در مطالعهای که توسط Borda و همکارانش [16] صورت گرفته است پلی یورتانهای بر پایه پلی لاکتیک اسید سنتز شده است و تاثیر پارامترهای مختلف بر روی جرم مولکولی پلی یورتان نهایی بررسی شده است. این پارامترها شامل زمان واکنش، دمای واکنش، نسبت مولی مواد اولیه (پیش پلیمر پلی لاکتیک اسید و دی ایزوسیانات) و مقدار اضافی و نوع ایزوسیاناتِ به کار گرفته شده، و همچنین نوع کاتالیستِ استفاده شده میباشد. بر طبق تحقیق ایشان، افزایش زمان واکنش باعث افزایش جرم مولکولی PEU نهایی میگردد، اما افزایش بسیار زیاد زمان واکنش منجر به تولید پلیمر شبکهای و غیرقابل حل در حلال میشود. از اینرو بهترین حالت برای زمان واکنش بر طبق تحقیقات ایشان، مدت زمان 3 تا 5 ساعت برای MDI و 6 تا 8 ساعت برای TDI است. پس از تثبیت زمان واکنش، در رابطه با تاثیر دمای واکنش نتایج حاصل نشان میدهد که زمان واکنش تاثیر شدیدی بر وزن مولکولی دارد و بهترین مقدار در مورد این پارامتر، دمای °C 110 میباشد. همچنین از بین کاتالیستهای مورد بررسی، موثرترین کاتالیست برای افزایش سرعت واکنش ترکیب اکتُئات قلع17 میباشد که منجر به بالاترین وزن مولکولی میگردد. در رابطه با فاکتور تاثیرگذار بعدی که نسبت مولی PLA و ایزوسیانات است نتایج ایشان حاکی از این واقعیت است که افزایش غلظت ایزوسیانات، سرعت واکنش بین ایزوسیانات و گروه کربوکسیل را افزایش میدهد، البته این امر منجر به افزایش نرخ واکنش بین ایزوسیانات با هیدروژن گروه آمیدی نیز میشود که نتیجه آن افزایش احتمال شبکهای شدن میباشد. بنابراین بایستی در این راستا مقدار بهینه این نسبت لحاظ گردد. بر اساس تحقیقات صورت گرفته، نسبت مولی بهینه نسبت میزان سه به یک ایزوسیانات به PLA برای هر دو نوع ایزوسیانات MDI و TDI است.
نتیجه مطالعه Ren و همکارانش [17] در رابطه با تاثیر پارامتر زمان واکنش بر جرم مولکولی، دمای انتقال شیشهای و دمای ذوب پلی استر یورتانهای بر پایه لاکتیک اسید و تولوئن دی ایزوسیانات (TDI) نیز نشان میدهد فزایش زمان واکنش پیش پلیمر لاکتیک اسید هیدروکسیله (PLA-OH) با دی ایزوسیانات تا دو ساعت باعث افزایش جرم مولکولی پلی یورتان نهایی و در نتیجه افزایش دمای ذوب و انتقال شیشهای آن میگردد اما با افزایش بیشتر زمان واکنش، به دلیل تخریب حرارتی و همچنین کاهش گروههای فعال جرم مولکولی کاهش مییابد. بنابراین زمانهای کوتاهتر و دماهای پایینتر پلیمریزاسیون از تخریب حرارتی و واکنشهای جانبی جلوگیری کرده و وزن مولکولی پلی یورتان نهایی را افزایش میدهد. در تحقیق دیگر توسط این گروه [18] از HDI به عنوان بسط دهنده زنجیر استفاده شده است و وزن مولکولی و دمای انتقال شیشهای پلی یورتان نهایی با پیش پلیمر لاکتیک اسید مقایسه شده است. متوسط وزنی وزن مولکولی پلی یورتان تهیه شده در اثر واکنش بسط زنجیر تا حدود 10 برابر پیش پلیمر لاکتیک اسید نیز رسیده است و دمای انتقال شیشهای آن حدود 5 درجه افزایش داشته است. این افزایش چندین برابر وزن مولکولی به این دلیل است که با طولانی شدن زمان واکنش، اتصال چندین زنجیر به همدیگر و در نتیجه افزایش وزن مولکولی امکانپذیر میگردد. البته مقدار اضافی گروه ایزوسیانات ممکن است با دیگر انتهاهای زنجیرها واکنش داده و گروههای آمیدی به وجود آورَد که این گروهها در اثر واکنش با گروه یورتانی تشکیل گروههای آلوفانات18 میدهد که منجر به شاخهای شدن زنجیر و در نتیجه افزایش پلی دیسپرسیته پلی یورتان میگردد.
در سالهای اخیر با توجه به بحث آلودگی محیط زیست و همچنین افزایش قیمت مواد پلیمریِ بر پایه نفت، پلی لاکتیک اسید بیشتر مورد توجه قرار گرفته است تا بتواند در آینده جایگزین مواد پلیمری دیگر گردد. اما معایبی مانند شکنندگی، پایداری حرارتی پایین و هزینه بالا باعث محدود کردن کاربردهای آن گشته است. لذا رویکرهای مختلفی در جهت اصلاح آن در نظر گرفته شده است. در ادامه پس از معرفی بیشتر این پلیمر، مطالبی در رابطه با اصلاح آن در راستای بهبود خواص آن آورده شده است.
3- پلی (لاکتیک اسید)
3- 1- شیمی لاکتیک اسید و پلی لاکتیک اسید و روشهای تولید آنها
پلی لاکتیک اسید (PLA) یکی از پلیمرهای زیست تخریب پذیر است که توسعه آن با سنتز لاکتاید19 (فرمولِ منتشر شده توسط بیشاف و والدن20 در سال 1893) شروع شد. پلی لاکتیک اسید با وزن مولکولی پایین اولین بار توسط کاروترز21 و همکارانش سنتز شد [19]. کمپانی دوپونت22 در سال 1954 تولید این پلیمر را به صورت تجاری شروع کرد [20]. تجاری شدن این پلیمر جهت تهیه الیاف آن با استحکام بالا توسط اتیکون23 با نام تجاری ویکریل24 در سال 1972 صورت گرفت [21]. کمپانیهای شیمادزو25 و کانبوگوسن26 (ژاپن) نیز در سال 1992 الیاف پلی لاکتیک اسید را به صورت آزمایشی تولید کرده و سپس در سال 1994 تولید تجاری آن را تحت نام تجاری لاکترون27 شروع کردند [22]. پس از آن هم در سال 1997 شرکت فرانسوی فایبر وب فرانس28 الیاف PLA را تحت نام تجاری دپوسا29 تولید کردند [23]. شیمی پلی لاکتیک اسید شامل پلیمریزاسیون لاکتیک اسید و فرایند کردن آن میباشد.
لاکتیک اسید با فرمول بسته HOCH3CHCOOH یک مولکول کایرال30 است که به صورت دو انانتیومر31، L- و D- لاکتیک اسید، وجود دارد (شکل 1) که در واقع در برابر نور پلاریزه فعالیت نوری از خود نشان میدهند. ایزومر L صفحه نور پلاریزه را ساعتگرد و ایزومر D صفحه نور پلاریزه را پادساعتگرد میچرخاند. فرم غیر فعال نوری آن، موسوم به فرمِ مِزو32 مخلوطی از تعداد مولهای مساوی (مخلوط راسمیک33) از ایزومرهای D و L است [24].
شکل 1: ایزومرهای نوری لاکتیک اسید[24]
لاکتیک اسید طی فرایند گلیکوژنولیز34 (تبدیل گلیکوژن35 به گلوکز36 از طریق فعالیت آنزیـمی) در مـاهیـچههای پستانداران تولید میشود. همچنین لاکتیک اسید به راحتی و با بازدهی بالا توسط فرایند تخمیر37 نشاسته سیب زمینی یا شیره قند یا دکستروز ذرت تهیه میشود [22]. تولید تجاری این ماده توسط فرایند تخمیر یا مواد اولیه پتروشیمی امکانپذیر است. روش مورد استفاده در پتروشیمی در شکل 2 نشان داده شده است. لاکتیک اسیدی که از این روش تهیه میشود مخلوط راسمیک ایزومرهای L و D است که از نظر نوری هم غیر فعال است [24]. این روش تا سال 1990 به عنوان روش تولید رایج در تولید لاکتیک اسید بود تا اینکه رویکرد تخمیر با توجه به مقرون به صرفه بودن مورد توجه قرار گرفت به گونهای که امروزه روش معمول و تجاری تولید لاکتیک اسید، روش تخمیر است که در آن نشاسته ذرت توسط تخمیر باکتریایی به لاکتیک اسید تبدیل میشود. لاکتیک اسیدی که از این روش تهیه میشود منحصراً (بیش از 5/99 درصد) شامل ایزومر L میباشد. در حال حاضر کمپانی کارگیل داو پلیمرز38 بزرگترین تولید کننده پلی لاکتیک اسید در دنیاست [22].
شکل 2: روش پتروشیمی در تولید لاکتیک اسید[24]
پلیمریزاسیون لاکتیک اسید به پلی لاکتیک اسید با جرم مولکولی بالا به دو روش امکانپذیر اسـت (شـکل 3):
1) تراکم مستقیم، که پلیمریزاسیون تراکمی مستقیم لاکتیک اسید به پلی لاکتیک اسید است و به صورت محلولی و تحت خلا صورت میپذیرد [24].
2) تشکیل حدواسطِ لاکتاید (دیمر حلقوی) و سپس تبدیل آن به پلی لاکتیک اسید از طریق پلیمریزاسـیون حلـقهگشا که در غیاب حلال صورت میگیرد [25].
شکل 3: سنتز پلی لاکتیک اسید 24]،[25
در روش اول (تراکم مستقیم)، از حلال استفاده میشود که به منظور حذف آب تولید شده، این فرایند تحت دما و فشار بالا انجام میشود. این رویکرد توسط کاروترز مورد استفاده قرار گرفت و هنوز هم توسط برخی کمپانیها مانند میتسوئی کمیکالز39 به کار گرفته میشود. پلیمر مربوطه مادهای با وزن مولکولی پایین تا متوسط اسـت که مـیتوان با جفت شدن زنجیرههای آن توسط انواع ایزوسیانات، اپوکسی یا پراکسید به گسترهای از وزن مولکولیها دست پیدا کرد [24]. در روش دوم (عاری از حلال)، یک دیمر حلقوی حدواسط، موسوم به لاکتاید، تولید میشود که توسط تقطیر خالص میگردد. پلیمریزاسیون حلقهگشای لاکتاید در حضور کاتالیست منجر به تولید PLA با وزن مولکولی کنترل شده میشود. با کنترل زمان اقامت، نوع و غلظت کاتالیست و دما میتوان نسبت و نیـز توالی بخشهای D- و L- لاکتیک اسید را در پلیمر نهایی کنترل کرد [25].
پیشرفتهای اخیر در فرایند تخمیر گلوکز موجود در ذرت باعث کاهش شدید هزینه تولید لاکتیک اسید شده است. در حال حاضر بسیاری از کمپانیها پلی لاکتیک اسید را برای بازارهایی نظیر بسته بندی، فیلم، الیاف نساجی و محصولات دارویی تولید میکنند. مهمترین مشخصه پلی لاکتیک اسید که به نوعی مهمترین توانایی آن به حساب میآید این است که میتوان با اصلاح آن، خواص فیزیکی یا مکانیکی آن را بهبود بخشید. در مورد اصلاح این پلیمر به تفصیل بحث خواهد شد. دمای انتقال شیشهای این پلیمر در گستره 55 تا 70 درجه سانتیگراد و دمای ذوب آن هم در گستره 170 تا 180 درجه سانتیگراد است. برخی از خواص فیزیکی این پلیمر در جدول 2 آمده است [26].
لاکتاید دارای سه ایزومر فضایی است: D- ، L- و مزو- لاکتاید. ترکیب درصد شیمیایی این ایزومرهای فضایی تاثیر قابل ملاحظهای بر روی دمای ذوب، نرخ کریستالیزاسیون، میزان کریستالیزاسیون و خواص مکانیکی پلیمر نهایی دارد [27].
جدول 2: خواص فیزیکی پلی لاکتیک اسید[26]

3- 2- مزایا و معایب پلی لاکتیک اسید
مزایای این پلیمر عبارتند از :
1) زیست تخریب پذیری40؛ علاوه بر اینکه این پلیمر از منابع قابل تجدید (مانند ذرت، گندم و یا برنج) به دست میآید، زیست تخریب پذیر و قابل بازیافت و قابل تبدیل به کود آلی41 است. همچنین تولید این ماده همراه با مصرف دی اکسید کربن میباشد. این مشخصههای مرتبط با محیط زیست، پلی لاکتیک اسید را به یک پلیمر زیستی جذاب تبدیل کرده است [27].
2) زیست سازگاری42؛ جذابترین جنبه پلی لاکتیک اسید، بخصوص در ارتباط با کاربردهای بیوپزشکی، زیست سازگاری آن میباشد. یک ماده زیست سازگار نباید تاثیرات سمی یا سرطانزا در بافتهای زنده43 ایجاد کند. همچنین محصولات ناشی از تخریب آن نبایستی سلامتی بافت را به خطر اندازند [28]. پلی لاکتیک اسید هنگامی که در بدن موجودات زنده کاشته میشود، هیدرولیز شده و به مواد اولیه خود (اسیدهای α- هیدروکسی44) تبدیل میشود؛ از آنجا که این مواد در بدن انسان موجود میباشند بنابراین تجزیه و تخریب پلی لاکتیک اسید به مواد اولیه خود برای بدن انسان کاملا بیخطر است. همچنین محصولات تخریب این پلمیر در غلظتهای پایین نیز غیر سمی هستند. این مشخصه مهم PLA باعث شده در چند دهه اخیر مطالعات زیادی در زمینه کاربردهای بیوپزشکی این ماده صورت بگیرد و کاربرد آن به عنوان یک پلیمر زیست سازگار افزایش یابد. اداره امور غذا و دارو45 (FDA) نیز زیست سازگاری این پلیمر را تایید کرده و تماس مستقیم این ماده با مایعات بیولوژیکی را بدون خطر گزارش کرده است [22].
3) فرایند پذیری خوب46؛ پلی لاکتیک اسید در مقایسه با دیگر پلیمرهای زیست سازگار مانند پلی (هیدروکسی آلکانوئات)ها47 (PHAs)، پلی (اتیلن گلایکول) (PEG)، پلی (ε-کاپرولاکتون) (PCL) و غیره فرایندپذیری حرارتی بهتری دارد. این پلیمر میتواند توسط روشهای قالبگیری تزریقی، اکستروژن فیلم، قالبگیری دمشی، ترموفرمینگ، کشش الیاف (الیاف ریسی) و روشهای تشکیل فیلم فرایند گردد [29].
4) ذخیره انرژی؛ پلی لاکتیک اسید نسبت به پلیمرهای مشتق شده از نفت خام 20 تا 55 درصد انرژی کمتری جهت تولید نیاز دارد و تخمینها نیز نشان میدهد این مقدار در آینده تا حدود 10 درصد افزایش یابد [30]. بنابراین مصرف کم انرژی در تولید این پلیمر، آن را از نقطه نظر اقتصادی نیز مفید و سودآور نموده است.
5) علاوه بر موارد فوق، خواص فیزیکی که در این پلیمر قابل توجه و تامل است و کاربرد آن را افزایش داده است عبارتند از : جذب رطوبت پایین (مناسب جهت صنایع ورزشی)؛ اشتعال پذیری پایین؛ مقاومت بالا در برابر اشعه ماوراء بنفش؛ ضریب شکست پایین (خواص رنگی عالی)؛ دانسیته پایین (وزن سبک) [22].
اگرچه پلی لاکتیک اسید پلیمری زیست تخریب پذیر، زیست سازگار و به اجمال دوستدار محیط زیست است و فرایندپذیری آن آسان بوده و انرژی کمی هم جهت تولید آن نیاز است، اما معایبی هم در مورد این پلیمر وجود دارد که کاربرد آن را در برخی زمینههای خاص محدود کرده است.
معایب این پلیمر عبارتند از:
1) چقرمگی ضعیف؛ پلی لاکتیک اسید پلیمری بسیار شکننده با کمتر از 10 درصد کشش در نقطه شکست است. اگرچه استحکام کششی و مدول الاستیک آن تقریبا در حد پلی (اتیلن ترفتالات) است اما چقرمگی ضعیف آن، کاربرد آن را در مواردی که نیاز به تغییر فرم پلاستیک در مقادیر بالای تنش میباشد محدود کرده است [31].
2) نرخ پایین تخریب؛ پلی لاکتیک اسید از طریق هیدرولیز گروههای استری موجود در طول زنجیر اصلی خود تخریب میشود که نرخ تخریب به بلورینگی PLA ، وزن مولکولی، توزیع وزن مولکولی، مورفولوژی، نرخ نفوذ آب به داخل پلیمر و میزان ایزومرهای فضایی آن بستگی دارد. نرخ تخریب به عنوان معیار مهمی در کاربردهای بیوپزشکی محسوب میشود. نرخ پایین تخریب باعث طولانی شدن عمر ماده در داخل بدن شده که گاها تا چندین سال هم ممکن است به طول بیانجامد. در این راستا گزارشاتی وجود دارد که حاکی از وجود کاشتهای بر پایه PLA تا سه سال بعد از عمل کاشت میباشد. نرخ پایین تخریب این پلیمر ممکن است منجر به ایجاد مشکلات جدی گردد [32].
3) آبگریزی48؛ پلی لاکتیک اسید نسبتا آبگریز است (زاویه تماس آب با آن در حالت سکون حدود °80 است). این مشخصه باعث سازگاری پایین با سلولهای بدن شده و ممکن است تماس آن با مایعات بیولوژیکی بدن منجر به پاسخ نامناسبی از سوی بدن گردد [33].
4) عدم وجود گروههای جانبی فعال؛ پلی لاکتیک اسید از نظر شیمیایی غیر فعال بوده و گروههای جانبی فعالی هم در زنجیر اصلی آن قرار ندارند. این مشخصه نیز باعث شده تا تحقیقاتی در ارتباط با اصلاح توده49 و اصلاح سطح50 بر روی آن انجام گردد [34].
کاربردهای موفق پلی لاکتیک اسید در زمینههای بیوپزشکی و غیر از آن تنها به دلیل خواص مکانیکی بهتر این پلیمر نسبت به پلاستیکهای رایج نیست، بلکه به دلیل خواص سطحی قابل کنترل آن (نظیر آبدوستی، زبری، و عاملیتهای فعال) میباشد؛ در واقع پلی لاکتیک اسید این قابلیت را دارد که بتوان جهت بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی، توده پلیمر یا سطح آن را اصلاح کرد. بهبود چقرمگی این پلیمر برای کاربردهای غیر پزشکی (نظیر وسایل ورزشی، بهداشتی و کشاورزی) یک امر ضروری و تعیین کننده است، در حالی که بهبود آبدوستی پلیمر و اهدای گروههای فعال به آن در زمینه کاربردهای بیوپزشکی بسیار مفید و موثر خواهد بود. افزایش نرخ تخریب نیز در هر دو مورد کاربردهای پزشکی و غیر پزشکی از اهمیت بالایی برخوردار است.
3- 3- کاربردهای پلی (لاکتیک اسید)
با توجه به خواص ویژه پلی لاکتیک اسید و همچنین قابلیت اصلاح توده و سطح این پلیمر، کاربردهای آن چه در زمینه پزشکی (بیوپزشکی) و چه در زمینه غیر پزشکی بسیار زیاد بوده و روز به روز نیز در حال گسترش است. پلی لاکتیک اسید با توجه به مشخصههای ویژهای که داراست گستره وسیعی از کاربردهای مختلف در صنایع مختلف (اعم از بسته بندی، پزشکی، کشاورزی، ورزشی و …) را پوشش داده است. از سوی دیگر، این پلیمر در زمینههای پزشکی، جراحی و صنایع دارویی آینده بسیار درخشانی دارد.
بر اساس موارد ذکر شده در بالا، کاربردهای پلی لاکتیک اسید بسیار وسیع است. در ادامه این بخش، کاربردهای این پلیمر به تشریح آمده است.
3- 3- 1- کاربردهای غیر پزشکی (تهیه کالاهای مختلف)51
ترموپلاستیک بودن پلی لاکتیک اسید، مشخصهای است که تبدیل آن به مواد پلاستیکی با اشکال مختلف را به راحتی امکانپذیر کرده است. در این راستا، مهمترین زمینه کاربرد پلی لاکتیک اسید صنایع نساجـی و پوشـاک مـیباشد. مدول پایین لیف تهیه شده از PLA باعث میشود تا پارچه بافته شده به راحتی به اشکال گوناگون در آید. همچنین این پلیمر در ساخت لوازم ورزشی، مخصوصا در تهیه لایه داخلی کالای ورزشی استفاده میشود [22].
جدول شماره لیستی از کاربردهای پلی لاکتیک اسید را در بردارد. همانگونه که در بالا هم بدان اشاره شد این کاربردها در زمینههای پزشکی (به خصوص بیوپزشکی) و غیر پزشکی بوده و در حال حاضر هم رو به گسترش است.

جدول 3: کاربردهای غیرپزشکی پلی لاکتیک اسید[22]

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

3-3- 2- کاربردهای پزشکی52
صنایع پزشکی یک از زمینههایی است که در آن جدیدترین تکنولوژی در طراحی و ساخت مواد نوین به کار گرفته میشود تا رویکردها و مواد جدید در ارتباط با سلامت انسان جایگزین رویکردهای قدیمی گردد. در این راستا نیز برخی مواد پلیمری با توجه به خواص ویژهای که دارا هستند مورد توجه قرار گرفتهاند و کاربردهای خاصی نیز پیدا کردهاند. بر این اساس واژه “بیونساجی” 53 به وجود آمده است که نشان از ساختارهایی دارد که از ترکیب الیاف نساجی تهیه شدهاند و جهت استفاده در محیطهای بیولوژیکی استفاده شدهاند(مانند کاشت اعضای بدن54، راکتورهای توده زنده55). در چنین محیطهایی عملکرد این ساختارها بستگی به برهمکنش آنها با سلولهای بدن و مایعات بیولوژیکی دارد. کاربردهای پزشکی پلی لاکتیک اسید بر اساس زیست سازگاری آن و سازگار بودن محصولات ناشی از تخریب آن با بدن انسان میباشد [22]. در ادامه مهمترین کاربردهای پزشکی این پلیمر به تفصیل آمده است.
3- 3- 2- 1- نخ بخیه56
نخ بخیه رشتههای به هم تنیدهای هستند که به اشکال گوناگون تهیه میشوند. وظیفه اصلی نخ بخیه این است که بافتهای بدن را به خوبی در محل مربوط به خود نگه دارد تا زمانی که سلامتی کامل بافت به واسطه اتصال طبیعی آنها به یکدیگر صورت گرفته و بافت مورد نظر استحکام کافی را به دست آورد. استفاده از پلی لاکتیک اسید به عنوان ماده مناسب جهت تهیه نخ بخیه از طرف اداره امور غذایی و دارویی آمریکا (FDA) تایید گردیده است [35]. تحقیقات گستردهای بر روی رفتار تخریب PLA چه در محیط آزمایشگاهی57 و چه در محیط طبیعی بدن58 صورت گرفته است. تخریب پلی لاکتیک اسید به طور قابل ملاحظهای تحت تاثیر محیط قرار میگیرد و به عواملی نظیر آب، هوا، pH محیط و دما بستگی دارد[2]. در رابطه با عامل محیط اطراف، ترکیب درصد شیمیایی رشته مورد استفاده جهت تهیه نخ بخیه نقش مهمی در تخریب ماده پلیمری ایفا میکند. با پیشرفت تخریب پلیمر، آبدوستی ماده پلیمری نیز افزایش یافته و میزان جذب آب و به دنبال آن تخریب پلیمر شدت پیدا میکند. خواص ذاتی پلی لاکتیک اسیدِ اصلاح نشده مانند کریستالینیتی بالای آن (حدود 40 درصد)، سفت بودن و نرخ پایین تخریب آن، محدودیتهایی را در ارتباط با کاربرد آن به عنوان نخ بخیه ایجاد کرده است. به این جهت، لاکتیک اسید را با منومرهای زیست تخریب پذیر دیگر به صورت کوپلیمر در آورده تا خواص مطلوب مورد بحث در کوپلیمر نهایی به دست آید. منومری که بیشترین استفاده را در این راستا دارد، گلایکولیک اسید59 است که کوپلیمری با نسبت مولی 90 به 10 گلایکولیک اسید به لاکتیک اسید تهیه شده و به صورت تجاری در آمده است [36].
3- 3- 2- 2- صنایع دارویی60
زیست تخریب پذیری پلی لاکتیک اسید منجر به کاربرد آن در سیستمهای رهایش دارو61 گردیده است [37]. اغلب این سیستمها بر مبنای فرسایش و تحلیل تدریجی پلیمر حاوی دارو میباشد که در چنـین سیستمهایی به تدریج دارو توسط تخریب هیدرولیتیک (آبکافتی) پلیمر و تغییرات مورفولوژیکی صورت گرفته در آن در بدن آزاد میشود. در حالی که دیگر سیستمهای رهایش دارو بر اساس منابع دارویی است که در آنها رهایش دارو از یک غشای پلیمری صورت میگیرد و فعالیت دارو نیز تا رهایش کامل در منبـع دارو ثابـت باقی میماند [38].
3- 3- 2- 3- کاشتنیها62
پلی لاکتیک اسید در هر دو فرم D و L میتواند به عنوان یک ماده کاشتنی و یا ماده پشتیبان63 در بدن انسان استفاده شود. در این حالت مشخصههایی نظیر وزن مولکولی و ترکیب درصد L/DL میتواند تغییر کند و به دنبال آن زمان تخریب نیز بین 10 ماه تا 4 سال متغیر باشد که زمان تخریب پلیمر بیشتر به فاکتورهای ریزساختاری ماده نظیر ترکیب درصد شیمیایی، تخلخل، و بلورینگی آن وابسته است. در راستای چنین کاربردی، پلی لاکتیک اسید جهت تعمیر شکستگیهای استخوان و نیز تقویت لیگامنتها مورد استفاده قرار گرفته است[39].
3- 3- 2- 4- مهندسی بافت64
نقص عضو و از بین رفتن بافت در بدن انسان از جمله مشکلاتی است که در زمینه علم پزشکی مورد توجه است. رویکردهای حاضر جهت رفع مشکلات فوق بر مبنای عملِ پیوند زدن65 میباشد. در این راستا، مهندسی بافت به عنوان جذابترین زمینه علم پزشکی است که در آن سلولهای عضو ناقص بر روی یک پلیمر رشد کرده و عضو ناقص بازسازی میشود و بهبودی حاصل میگردد. از مزایای قابل توجه این روش این است که در این حالت از سلولهای بدن خودِ بیمار استفاده شده و نیازی به داوطلب دیگری جهت اهدای عضو نیست و مشکلات مربوط به خارج کردن عضو جهت پیوند نیز وجود ندارد [22].
مهندسی بافت یکی از زمینههای مرتبط با رشتههای مختلف علمی است که اصول و مبانی علم و مهندسی را در جهت توسعه جایگزینهای بیولوژیکی به کار میگیرد تا عملکرد یک بافت را بهبود ببخشد یا عملکرد از بین رفته بافت بدن انسان را دوباره به بافت مربوطه برگرداند. در راستای این امر، در دو دهه اخیر موفقیتهای زیادی در زمینه مهندسی بافت جهت بازسازی یا بهبود اعضای بدن انسان به دست آمده است[41,40]. تلاشهای اولیه در راستای استفاده از مواد پایدار در محیط زنده66 بود به گونهای که این مواد به مانند یک داربست67 عمل کرده و سلولها بر روی آنها رشد کرده و بافت را تشکیل دهند. کم کم با پیشرفت در علم و ورود پلیمرهای زیست تخریب پذیر به عرضه علم پزشکی، این نوع پلیمرها توانستند به عنوان مواد پشتیبان خوبی در این راستا عمل کنند. علت توجه به مواد پلیمری زیست تخریب پذیر نیز این بود که این پلیمرها به مرور زمان در اثر تخریب از محل پیوند عضو ناپدید شده و اثر چندانی روی محل بافت طبیعی به جای نمیگذارند. وظیفه اصلی ماده پلیمری به فرم داربست این است که به عنوان یک ماتریس برون سلولی68 عمل کند تا سلولهای بدن بتوانند به خوبی به آن چسبیده، رشد کنند و در نهایت یک بافت کامل و جدیدی را به وجود آورند [42]. در زمینه مهندسی بافت، ذکر این نکته الزامی است که طراحی موفقیت آمیز یک داربست باید شامل موارد زیر باشد : 1- اتصال مناسب الیاف پلیمری به یکدیگر جهت رسیدن به تخلخل مناسب، 2- در نظر گرفتن اندازه و شکل عضو و بافت مورد نظر، و 3- خواص فیزیکی و مکانیکی مورد انتظار از پلیمر مانند استحکام و قابلیت کشش کافی.
4- اصلاح پلی لاکتیک اسید
دو نوع کلی اصلاح پلی لاکتیک اسید شامل اصلاح توده و اصلاح سطح این پلیمر میباشد. در ارتباط با هدف اصلاح توده، مهمترین نقص پلی لاکتیک اسید چقرمگی ضعیف و نرخ تخریب پایین آن است که معمولا اصلاح توده به منظور بهبود چقرمگی و افزایش نرخ تخریب صورت میگیرد. در رابطه با هدف اصلاح نیز معایبی مانند آبدوستی ضعیف، زبری سطح و فقدان گروههای فعال در این پلیمر به چشم میخورد. به این دلیل اصلاح سطح نیز جهت کنترل آبدوستی و زبری سطح پلیمر و اهدای گروههای فعال به پلیمر انجام میشود.
4- 1- اصلاح توده
اصلاح توده پلی لاکتیک اسید شامل اصلاح آن از طریق ترکیب درصد شیمیایی ایزومرهای فضایی آن و تنظیم شرایط فرایندی، کوپلیمریزاسیون آن، و آلیاژسازی آن میباشد. در ادامه به توضیح هر قسمت پرداخته شده است.
4- 1- 1- ترکیب شیمیایی ایزومرهای فضایی و تنظیم شرایط فرایندی
پلی (D-لاکتاید) یا پلی (L-لاکتاید) به صورت خالص دارای دمای ذوب تعادلی برابر °C 270 است، اما به دلیل مقدار کمی کریستالهای ناقص در آنها، درصد کمی مخلوط راسمیک در پلیمر و نیز وجود ناخالصی، نقطه ذوب پلی لاکتیک اسید در گستره 170 تا °C 180 است [43]. مخلوط با مولهای مساوی از پلی (D-لاکتاید) و پلی (L-لاکتاید) دارای نقطه ذوب بالاتر (°C 230) بوده و خواص مکانیکی آن هم از هر کدام از پلیمرهای خالص مربوطه بهتر است (به عنوان مثال استحکام کششی نهایی برای این مخلوط برابر MPa 50 است در حالیکه برای هر کدام از پلیمرهای خالص این پارامتر برابر MPa 31 است [44]). اگرچه دمای ذوب به شدت تحت تاثیر این نوع ترکیب درصد قرار میگیرد اما دمای انتقال شیشهای پلیمر چندان تاثیر پذیر نیست، همچنین در مبحث ارتباط بین ساختار و خواص پلیمر، بلورینگی مشخصه بسیار مهمی است که نرخ تخریب و خواص مکانیکی پلیمر را تحت تاثیر قرار میدهد. در مورد ارتباط درصد بلورینگی و ترکیب درصد ایزومرهای فضایی، Kolstad [45] نشان داده که افزایش میزان ایزومر meso- باعث کاهش بلورینگی و در نتیجه کاهش دمای ذوب تعادلی میشود. همچنین وی مشاهده کرده که کاهش میزان ایزومر L- از 100 به 92 درصد باعث کاهش نقطه ذوب از 180 به °C 138 گردیده است و نمونه دارای 15 درصد ایزومر L- کاملا حالت آمورف دارد. در رابطه با خواص حرارتی مکانیکی هم گزارش شده است که مدول الاستیک (کششی و خمشی)، استحکام ضربهای (آیزود) و مقاومت حرارتی پلیمر با افزایش بلورینگی افزایش مییابد [46].
4- 1- 2- کوپلیمریزاسیون
پلی لاکتیک اسید با تعدادی از پلی استرها و یا منومرهای دیگر به صورت کوپلیمر در آمده است که کوپلیمریزاسیون آن یا از طریق کوپلیمریزاسیون تراکمیِ لاکتیک اسید با دیگر منومرها جهت تهیه کوپلیمرهای با وزن مولکولی پایین یا از طریق کوپلیمریزاسیون حلقهگشای لاکتاید با منومرهای حلقوی دیـگر مـانند گلایکولاید، ε-کاپرولاکتون و یا منومرهای خطی مانند اتیلن گلایکول جهت تهیه کوپلیمرهای با وزن مولکولی بالا صورت گرفته است [47].
کوپلیمریزاسیون تراکمی : وجود گروههای هیدروکسیلی و اسیدی در لاکتیک اسید امکان کوپلیمر شدن آن را از طریق پلی کندانساسیون فراهم ساخته است. در تحقیق صورت گرفته توسط Fukuzaki و همکارانش [48]، از واکنش لاکتیک اسید و ε-کاپرولاکتون، چه در حضور کاتالیست و چه بدون حضور کاتالیست، کوپلیمرهای با وزن مولکولی پایین برای کاربردهای بیوپزشکی تهیه گردیده که کوپلیمرهای حاصل خواص تخریبی عالی در محیطهای آنزیمی نشان دادهاند. مزیت مهم این روش اصلاح پلی لاکتیک اسید این است که گروههای انتهایی کوپلیمر حاصل قابل کنترل است و علیرغم اینکه وزن مولکولی پلیمرهای حاصل پایین است اما کنترل گروههای انتهایی وسیله خوبی برای ادامه واکنشهای افزایشی است [49]. در واقع پلیمرهای به دست آمده به نوعی یک پیش پلیمر به حساب میآیند که میتوانند با استفاده از یک بسط دهنده زنجیر مانند دی ایزوسیانات منجر به تولید پلی (استر یورتان) شوند که در واقع نوعی پلی استر زیست تخریب پذیر با وزن مولکولی بالا به حساب میآیند [50]. در رابطه با این دسته از پلی استر یورتانها در بخش دوم (پلی یورتانهای زیست تخریب پذیر) به تفصیل مطالبی آورده شده است.
کوپلیمریزاسیون حلقهگشا : کوپلیمریزاسیون از طریق باز شدن حلقه رویکردی برای سنتز کوپلیمرهای پلی لاکتیک اسید با وزن مولکولی بالاست که شروع فرایند با گروههای هیدروکسیلی مانند الکل یا پلیاُل میباشد [51]. این نوع کوپلیمریزاسیون به جهت کنترل دقیق شیمی فرایند و خواص مطلوب کوپلیمر حاصل مورد توجه قرار گرفته است. مکانیسمهای قابل انجام شامل یونی، رادیکال آزاد و کوئوردیناسیونی است که بستگی به سیستم کاتالیست انتخاب شده دارد [52]. از بین مواد استفاده شده، پلی اتیلن گلایکول (PEG) به دلیل زیست سازگار بودن و آبدوست بودن به طور گستردهای با پلی لاکتیک اسید به صورت کوپلیمرهای دوبلوکی69 و سه بلوکی70 تهیه شده است تا آبدوستی و خواص رهایش داروی پلی لاکتیک اسید را بهبود بخشد [53,52].
4- 1- 3- آلیاژسازی
آلیاژ سازی گستردهترین روش جهت بهبود خواص مکانیکی پلی لاکتیک اسید میباشد. پلی لاکتیک اسید با نرمکنندهها و پلیمرهای دیگر (زیست تخریب پذیر و زیست تخریب ناپذیر) آلیاژ شده است تا خواص مکانیکی آن بهبود یابد.
4- 1- 3- 1- نرم کنندهها
پلی لاکتیک اسید در دمای اتاق در حالت شیشهای قرار دارد و کرنش در نقطه شکست آن کمتر از 10 درصد است [31]. بنابراین جهت کاهش دمای انتقال شیشهای، افزایش ضربه پذیری و بهبود فرایندپذیری این پلیمر، نرم کنندههای مختلف (انواع زیست تخریب پذیر و زیست تخریب ناپذیر) به آن افزوده میشوند [54]. در این راستا تاثیر مشخصههای مختلف نرم کننده از جمله : جرم مولکولی، قطبیت، و گروههای انتهایی بررسی شده است.
به عنوان انتخاب اول، خودِ منومر لاکتاید میتواند به عنوان یک انتخاب طبیعی برای نرم کردن پلی لاکتیک اسید به منظور افزایش ازدیاد طول آن در نقطه شکست در نظر گرفته شود، اما عیب بزرگ لاکتاید مهاجرت تدریجی این کوچک مولکول به سطح پلیمر و دوباره سفت شدن پلیمر به مرور زمان میباشد. بنابراین نرم کنندههای با وزن مولکولی بالاتر (الیگومری) نظیر گلیسیرول، سیترات استر، پلی اتیلن گلایکول و حتی لاکتیک اسیدِ الیگومری میتوانند استفاده شوند. در مطالعه صورت گرفته توسط Martin و Avérous [55] در این زمینه نشان داده شده که لاکتیک اسید الیگومری و پلی اتیلن گلایکول با وزن مولکولی پایین بهترین نتایج و گلیسیرول کمترین تاثیر را به عنوان نرم کننده دارند. در رابطه با فاکتور قطبیت نیز مطالعات نشان میدهد پلی استرها و استرآمیدهای الیگومری میتوانند به عنوان نرم کنندههای خوبی برای پلی لاکتیک اسید استفاده شوند و به دلیل افزایش تعداد گروههای قطبی آمیدی خواص نرم کنندگی بهتری نشان دادهاند [56]. همانگونه که در بالا هم بدان اشاره شد علاوه بر جرم مولکولی و قطبیت نرم کننده، گروههای انتهایی نرم کننده نیز میتوانند بر روی خواص پلی لاکتیک اسید تاثیرگذار باشند. البته تاثیر این پارامتر به شدت دو پارامتر قبلی نیست. در تحقیق صورت گرفته توسط Kulinski و همکارانش [57] نشان داده شده که خواص مکانیکی و حرارتی پلی لاکتیک اسیدی که توسط پلی اتیلن گلایکولِ دارای گروههای انتهایی هیدروکسیلی و اتری (وزن مولکولی بین 400 تا 750) نرم شده است بیشتر تحت تاثیر ترکیب درصد پلی اتیلن گلایکول قرار داشته و بستگی زیادی به گروههای انتهایی نداشته است.

دسته بندی : پایان نامه ارشد

دیدگاهتان را بنویسید