลียมทั้งหมดซึ่งปัจจุบันใช้ในการใช้งานหลายพันรายการกับวัสดุนี้

นอกจากนี้ตามผู้ผลิตเนื่องจากมาจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนการผลิตและการใช้ PLA เป็นวิธีการลดปริมาณ CO ₂ที่เกิดขึ้นเมื่อผลิตพลาสติกจากอุตสาหกรรมปิโตรเคมี

โครงสร้าง

โพลี - (กรดแลคติก) เป็นโพลีเอสเตอร์นั่นคือมีหน่วยเอสเทอร์ซ้ำ - (C = O) -OR ซึ่งสามารถเห็นได้ในรูปต่อไปนี้:

โครงสร้างของโพลี (กรดแลคติก) หรือ PLA จู ที่มา: Wikipedia Commons

ศัพท์เฉพาะ

- โพลี - (กรดแลคติก)

- โพลีแลคไทด์

- ปลา

- โพลี - (L-lactic acid) หรือ PLLA

- โพลี - (D, L-lactic acid) หรือ PDLLA

- กรดโพลิแลกติก

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

- โพลี (D, L-lactic acid): ของแข็งไม่มีรูปร่าง

- โพลี (กรดแอล - แลคติก): ของแข็งกึ่งผลึกโปร่งใสเปราะบางหรือเปราะ

น้ำหนักโมเลกุล

ขึ้นอยู่กับระดับของพอลิเมอไรเซชันของวัสดุ

อุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว

เป็นอุณหภูมิด้านล่างที่โพลีเมอร์มีความแข็งเปราะและเปราะและสูงกว่าซึ่งโพลิเมอร์จะยืดหยุ่นและอ่อนตัวได้

- โพลี (L-lactic acid): 63 ºC.

- โพลี (D, L-lactic acid): 55 ºC.

จุดหลอมเหลว

- โพลี (L-lactic acid): 170-180 ºC.

- โพลี (D, L-lactic acid): ไม่มีจุดหลอมเหลวเนื่องจากเป็นอสัณฐาน

อุณหภูมิสลายตัว

227-255 องศาเซลเซียส

ความหนาแน่น

- อสัณฐาน: 1,248 ก. / ซม. ³

- ผลึก: 1,290 ก. / ซม. ³

คุณสมบัติอื่น ๆ

เชิงกล

โพลี (L-lactic acid) มีความแข็งแรงเชิงกลสูงกว่าโพลี (D, L-lactic acid)

PLA นั้นง่ายต่อการแปรรูปด้วยเทอร์โมพลาสติกดังนั้นจึงสามารถหาเส้นใยที่มีความละเอียดมากจากพอลิเมอร์นี้ได้

biocompatibility

ผลิตภัณฑ์ย่อยสลายกรดแลคติกไม่เป็นพิษและเข้ากันได้ทางชีวภาพโดยสิ้นเชิงเนื่องจากผลิตโดยสิ่งมีชีวิต ในกรณีของมนุษย์จะผลิตที่กล้ามเนื้อและเม็ดเลือดแดง

ย่อยสลายทางชีวภาพ

สามารถแยกส่วนด้วยความร้อนโดยการไฮโดรไลซิสในร่างกายมนุษย์สัตว์หรือจุลินทรีย์ซึ่งเรียกว่าการย่อยสลายด้วยไฮโดรไลติก

ปรับเปลี่ยนคุณสมบัติได้ง่าย

คุณสมบัติทางกายภาพเคมีและชีวภาพของพวกเขาสามารถปรับแต่งได้โดยการดัดแปลงที่เหมาะสมโคพอลิเมอไรเซชันและการต่อกิ่ง

สังเคราะห์

ได้รับครั้งแรกในปี พ.ศ. 2475 โดยให้ความร้อนกรดแลคติกภายใต้สุญญากาศ กรดแลคติก HO-CH3-CH-COOH เป็นโมเลกุลที่มีศูนย์ไครัล (นั่นคืออะตอมของคาร์บอนที่ยึดติดกับกลุ่มต่างๆสี่กลุ่ม)

ด้วยเหตุนี้จึงมีอีแนนทิโอเมอร์สองตัวหรือไอโซเมอร์ specular (เป็นโมเลกุลสองโมเลกุลที่เหมือนกัน แต่มีการวางแนวเชิงพื้นที่ของอะตอมต่างกัน)

enantiomers คือกรด L-lactic และกรด D-lactic ซึ่งแตกต่างจากวิธีที่พวกเขาเบี่ยงเบนแสงโพลาไรซ์ เป็นภาพสะท้อน

กรดแลคติก enantiomers ซ้าย: L-lactic acid ขวา: กรดดีแลคติก すじにくシチュー. ที่มา: Wikipedia Commons

กรดแอล - แลคติกได้จากการหมักโดยจุลินทรีย์ของน้ำตาลธรรมชาติเช่นกากน้ำตาลแป้งมันฝรั่งหรือเดกซ์โทรสข้าวโพด นี่เป็นวิธีที่ต้องการในปัจจุบันเพื่อรับ

เมื่อเตรียมโพลี (กรดแลคติก) จากกรดแอล - แลคติกจะได้รับโพลี (กรดแอล - แลคติก) หรือ PLLA

ในทางกลับกันเมื่อเตรียมโพลีเมอร์จากส่วนผสมของกรด L-lactic และกรด D-lactic จะได้ poly- (D, L-lactic acid) หรือ PDLLA

ในกรณีนี้ส่วนผสมของกรดคือการรวมกันในส่วนที่เท่ากันของ enantiomers D และ L ซึ่งได้จากการสังเคราะห์จากเอทิลีนของปิโตรเลียม รูปแบบการได้รับนี้แทบไม่ได้ใช้ในปัจจุบัน

PLLA และ PDLLA มีคุณสมบัติแตกต่างกันเล็กน้อย การพอลิเมอไรเซชันสามารถทำได้สองวิธี:

- การก่อตัวของตัวกลาง: วงจรไดเมอร์ที่เรียกว่าแลคไทด์ซึ่งสามารถควบคุมพอลิเมอไรเซชันได้และสามารถรับผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลที่ต้องการได้

แลคไทด์พอลิเมอไรเซชันเพื่อให้ได้ PLA จู ที่มา: Wikipedia Commons - การควบแน่นโดยตรงของกรดแลคติกภายใต้สภาวะสุญญากาศ: ซึ่งทำให้เกิดโพลีเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำหรือปานกลาง

การเปรียบเทียบการสังเคราะห์ PLA ทั้งสองรูปแบบ RLM0518 ที่มา: Wikipedia Commons

ใช้ในทางการแพทย์

ผลิตภัณฑ์ย่อยสลายไม่เป็นพิษซึ่งเหมาะกับการใช้งานในสาขานี้

เย็บแผล

ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการเย็บเส้นใยคือต้องยึดเนื้อเยื่อไว้ให้เข้าที่จนกว่าการรักษาตามธรรมชาติจะทำให้เนื้อเยื่อแข็งแรงบริเวณจุดเชื่อมต่อ

ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2515 มีการผลิตวัสดุเย็บที่เรียกว่า Vicryl เส้นใยหรือด้ายที่ดูดซับได้ทางชีวภาพที่แข็งแรงมาก ด้ายนี้ทำจากโคพอลิเมอร์ของกรดไกลโคลิกและกรดแลคติก (90:10) ซึ่งจะถูกไฮโดรไลซ์อย่างรวดเร็วที่บริเวณรอยประสานดังนั้นร่างกายจึงดูดซึมได้ง่าย

คาดว่าในร่างกายมนุษย์ PLA ย่อยสลาย 63% ในเวลาประมาณ 168 วันและ 100% ใน 1.5 ปี

การใช้ยา

ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพของ PLA ทำให้มีประโยชน์สำหรับการควบคุมการปลดปล่อยผลิตภัณฑ์ยา

ในกรณีส่วนใหญ่ยาจะถูกปล่อยออกมาทีละน้อยเนื่องจากการย่อยสลายด้วยไฮโดรไลติกและการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาของอ่างเก็บน้ำ (ทำด้วยโพลีเมอร์) ที่มีผลิตภัณฑ์ยา

ในกรณีอื่น ๆ ยาจะถูกปล่อยออกมาอย่างช้าๆผ่านเยื่อโพลีเมอร์

การปลูกรากฟันเทียม

PLA ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการปลูกถ่ายและรองรับร่างกายมนุษย์ ได้รับผลลัพธ์ที่ดีในการแก้ไขกระดูกหักและกระดูกหรือการผ่าตัดกระดูก

วิศวกรรมเนื้อเยื่อชีวภาพ

ปัจจุบันมีการศึกษามากมายเพื่อประยุกต์ใช้ PLA ในการสร้างเนื้อเยื่อและอวัยวะใหม่

เส้นใย PLA ได้รับการพัฒนาสำหรับการสร้างเส้นประสาทใหม่ในผู้ป่วยที่เป็นอัมพาต

ก่อนหน้านี้เส้นใย PLA ได้รับการบำบัดด้วยพลาสมาเพื่อให้สามารถรับการเจริญเติบโตของเซลล์ได้ ส่วนปลายของเส้นประสาทที่จะซ่อมแซมนั้นเชื่อมต่อกันด้วยส่วนเทียมของ PLA ที่รับการรักษาด้วยพลาสมา

ในส่วนนี้เซลล์พิเศษจะถูกเพาะซึ่งจะเติบโตและเติมช่องว่างระหว่างปลายทั้งสองของเส้นประสาทเข้าด้วยกัน เมื่อเวลาผ่านไปการสนับสนุน PLA จะเสื่อมสภาพทำให้เซลล์ประสาทมีช่องทางที่ต่อเนื่องกัน

นอกจากนี้ยังถูกใช้ในการสร้างกระเพาะปัสสาวะใหม่โดยทำหน้าที่เป็นโครงหรือแท่นที่เซลล์ปัสสาวะ (เซลล์ที่ปกคลุมกระเพาะปัสสาวะและอวัยวะของระบบทางเดินปัสสาวะ) และเซลล์กล้ามเนื้อเรียบจะถูกเพาะเมล็ด

ใช้ในวัสดุสิ่งทอ

เคมีของ PLA ช่วยให้สามารถควบคุมคุณสมบัติบางอย่างของเส้นใยที่ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานสิ่งทอเสื้อผ้าและเฟอร์นิเจอร์ที่หลากหลาย

ตัวอย่างเช่นความสามารถในการดูดซับความชื้นและในขณะเดียวกันการกักเก็บความชื้นและกลิ่นที่ต่ำทำให้มีประโยชน์ในการทำเสื้อผ้าสำหรับนักกีฬาที่มีประสิทธิภาพสูง ไม่แพ้ง่ายไม่ระคายเคืองผิว

ใช้ได้กับเสื้อผ้าสัตว์เลี้ยงและไม่ต้องรีดผ้า มีความหนาแน่นต่ำจึงมีน้ำหนักเบากว่าเส้นใยอื่น ๆ

มาจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนและการผลิตมีราคาไม่แพง

การใช้งานต่างๆ

PLA เหมาะสำหรับทำขวดสำหรับใช้งานต่างๆ (แชมพูน้ำผลไม้และน้ำเปล่า) ขวดเหล่านี้มีความเงางามโปร่งใสและชัดเจน นอกจากนี้ PLA ยังเป็นอุปสรรคอย่างยิ่งต่อกลิ่นและรสชาติ

อย่างไรก็ตามการใช้งานนี้มีไว้สำหรับอุณหภูมิที่ต่ำกว่า 50-60 ºCเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะทำให้เสียรูปทรงเมื่อถึงอุณหภูมิเหล่านั้น

ใช้ในการผลิตจานถ้วยและภาชนะใส่อาหารที่ใช้แล้วทิ้งเช่นโยเกิร์ตผลไม้พาสต้าชีส ฯลฯ หรือถาดโฟม PLA สำหรับบรรจุอาหารสด ไม่ดูดซับไขมันน้ำมันความชื้นและมีความยืดหยุ่น ขยะ PLA สามารถนำมาทำปุ๋ยหมัก

หลอด PLA หลอดหรือหลอด FKesselring, FKuR Willich ที่มา: Wikipedia Commons

นอกจากนี้ยังใช้ทำแผ่นบาง ๆ เพื่อบรรจุอาหารเช่นมันฝรั่งทอดหรืออาหารอื่น ๆ

PLA บรรจุภัณฑ์สำหรับขนม FKesselring, FKuR Willich ที่มา: Wikipedia Commons

สามารถใช้ทำบัตรธุรกรรมอิเล็กทรอนิกส์และคีย์การ์ดห้องพักของโรงแรม การ์ด PLA สามารถตอบสนองคุณสมบัติด้านความปลอดภัยและอนุญาตให้ใช้เทปแม่เหล็กได้

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตกล่องหรือฝาปิดผลิตภัณฑ์ที่มีความบอบบางสูงเช่นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเครื่องสำอาง ใช้เกรดที่เตรียมไว้เป็นพิเศษสำหรับการใช้งานนี้โดยการเชื่อมต่อกับเส้นใยอื่น ๆ

โฟมขยายตัวสามารถทำจาก PLA เพื่อใช้เป็นวัสดุดูดซับแรงกระแทกสำหรับการขนส่งเครื่องมือหรือวัตถุที่บอบบาง

ใช้ทำของเล่นสำหรับเด็ก

ใช้ในงานวิศวกรรมและการเกษตร

PLA ใช้ทำท่อระบายน้ำในสถานที่ก่อสร้างวัสดุก่อสร้างพื้นเช่นพรมพื้นไม้ลามิเนตและวอลเปเปอร์ติดผนังสำหรับพรมและผ้าเบาะรถยนต์

การใช้งานอยู่ระหว่างการพัฒนาในอุตสาหกรรมไฟฟ้าโดยใช้เป็นสารเคลือบสำหรับสายไฟที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

ในบรรดาการใช้งานคือการเกษตรโดยมีการผลิตฟิล์มป้องกันดิน PLA ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมวัชพืชและช่วยในการกักเก็บปุ๋ย ฟิล์ม PLA สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพสามารถรวมเข้ากับดินเมื่อสิ้นสุดการเก็บเกี่ยวจึงให้สารอาหาร

ฟิล์ม PLA ป้องกันดินในพืชผล FKesselring, FKuR Willich ที่มา: Wikipedia Commons

การศึกษาล่าสุด

กำลังมีการศึกษาการเพิ่มนาโนคอมโพสิตลงใน PLA เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติบางอย่างเช่นความต้านทานความร้อนความเร็วในการตกผลึกการหน่วงไฟคุณสมบัติในการป้องกันไฟฟ้าสถิตย์และการนำไฟฟ้าคุณสมบัติในการป้องกันรังสียูวีและการต้านเชื้อแบคทีเรีย

นักวิจัยบางคนสามารถเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลและการนำไฟฟ้าของ PLA ได้โดยการเพิ่มอนุภาคนาโนกราฟีน สิ่งนี้ช่วยเพิ่มแอพพลิเคชั่นที่ PLA สามารถมีได้อย่างมากเมื่อเทียบกับการพิมพ์สามมิติ

นักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ประสบความสำเร็จในการพัฒนาแผ่นแปะหลอดเลือด (เพื่อซ่อมแซมหลอดเลือดแดงในร่างกายมนุษย์) โดยการปลูกถ่ายอวัยวะออร์กาโนฟอสเฟต - ฟอสโฟรีลโคลีนลงบนโครงหรือแท่น PLA

แผ่นแปะหลอดเลือดแสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติที่ดีเช่นนี้ซึ่งถือได้ว่ามีแนวโน้มในด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อหลอดเลือด

คุณสมบัติของมันรวมถึงการที่มันไม่สร้างเม็ดเลือดแดงแตก (การแตกตัวของเม็ดเลือดแดง) ไม่เป็นพิษต่อเซลล์ต่อต้านการเกาะตัวของเกล็ดเลือดและมีความสัมพันธ์ที่ดีกับเซลล์ที่สร้างเส้นเลือด

อ้างอิง

1. Mirae Kim และคณะ (2019) การผลิตด้วยระบบไฟฟ้าและคอมโพสิตกรดกราฟีน - พอลิแล็กติกที่แข็งแรงด้วยกลไกสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ ACS Applied Materials & Interfaces 2019, 11, 12, 11841-11848 กู้คืนจาก pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee et al. (2012) การใช้โพลี (กรดแลคติก) ในคู่มือไบโอโพลิเมอร์และพลาสติกย่อยสลายได้ บทที่ 3 กู้คืนจาก sciencedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh และอื่น ๆ (2007) เส้นใยโพลี (กรดแลคติก): ภาพรวม Prog. Polym. วิทย์ 32 (2550) 455-482. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
4. Raquez, Jean-Marie และคณะ (2013) Polylactide (PLA) - ตามนาโนคอมโพสิต ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ 38 (2556) 1504-1542. กู้คืนจาก sciencedirect
5. Zhang, Jun และคณะ (2019) แพทช์หลอดเลือดพอลิเมอร์ - กราฟโพลีแล็กติกกรด Zwitterionic ขึ้นอยู่กับโครงนั่งร้าน Decellularized สำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อ ACS ชีววัสดุศาสตร์และวิศวกรรม วันที่เผยแพร่: 25 กรกฎาคม 2019 กู้คืนจาก pubs.acs.org