Полилактид и его сополимеры для медицинского применения
ВВЕДЕНИЕ
Биоразлагаемые полимеры (биополимеры) – это полимеры природного происхождения. Они являются композитными полимерными материалами и распадаются под действием микробиологических и природных факторов. Биополимеры входят в состав живых организмов. Состоят они, как правило, из мономерных звеньев, которые ковалентно связаны в цепочки с образованием более крупных молекул. Белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды являются типичными представителями биополимеров [3], кроме них также существуют смешанные полимеры, формирующиеся из комбинаций вышеперечисленных. В промышленности биополимеры изготавливают из легко синтезируемых веществ и возобновляемых сырьевых материалов, таких как кукуруза, картофельный крахмал, пшеница, сахарный тростник, что является большим преимуществом по сравнению с полимерами, изготавливаемыми из невозобновляемых ресурсов: нефти, газа или угля. Кроме того, значительное ухудшение состояния окружающей среды в последние годы также значительно подогревает научный и промышленный интерес к биополимерам, ведь они представляют собой нетоксичный, биоразлагаемый материал, не наносящий вреда природе после окончания срока эксплуатации. В настоящее время они находят применение во многих сферах: медицине, промышленности, упаковочных производствах, биоинженерии и т.д. В связи с этим
СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ПОЛИЛАКТИД. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 7
1.1 Синтез полилактида 7
1.2 Катионная полимеризация лактида 11
1.3 Анионная полимеризация лактида 13
1.4 Полимеризация лактида на N-гетероциклических карбенах 14
1.5 Полимеризация лактида на металлокомплексных соединениях 15
1.6 Катализаторы полимеризации лактида 19
1.7 Свойства полилактида 20
1.8 Деструкция полилактида 23
1.9 Мировое производство полилактида 24
1.10 Модификация полилактида 26
2. ПОЛИЛАКТИД И ЕГО СОПОЛИМЕРЫ 31
2.1 Блок-сополимеры лактида с полиэтиленгликолем 31
2.2 Сополимеры лактида с гликолидом для медицинского применения 34
2.3 Звездообразные полилактиды 36
2.4 PLA пластик для 3D-печати 41
2.5 Требования к полилактиду и его сополимерам, предназначенным для изготовления медицинских изделий 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Ridzwan M.I.Z. et al. Problem of Stress Shielding and Improvement to the Hip Implant Designs: A Review // J. Med. Sci. 2007. Vol. 7, № 3. P. 460–467.
2 Burg K.J., Porter S., Kellam J.F. Biomaterial developments for bone tissue engineering. // Biomaterials. 2000. Vol. 21, № 23. P. 2347–2359.
3 Jones J.R. Observing cell response to biomaterials // Mater. Today. 2006. Vol. 9, № 12. P. 34–43.
4 Cancedda R. et al. Tissue engineering and cell therapy of cartilage and bone // Matrix Biol. 2003. Vol. 22, № 1. P. 81–91.
5 Путляев В.И. Современные биокерамические материалы // Соросовский образовательный журнал. 2004. Vol. 8, № 1.
6 Рассказова Л. А. Технология получения магний- и кремниймодифицированных гидроксиапатитов и биорезорбируемых композиционных материалов с использованием полимеров молочной кислоты. 2015. 137 p.
7 Xiao L. et al. Poly(Lactic Acid)-Based Biomaterials: Synthesis, Modification and Applications // Biomedical Science, Engineering and Technology. InTech, 2012.
8 Хенч Л. Л. Д.Д.Р. Биоматериалы, искусственные органы и инжиниринг тканей: монография. 2007. 304 p.
9 Bozentka D.J. Biological performance of materials: fundamentals of biocompatibility // J. Hand Surg. Am. 1993. Vol. 18, № 6. P. 1130.
10 Hassan K.S. Autogenous bone graft combined with polylactic polyglycolic acid polymer for treatment of dehiscence around immediate dental implants. // Oral Surg. Oral Med. Oral Pathol. Oral Radiol. Endod. 2009. Vol. 108, № 5. P. e19-25.
11 Агаджанян В.В. et al. Биодеградируемые Импланты В Ортопедии И Травматологии. Наш Первый Опыт // Политравма. 2016. № 4. P. 85–93.
12 Thomas V. et al. Nanostructured biocomposite scaffolds based on collagen coelectrospun with nanohydroxyapatite. // Biomacromolecules. 2007. Vol. 8, № 2. P. 631–637.
13 Трофимчук Е.С. et al. Нанокомпозиты на основе пористого полилактида, полученного по механизму крейзинга в водно-этанольных растворах, и фосфатов кальция // Высокомолекулярные соединения А. 2018. Vol. 60, № 8. P. 3–12.
14 Баженов С.Л. et al. Полимерные композиционные материалы. Прочность и технологии. Долгопрудный: Издательский Дом “Интеллект,” 2010. 347 p.
15 Wang J. et al. Fabrication and characterization of composites composed of a bioresorbable polyester matrix and surface modified calcium carbonate whisker for bone regeneration // Polym. Adv. Technol. 2017. Vol. 28, № 12. P. 1892– 1901.
16 Вундерлих Б. Физика макромолекул. Том2. Зарождение, рост и отжиг кристаллов. Издательство Мир. Москва., 1979.
17 Kulkova J. et al. Osteointegration of PLGA implants with nanostructured or microsized β-TCP particles in a minipig model // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2014. Vol. 40. P. 190–200.
18 Sedush N.G., Strelkov Y.Y., Chvalun
Из стереоизомера D-ПЛА можно также, как из L-ПЛА получить макромолекулу с высокой степенью кристалличности. Высокоупорядоченную структуру с самой высокой температурой плавления и кристалличностью можно получить смешивая L-ПЛА и D-ПЛА, полученные представительно из чистых L- и D- лактидов [21]. Такой стереокомплекс является достаточно устойчивым по отношению ко многим видам деструкции и проявляет свойства водонепроницаемости. Механизм смешения основан на сплетении двух полимерных цепей, между которыми также появляются дополнительные взаимодействия за счёт реакции между полярными группами. Кроме стереохимического строения стоит так же сказать, что полилактид имеет хорошую растворимость в большинстве органических растворителях, его плотность составляет около 1,25-1,29 г/см3. По механо-химическим свойствам его вполне можно сопоставить с полиэтиленом, полистиролом и полиэтилентерефталатом (таблица 1).
Таблица 1 – Сравнительный анализ физико-химических и механ