Полная версия

Главная arrow Товароведение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Перспективные биополимеры на основе микробных мета- 98 болитов

Полилактид

Одним из самых перспективных биоразлагаемых пластиков для упаковки является полилактид [-(0-С(СН3)-СО-)п] — продукт поликонденсации молочной кислоты или полимеризации лактида.

Одним из главных достоинств полилактида (ПЛА) является то, что для его производства используется сырье из возобновляемых ресурсов (кукурузы или сахарного тростника). ПЛА легко разлагается в естественной среде: в компосте период биодеструкции составляет около 1 месяца, в водной среде этот материал также разрушается (преимущественно бактериями), но в течение более длительного срока. С точки зрения потребительских свойств этот биополимер не уступает своим синтетическим аналогам. Полилактид — прозрачный, термопластичный полимер, его можно перерабатывать всеми способами, применяемыми для переработки синтетических полимеров. Из листов ПЛА можно формовать одноразовую посуду, пищевые пленки и даже импланты для медицины [86].

Существует два способа получения полилактида: поликонденсация молочной кислоты и полимеризация лактида.

В промышленности используется их комбинация. Поликонденсацией молочной кислоты можно получать только низкомолекулярный полилактид, так как в процессе выделяется побочный продукт — вода, отвести которую из реакции сложно, и поэтому растущая полимерная цепь разрушается. Получившийся низкомолекулярный полилактид де- полимеризуют до димера молочной кислоты лактида. Полученный лак- тид полимеризуют при высокой температуре с добавлением катализатора октаноата олова, получая высокомолекулярный полилактид (рис. 45).

Полимеризация лактида

Рис. 45. Полимеризация лактида

Несмотря на все преимущества использования ПЛА, понятную технологию производства, его экологичность, массовое внедрение по- лилактида еще не обеспечено. Это объясняется его высокой стоимостью. Усилия крупных концернов направлены на то, чтобы удешевить биоразлагаемый продукт за счет новых высокопроизводительных технологий. Например, совершенствованием технологий производства молочной кислоты активно занимается американская фирма «Cargill Inc», которая производит ПЛА путем ферментирования декстрозы кукурузы [87]. Голландская компания «С8МЫ»уже сейчас готова выпускать более 34 000 т/год молочной кислоты с возможностью увеличения производственных мощностей в два раза [87]. Компания «MitsuiToatsu» (Япония) изобрела способ получения полилактида в одну стадию [87].

Помимо высокой стоимости ПЛА еще одним существенным недостатком является то, что процесс его биодеструкции в грунте начинается при температуре свыше 60 °С, что сложно реализуемо, в частности, в условиях российского климата.

Результаты разложения полилактида визуализированы на рис. 46. Необходимые условия возможно создать на специальных полигонах пластиковых отходов за счет внешнего нагрева или естественного саморазогрева биомассы.

Разложение изделия из полилактида в грунте

Рис. 46. Разложение изделия из полилактида в грунте

Несмотря на определенные технологические сложности в производстве и все еще высокую себестоимость, полилактид с каждым годом увеличивает свою долю на мировом рынке упаковочных материалов. Производство данного полимера в российских условиях возможно организовать из отходов зеленой массы кукурузы.

В последнее время широко используют ПГК (полигликолевая кислота) и ПМК (полимолочная кислота) в качестве добавки при изготовлении протезов. Описан резорбируемый имплантат из полилактида, усиленного с помощью стекловолокон фосфата кальция [88].

Однако при испытании композита вследствие быстрого распада материала протез вышел из строя до того, как перелом кости успел зажить. В качестве резорбируемого (замещающего) аналога кости разработан композит «Полиактив» с использованием сегментированного сополимера полиэтиленоксид терефталата и полибутилентерефталата, который показал при испытаниях на модельных дефектах у животных большую степень врастания кости по сравнению с незаполненными дефектными участками. При этом зафиксировано, что «Полиактив» не стимулирует врастание кости таким же образом, как биоактивная керамика. Имеющиеся примеры получения композитов биоразрушаемых полилактидов с керамиками пока не дали обнадеживающих результатов, поскольку эти материалы пока не позволили создать протезы необходимой прочности [89].

Интерес к области создания биорезорбируемых композитов очень велик. Можно отметить очевидные и отличительные преимущества этих типов материалов:

  • - по мере деградации полимера происходит меньшее экранирование напряжений;
  • - имплантат, разрушаясь, замещается новыми тканями, поэтому необходимость во второй операции отсутствует, в отличие от использования металлических пластин в фиксации перелома.

Большой интерес в настоящее время вызывает возможность использования ПГА для получения прочных, биодеградируемых и биоактивных керамик для реконструкции дефектов костной ткани. Механически прочные ПГА, медленно деградирующие в биологических средах, обладающие термопластичностью и пьезоэлектрическим эффектом, могут оказаться более, чем ПМК и ПГК, пригодными для получения остеозамещающих композитов с керамиками.

Показано, что ПГА, главным образом, полигидроксибутират и сополимеры гидроксибутирата с гидроксивалератом, образуют биосовместимые композиты с различными типами гидроксиапатитов (ГАП); при этом установлено, что ПГА, усиленные частицами ГАП, имеют преимущества перед чистыми полимерами в качестве заменителя костной ткани, так как добавление гидроксиапатита улучшает остеоин- тегративные свойства полимера и улучшает взаимодействие с тканями. Физико-механические характеристики данных композитов близки костным тканям конечностей и могут быть использованы для изготовления сложных костных протезов, включая моделирование губчатокортикальных конструкций.

Гибридные конструкции из ПГА с гидроксиапатитом, дополнительно нагруженные лекарственными препаратами, имеют перспективы для лечения длительно текущих костных инфекций, например хронических остеомиелитов и так называемых имплантат- ассоциированных остеомиелитов.

Известны примеры получения композитов ПГА с волластони- том (силикатом кальция, СаБЮз) [89]. Волластонит относится к «биоактивным» керамикам и с недавних пор в силу своих механо- физических свойств и биодеградабельности исследуется в связи с перспективами применения в медицине для восстановления дефектов повреждений костей. Волластонит механически прочен, однако характеризуется высокой хрупкостью и низкой эластичностью. В связи с этим для улучшения свойств керамики волластонит смешивают с полимерами. Полученный гибридный композит ПГА/волластонит биоактивен, на его поверхности через 14 суток формируется слой гидроксиапатита. Добавление керамик в ПГА укрепляет полимер и придает ему свойство гидрофильности. Механически прочные композитные матриксы из ПГ А и керамик, обладающие высокой пористостью и гидро- фильностью, имеют перспективы для выращивания остеогенных клеток применительно к задачам репаративного остеогенеза [89].

Еще одна разработка отечественных ученых - биополимерный материал «Биопластонан». «Биопластотан» перспективен для применения в реконструктивной хирургии и, в частности, для тканевой инженерии. Это подтверждается многочисленными исследованиями как красноярских ученых, так и других российских и зарубежных научных коллективов.

Этот биосовместимый полимер, полученный по авторской технологии синтеза, экстракции и очистки, обладает свойством разрушаться внутри организма, причем скорость его биодеградации можно контролировать. При этом он прочен, что позволяет использовать его для производства различных изделий. Подобных специализированных изделий биомедицинского назначения к настоящему времени создано целое семейство.

Самое очевидное применение нового материала - шовные нити, которые в живых тканях со временем без следа и последствий рассасываются. Уже отработаны и способы физико-химической модификации структуры матриксов из «Биопластотана» в виде гибких пленок и мембран, пригодных для клеточных технологий. Для устранения дефектов костной и хрящевой ткани созданы объемные конструкции и имплантаты, в том числе в композиции с керамикой.

Из нового полимера получаются и отличные стенты - трубчатые эндопротезы, использующиеся для реконструкции кровеносных сосудов и желчевыводящих путей.

В начале 70-х гг. XX в. был разработан первый хирургический шовный материал на основе алифатической гидроксикарбоновой кислоты «Дексон» [90]. Через несколько лет в Великобритании сотрудники фирмы «Ethicon» создали полигалактин-910 на основе гликолевой и молочной кислоты, названной впоследствии «Vicril» [90]. Так, с вышеназванных нитей началась новая эра современных биосовмести- мых шовных материалов. Справедливости ради следует заметить, что волокнообразующие (высокомолекулярные) полимеры были синтезированы не сотрудниками вышеуказанных фирм, а гораздо раньше и в других странах. Например, полигликолид, широко применяемый в практике для изготовления большинства полифиламентных шовных материалов, был синтезирован химиком Беком еще в 1952 году, а не менее распространенный полимер полилактид синтезирован в ФРГ химиком Кляйне в 1954 году [91].

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>