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生物可降解聚乳酸的改性及其应用研究进展

2006-11-01 21:11 未知 未知 阅读 0
核心摘要: 聚乳酸(PLA)是一种生物可降解高分子材料,具有优良的生物相容性,但存在亲水性差、脆性高等缺点。本文综述了PLA的制备、性质及改性方法,包括增塑、共聚、共混和复合改性,并介绍了其在生物医学(药物控释、骨科固定、缝合线)、纺织和包装领域的应用。未来研究应致力于降低成本、提高性能,拓展应用范围。

聚乳酸(PLA)是一种具有优良生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料,以玉米、小麦、木薯等植物中提取的淀粉为原料,经酶解、发酵、化学合成制得。PLA制品废弃后在土壤或水中,30天内可在微生物、水、酸和碱作用下彻底分解为CO₂和H₂O,随后通过光合作用重新成为淀粉原料,实现完全自然循环。

聚乳酸的制备主要有两条路线:间接法(丙交酯开环聚合法,ROP)和直接聚合法(PC)。ROP法先将乳酸缩聚为低聚物,再解聚为丙交酯,最后开环聚合;直接法则使用高效脱水剂使乳酸分子间脱水聚合。

聚乳酸的基本性质:由于乳酸具有旋光性,PLA有三种立体构型:PDLA、PLLA和PDLLA(消旋)。PLA无毒、无刺激,生物相容性好,可生物降解,强度高,可塑性好,已获FDA批准用于医用缝合线、注射用胶囊等。但PLA存在亲水性差、脆性高、热变形温度低(0.146 MPa负荷下仅54℃)、抗冲击性差、降解周期难控、成本高等缺点,因此改性研究至关重要。

聚乳酸的改性方法包括增塑、共聚、共混和复合改性。

增塑改性:使用柠檬酸酯醚、聚乙二醇(PEG)、低聚物聚乳酸(OLA)等增塑剂提高柔韧性。例如,加入20%(wt)的PEG400可使玻璃化转变温度从58℃降至12℃。

共聚改性:在主链引入其他分子链以降低结晶度。主要类型包括:丙交酯与乙交酯共聚(调节降解速度,用于手术缝合线);与PEG嵌段共聚(改善亲水性,接触角从46°降至10°~23°);与己内酯共聚(控制降解速度);与醚段和环状酯醚共聚(获得热响应性,用于药物控释);与淀粉共聚(提高相容性和力学性能);引入苹果酸等活性基团(用于靶向控释和组织工程)。

共混改性:将PLA与其他可降解聚合物(如PCL、PEO、PHB、PGA)或天然高分子(如淀粉)共混,改善机械性能和加工性能,降低成本。

复合改性:与纤维(如碳纤维、亚麻纤维、聚磷酸钙纤维)复合增强力学性能;与羟基磷灰石复合用于骨修复,压缩强度可达93.12 MPa。

聚乳酸的应用广泛:在生物医学领域,用于药物控制释放体系(如微球、纳米粒)、骨科固定和组织修复材料、外科缝合线、眼科植入材料等。在纺织领域,可制成非织造布用于农业、医疗和卫生用品。在包装领域,用于包装带、薄膜、泡沫塑料、餐具等。

展望:未来研究应致力于简化工艺、降低成本、开发新型改性材料、提高强度并解决植入后期反应,以及在药物控释中拓展多肽、蛋白、疫苗和基因药物的应用。

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