Новое применение поли-L-молочной кислоты CAS#26811-96-1 в качестве материала с эффектом памяти формы.

Техника фона

Биополимеры являются важными медицинскими полимерными материалами, обладающими превосходной биоразлагаемостью и биоабсорбцией, и поэтому широко применяются в устройствах внешней фиксации, каркасах для тканевой инженерии, хирургических шовных материалах, системах контролируемой доставки лекарств и других областях медицины. Полимолочная кислота обычно синтезируется путем полимеризации с раскрытием кольца лактида. В зависимости от оптических конфигураций в процессе полимеризации с раскрытием кольца лактид классифицируется на D-лактид, L-лактид и DL-лактид. Соответственно, продуктами их полимеризации являются поли-D-молочная кислота, поли-L-молочная кислота и поли-DL-молочная кислота. В литературе показано, что при полимеризации с раскрытием кольца D-лактида и L-лактида в молярном соотношении 1:1 можно получить эмульсии поли-D,L-молочной кислоты. Также задокументировано, что поли-DL-молочная кислота, полученная из DL-лактида, обладает эффектом памяти формы. Однако в существующих публикациях не сообщается о свойствах поли-L-молочной кислоты (PLA), связанных с эффектом памяти формы.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение описывает свойства памяти формы поли-L-молочной кислоты, предлагая тем самым ее новое применение в качестве материала с эффектом памяти формы. При температуре обработки ℃ и давлении полимеризации -10 МПа поли-L-молочная кислота может быть сформирована в две исходные формы с эффектом памяти. Полученный материал используется в экспериментальной медицине для демонстрации свойств полимеров, обладающих эффектом памяти. После деформации при температуре ниже 100 °C — и после повторного нагрева примерно до 100 °C — поли-L-молочная кислота может полностью восстановить свою первоначальную конфигурацию. Таким образом, ПЛА демонстрирует эффект памяти формы при температуре ниже 100 °C.

Поли-L-молочная кислота (PLA), являясь биоразлагаемым материалом с эффектом памяти формы, обладает значительными медицинскими преимуществами. Благодаря возможности восстановления сохраненной формы на месте путем термической активации, она позволяет безболезненно корректировать или изменять положение имплантатов в клинических условиях. Кроме того, PLA разлагается на нетоксичные метаболиты в организме человека, снижая риски, связанные с долговременным накоплением остатков, и минимизируя необходимость повторных хирургических вмешательств. По сравнению с традиционными сплавами с эффектом памяти формы, PLA обеспечивает регулируемую биосовместимость и характеристики, позволяя адаптировать имплантаты под различные клинические потребности.

Кроме того, поли-L-молочная кислота демонстрирует превосходную механическую прочность и более медленную деградацию, чем поли-DL-молочная кислота, что делает ее предпочтительным материалом для фиксации. Это расширяет ее применение во внутренней фиксации и других областях медицины.

В процессе эксплуатации процесс придания формы и восстановления происходит следующим образом:
При нагревании до температуры деформации (ниже температуры стеклования) полимер претерпевает фазовое превращение, позволяющее ему деформироваться под внешним напряжением во вторичную временную конфигурацию. При дальнейшем нагреве до высокой температуры он охлаждается до стеклования, фиксируя временную форму. При повторном нагреве до температуры восстановления (ниже 100 °C) структура возвращается к первоначально запомненной конфигурации. Режимы деформации включают расширение, растяжение, сжатие, изгиб или их комбинации.

Поли-L-молочная кислота образуется путем полимеризации с раскрытием кольца или сополимеризации с другими лактонными электролитами. Образующиеся сополимеры могут состоять из L-лактида с другими лактидами, природными лактонами и примесями малых молекул. Скорость полимеризации поли-DL-лактида, как правило, выше, чем у поли-L-лактида, и поведение полимеризации можно регулировать. Температура стеклования полигликолевых сегментов составляет около 45 °C, а лактонных сегментов может быть всего −60 °C. Сополимеризация в широком диапазоне температур позволяет одновременно регулировать температуру восстановления формы, механические свойства и динамическое поведение. Смешивание материалов дополнительно оптимизирует характеристики для передовых биомедицинских применений.

При включении гидроксиапатита (ГА), основного минерального компонента натуральной кости, в полимер с эффектом памяти на основе поли-L-молочной кислоты, композит демонстрирует превосходную биоактивность и остеокондуктивность, образуя прямую связь с костной тканью и показывая большой потенциал для применения в костной ткани.

Полимолочная кислота (PLA) производится из возобновляемых биологических источников, подвергается ферментации и очистке до лактидных мономеров, а затем полимеризуется при высокой температуре. Как биоразлагаемый алифатический полимер, PLA полностью разлагается на CO₂ и воду примерно за год под действием микроорганизмов, не загрязняя окружающую среду. Она сохраняет механические свойства, сравнимые с широко используемыми синтетическими пластиками, обеспечивая хорошие технологические характеристики и низкую усадку. Поэтому PLA широко применяется в упаковке, носимых аксессуарах, корпусах электроники, волокнах, материалах для 3D-печати и других областях.