聚乳酸解机理.pptVIP

生物可降解材料—聚乳酸 降解机理与代谢途径简述 王丽 复旦大学 1概述 聚乳酸(PLA)是一种具有优良的生物相容性和 可生物降解性的合成高分子材料。PLA这种线型热 塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麦、木薯 等一些植物中提取的淀粉为最初原料,经过酶分解 得到葡萄糖,再经过乳酸菌发酵后变成乳酸,然后经 过化学合成得到高纯度聚乳酸。 1概述 聚乳酸(PLA)分子结构式如图,其中的酯键 易水解,能在体内或土壤中经微生物的作用降解生 成乳酸,代谢最终产物是水和二氧化碳,所以对人 体不会产生毒副作用,使用非常安全。因此聚乳酸 口经被应用于医学、药学等许多方面,如用作外科 手术缝合线、药物控制释放系统等等。 Hfo-CH-C方OH CH3 图1聚乳酸分子结构式 1概述 由于乳酸具有旋光性,因此对应的聚乳酸有三 种PDLA、PILA、 PDLLA(消旋)。 PLA和PDLA是部分结晶高分子,力学强度较 好,常用作医用缝合线和外科矫形材料。药物控释 制剂常采用PLA和 PDLLA,但更多的是使用 PDLLA PLA的降解产物L一乳酸能被人体完全代谢,因而 比DPLA更具竞争力。 2PLA体内降解 PLA的水解是个复杂的过程,主要包括4个现象: 吸水、酯键的断裂、可溶性齐聚物的扩散和碎片的 分解。 降解的主要方式:本体侵蚀。 2PLA的体内降解 PLA材料浸入水性介质中或植人体内后,首先发生材料 吸水。水性介质渗入聚合物基质,导致聚合物分子链松弛 酯键开始初步水解,分子量降低,逐渐降解为低聚物。 聚乳酸的端羧基(由聚合引入及降解产生)对其水解 起催化作用,随着降解的进行,端羧基量增加,降解 速率加快,从而产生自催化现象。 内部降解快于表面降解,这归因于具端羧基的降 解产物滞留于样品内,产生自加速效应 2PLA的体内降解 随着降解进行,材料内部会有越来越多的羧基 加速内部材料的降解,进一步增大内外差异。当内 部材料完全转变成可溶性齐聚物并溶解在水性介质 中时,就会形成表面由没有完全降解的高聚物组成 的中空结构。进一步降解才使低聚物水解为小分子 最后溶解在水性介质中。 2PLA的体内降解 整个溶蚀过程是由不溶于水的固体变成水溶性 物质。 宏观上是材料整体结构破坏,体积变小,逐渐 变为碎片,最后完全溶解并被人体吸收或排出体外; 微观上是聚合物大分子链发生化学分解,如分 子量变小、分子链断开和侧链断裂等,变为水溶性 的小分子而进入体液,被细胞吞噬并被转化和代谢。 3PLA的体外降解 聚乳酸的分解有两个阶段:经水解反应分解之后 再靠微生物分解 在自然环境中首先发生水解,通过主链上不稳定 的酯键水解而成低聚物,然后,微生物进入组织物内, 将其分解成二氧化碳和水。在堆肥的条件下(高温和 高湿度),水解反应可轻易完成,分解的速度也较快 在不容易产生水解反应的环境下,分解过程是循序渐 进的。