Please enter banners and links.

3-3- 2- كاربردهاي پزشكيصنايع پزشكي يك از زمينههايي است كه در آن جديدترين تكنولوژي در طراحي و ساخت مواد نوين به كار گرفته ميشود تا رويكردها و مواد جديد در ارتباط با سلامت انسان جايگزين رويكردهاي قديمي گردد. در اين راستا نيز برخي مواد پليمري با توجه به خواص ويژهاي كه دارا هستند مورد توجه قرار گرفتهاند و كاربردهاي خاصي نيز پيدا كردهاند. بر اين اساس واژه “بيونساجي” به وجود آمده است كه نشان از ساختارهايي دارد كه از تركيب الياف نساجي تهيه شدهاند و جهت استفاده در محيطهاي بيولوژيكي استفاده شدهاند(مانند كاشت اعضاي بدن، راكتورهاي توده زنده). در چنين محيطهايي عملكرد اين ساختارها بستگي به برهمكنش آنها با سلولهاي بدن و مايعات بيولوژيكي دارد. كاربردهاي پزشكي پلي لاكتيك اسيد بر اساس زيست سازگاري آن و سازگار بودن محصولات ناشي از تخريب آن با بدن انسان ميباشد [22]. در ادامه مهمترين كاربردهاي پزشكي اين پليمر به تفصيل آمده است.
3- 3- 2- 1- نخ بخيهنخ بخيه رشتههاي به هم تنيدهاي هستند كه به اشكال گوناگون تهيه ميشوند. وظيفه اصلي نخ بخيه اين است كه بافتهاي بدن را به خوبي در محل مربوط به خود نگه دارد تا زماني كه سلامتي كامل بافت به واسطه اتصال طبيعي آنها به يكديگر صورت گرفته و بافت مورد نظر استحكام كافي را به دست آورد. استفاده از پلي لاكتيك اسيد به عنوان ماده مناسب جهت تهيه نخ بخيه از طرف اداره امور غذايي و دارويي آمريكا (FDA) تاييد گرديده است [35]. تحقيقات گستردهاي بر روي رفتار تخريب PLA چه در محيط آزمايشگاهي و چه در محيط طبيعي بدن صورت گرفته است. تخريب پلي لاكتيك اسيد به طور قابل ملاحظهاي تحت تاثير محيط قرار ميگيرد و به عواملي نظير آب، هوا، pH محيط و دما بستگي دارد[2]. در رابطه با عامل محيط اطراف، تركيب درصد شيميايي رشته مورد استفاده جهت تهيه نخ بخيه نقش مهمي در تخريب ماده پليمري ايفا ميكند. با پيشرفت تخريب پليمر، آبدوستي ماده پليمري نيز افزايش يافته و ميزان جذب آب و به دنبال آن تخريب پليمر شدت پيدا ميكند. خواص ذاتي پلي لاكتيك اسيدِ اصلاح نشده مانند كريستالينيتي بالاي آن (حدود 40 درصد)، سفت بودن و نرخ پايين تخريب آن، محدوديتهايي را در ارتباط با كاربرد آن به عنوان نخ بخيه ايجاد كرده است. به اين جهت، لاكتيك اسيد را با منومرهاي زيست تخريب پذير ديگر به صورت كوپليمر در آورده تا خواص مطلوب مورد بحث در كوپليمر نهايي به دست آيد. منومري كه بيشترين استفاده را در اين راستا دارد، گلايكوليك اسيد است كه كوپليمري با نسبت مولي 90 به 10 گلايكوليك اسيد به لاكتيك اسيد تهيه شده و به صورت تجاري در آمده است [36].
3- 3- 2- 2- صنايع داروييزيست تخريب پذيري پلي لاكتيك اسيد منجر به كاربرد آن در سيستمهاي رهايش دارو گرديده است [37]. اغلب اين سيستمها بر مبناي فرسايش و تحليل تدريجي پليمر حاوي دارو ميباشد كه در چنـين سيستمهايي به تدريج دارو توسط تخريب هيدروليتيك (آبكافتي) پليمر و تغييرات مورفولوژيكي صورت گرفته در آن در بدن آزاد ميشود. در حالي كه ديگر سيستمهاي رهايش دارو بر اساس منابع دارويي است كه در آنها رهايش دارو از يك غشاي پليمري صورت ميگيرد و فعاليت دارو نيز تا رهايش كامل در منبـع دارو ثابـت باقي ميماند [38].
3- 3- 2- 3- کاشتنیهاپلی لاکتیک اسید در هر دو فرم D و L میتواند به عنوان یک ماده کاشتنی و یا ماده پشتیبان 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 بافتنقص 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 زدن 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]. تلاشهاي اوليه در راستاي استفاده از مواد پايدار در محيط زنده بود به گونهاي كه اين مواد به مانند يك داربست عمل كرده و سلولها بر روي آنها رشد كرده و بافت را تشكيل دهند. كم كم با پيشرفت در علم و ورود پليمرهاي زيست تخريب پذير به عرضه علم پزشكي، اين نوع پليمرها توانستند به عنوان مواد پشتيبان خوبي در اين راستا عمل كنند. علت توجه به مواد پليمري زيست تخريب پذير نيز اين بود كه اين پليمرها به مرور زمان در اثر تخريب از محل پيوند عضو ناپديد شده و اثر چنداني روي محل بافت طبيعي به جاي نميگذارند. وظيفه اصلي ماده پليمري به فرم داربست اين است كه به عنوان يك ماتريس برون سلولي عمل كند تا سلولهاي بدن بتوانند به خوبي به آن چسبيده، رشد كنند و در نهايت يك بافت كامل و جديدي را به وجود آورند [42]. در زمينه مهندسي بافت، ذكر اين نكته الزامي است كه طراحي موفقيت آميز يك داربست بايد شامل موارد زير باشد : 1- اتصال مناسب الياف پليمري به يكديگر جهت رسيدن به تخلخل مناسب، 2- در نظر گرفتن اندازه و شكل عضو و بافت مورد نظر، و 3- خواص فيزيكي و مكانيكي مورد انتظار از پليمر مانند استحكام و قابليت كشش كافي.
4- اصلاح پلي لاكتيك اسيددو نوع کلی اصلاح پلی لاکتیک اسید شامل اصلاح توده و اصلاح سطح این پلیمر میباشد. در ارتباط با هدف اصلاح توده، مهمترين نقص پلي لاكتيك اسيد چقرمگي ضعيف و نرخ تخريب پايين آن است که معمولا اصلاح توده به منظور بهبود چقرمگي و افزایش نرخ تخريب صورت ميگيرد. 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 نيز جهت كنترل آبدوستي و زبري سطح پليمر و اهداي گروههاي فعال به پليمر انجام ميشود.
4- 1- اصلاح تودهاصلاح 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 فرایندیپلی (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- کوپلیمریزاسیونپلی 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 دوبلوکی و سه بلوکی تهیه شده است تا آبدوستی و خواص رهایش داروی پلی لاکتیک اسید را بهبود بخشد [53,52].
4- 1- 3- آلیاژسازیآلیاژ 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 کنندههاپلي لاكتيك اسيد در دماي اتاق در حالت شيشهاي قرار دارد و كرنش در نقطه شكست آن كمتر از 10 درصد است [31]. بنابراين جهت كاهش دماي انتقال شيشهاي، افزايش ضربه پذيري و بهبود فرايندپذيري اين پليمر، نرم كنندههاي مختلف (انواع زيست تخريب پذير و زيست تخريب ناپذير) به آن افزوده ميشوند [54]. در اين راستا تاثير مشخصههاي مختلف نرم كننده از جمله : جرم مولكولي، قطبيت، و گروههاي انتهايي بررسي شده است.
به عنوان انتخاب اول، خودِ منومر لاكتايد ميتواند به عنوان يك انتخاب طبيعي براي نرم كردن پلي لاكتيك اسيد به منظور افزايش ازدياد طول آن در نقطه شكست در نظر گرفته شود، اما عيب بزرگ لاكتايد مهاجرت تدريجي اين كوچك مولكول به سطح پليمر و دوباره سفت شدن پليمر به مرور زمان ميباشد. بنابراين نرم كنندههاي با وزن مولكولي بالاتر (اليگومري) نظير گليسيرول، سيترات استر، پلي اتيلن گلايكول و حتي لاكتيك اسيدِ اليگومري ميتوانند استفاده شوند. در مطالعه صورت گرفته توسط Martin و Avérous [55] در اين زمينه نشان داده شده که لاكتيك اسيد اليگومري و پلي اتيلن گلايكول با وزن مولكولي پايين بهترين نتايج و گليسيرول كمترين تاثير را به عنوان نرم كننده 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.
4- 1- 3- 2- کامپوزیتها و آلیاژهای پلی لاکتیک اسید – پلیمرها یا پرکنندههای زیست تخریب ناپذیریکی از بهترین پلیمرهای زیست تخریب ناپذیر جهت بهبود چقرمگی پلی لاکتیک اسید، پلی اتیلن با دانسیته پایین (LDPE) است. در این راستا چنانچه PLA به صورت آمورف باشد در صورت آلیاژ شدن با LDPE نیاز به سازگار کردن آنها به کمک کوپلیمر دوبلوکی PLA-LDPE میباشد ولی PLA کریستالی نیازی به سازگارسازی ندارد [58]. تحقیق Zhang و همکارانش[59] نشان داده است که آلیاژهای پلی متیل متاکریلات (PMMA) و پلی لاکتیک اسید نیز چنانچه توسط روش محلولی/رسوبی تهیه شوند کاملا امتزاجپذیر و چنانچه به روش تبخیر حلال تهیه شوند به صورت جزئی امتزاجپـسذیر میباشند و PMMA آمورف میتواند کریستالیزاسیون PLA را محدود کند.
4- 1- 3- 2- 1- کامپوزیتها و آلیاژهای پلی لاکتیک اسید – نانوذراتدسته دیگری از افزودنیها جهت بهبود خواص مکانیکی پلی لاکتیک اسید، پرکنندههای آلی یا معدنی هستند. به عنوان مثال، اکسید فلزاتی مانند آلومینیوم و تیتانیوم جزء افزودنیهایی هستند که برای بهبود خواص مکانیکی این پلیمر جهت کاربردهای ارتوپدی مناسب میباشند. کامپوزیتهای تقویت شده با الیاف کربن نیز خواص مکانیکی بسیار خوبی نشان دادهاند [60]. ذرات نانورس و دیگر افزودنیهای نانو نیز در اثر اختلاط با این پلیمر منجر به افزایش مدول یانگ آن و بهبود دیگر خواص مکانیکی این پلیمر شدهاند [61]. مثلا افزودن نانورس به پلی لاکتیک اسید به دلیل افزایش کریستالیزاسیون آن منجر به افزایش پایداری حرارتی آن میگردد [55]. همچنین افزودن سیلیکاتهای لایهای اصلاح شده (OMLS) به PLA به منظور بهبود خواص مختلفی نظیر HDT ، خواص دینامیکی-مکانیکی و خواص حفاظتی این پلیمر به طور گستردهای مورد مطالعه قرار گرفته است [64-62]. تحقیق صورت گرفته توسط Jiang و همکارانش [62] مقایسه بین تاثیر نانوذرات کربنات کلسیم (NPCC) و مونتمویلونیت (MMT) بر تقویت و نیز چقرمگی پلی لاکتاید را بررسی کرده است. همچنین در این تحقیق، مکانیسمهای مختلف چقرمه سازی بررسی و مقایسه شده است. نتایج ایشان نشان میدهد PLA باعث بازشدن لایههای نانورس MMT شده و در درصدهای پایین نانورس (کمتر از 5 درصد وزنی) پخش شدگی خوبی در ماتریس PLA صورت گرفته است و در مقادیر بیشتر از نانورس کلوخههای نانورس مشاهده شده است. کرنش شکست PLA در گستره مقدار 0 تا 5/7 درصد وزنی NPCC افزایش یافته است در حالیکه برای MMT درگستره 0 تا حدود 5/2 درصد این پارامتر افزایش و در بالاتر از این مقدار، این پارامتر کاهش یافته است. در رابطه با استحکام کششی، افزودن نانوذرات کربنات کلسیم منجر به کاهش این خاصیت مهم مکانیکی شده است در صورتی که افزایش مونتموریلونیت تا غلظت 5 درصد وزنی باعث افزایش این خاصیت گشته است. همچنین تمام نمونههای حاوی NPCC (مقادیر مختلف نانوذره) دارای نقطه تسلیم در نمودار تنش کرنش بوده است اما برای نانوکامپوزیتهای شامل MMT فقط نمونه دارای 5/2 درصد نانوذره از خود تسلیم نشان داده است. بر طبق نتیجهگیری Jiang و همکارانش، تاثیرات متفاوت این دو نوع مختلف نانورس بر روی خواص مکانیکی PLA به دلیل تفاوت در ریزساختار و نیز برهمکنش بین نانوذرات و ماتریس PLA میباشد. مطالعات دقیقتر در رابطه با مکانیزم چقرمگی نشان داده است که نانوذرات کربنات کلسیم از طریق ایجاد شکافچه باعث افزایش کرنش در نقطـه شکـسـت مـیشوند که در نهایت توسط ائتلاف حفرهها و شکافهای ریز منجر به شکست نمونه میشوند، اما مونتموریلونیت (مخصوصا در غلظتهای پایین) توسط مکانیسم تسلیم برشی باعث بهبود افزایش کرنش شکست و بهبود چقرمگی نمونه پلیمری میشود. در واقع لایههای MMT که مابین ریزحفرهها قرار گرفتهاند و از ائتلاف آنها جلوگیری میکنند اجازه تسلیم برشیهای در مقیاس بالا را به ماده پلیمری میدهند و در غلظتهای بالای MMT ، کلوخههای آن نوعی شکست زودرس را به ماده پلیمری القا میکنند و فرصت شروع تسلیم برشی را به ماده پلیمری نمیدهند.
همچنین در رابطه با خواص حرارتی و مکانیکی و عبورپذیری گاز فیلمهای پلی لاکتیک اسید، Thellen و همکارانش [63] افزایش در استحکام کششی، مدول و نیز ازدیاد طول را برای فیلم نانوکامپوزیتهای PLA که شامل تنها 5درصد نانورسِ مونتموریلونیت اصلاح شده بود مشاهده کردهاند. بر اساس تحقیقات ایشان، فیلمهای نانوکامپوزیتی حدود 48 درصد کاهش در عبورپذیری اکسیژن و حدود 50 درصد کاهش در عبورپذیری بخار آب را نسبت به پلمر خالص نشان دادند. آنالیز حرارتی نانوکامپوزیتها نیز نشان میدهد که دمای انتقال شیشهای، دمای ذوب و دمای کریستالیزاسیون پلی لاکتیک اسید در صورت افزودن نانوذرات MMT افزایش قابل توجهی داشته است. همچنین دمای شروع تجزیه حرارتی آنها نزدیک به 10 درجه سانتیگراد از پلی لاکتیک اسید خالص بزرگتر است. بررسی خواص مکانیکی نیز نشان میدهد مدول یانگ پلیمر با افزودن نانورس اصلاح شده حدود 20 درصد افزایش داشته است.
همچنین در تحقیق صورت گرفته توسط Chang و همکارانش [64] افزودن نانورس مونتموریلونیت یا میکای سنتزی به پلی لاکتیک اسید در غلظت کمتر از 4 درصد نانوذرات منجر به افزایش استحکام کششی و ازدیاد طول نقطه شکست PLA شده است.
در رابطه با مبحث زیست تخریب پذیری نیز تحقیقات [63] نشان میدهد که افزودن نانوذرات به پلیمر زیست تخریب پذیر پلی لاکتیک اسید منجر به افزایش نرخ زیست تخریب پذیری آن میگردد. این مساله در رابطه با فرایند تخریب پلی لاکتیک اسید در طبیعت از اهمیت زیادی برخوردار است؛ چرا که با توجه به پایین بودن نرخ زیست تخریب پذیری پلی لاکتیک اسید که به عنوان یک عیب بزرگ برای این پلیمر شناخته میشود میتوان استفاده از نانوذرات را برای بهبود و افزایش زیست تخریب پذیری آن در کنار بهبود دیگر خواص (نظیر خواص حرارتی و مکانیکی) را به عنوان یک رویکرد مناسب در نظر گرفت. بر طبق گفته Thellen و همکارانش، حضور گروههای هیدروکسیلی انتهایی در لبههای لایههای سیلیکاتی یکی از فاکتورهای مهم در افزایش نرخ تخریب پذیری نانوکامپوزیتهای PLA نسبت به پلیمر خالص آن میباشد، چرا که این گروههای هیدروکسیلی با جذب رطوبت از محیط اطراف باعث شروع هیدرولیز هتروژن ماتریس PLA میشوند که به دنبال آن تخریب نهایی این پلیمر را افزایش میدهند.
با توجه به مطلب مذکور، در این پروژه نیز سعی بر این است تا پس از ساخت پلی یورتانهای زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید، از نانوذرات به عنوان یک افزودنی مناسب جهت افزایش نرخ زیست تخریب پذیری پلیمر استفاده کرد.
4- 1- 3- 2- کامپوزیتها و آلیاژهای پلی لاکتیک اسید – پلیمرهای زیست تخریب پذیر و تجدید شدنیآلیاژها و کامپوزیتهای پلی لاکتیک اسید و پرکنندهها یا پلیمرهای زیست تخریب ناپذیر به گستردگی آلیاژهای پلی لاکتیک اسید- پلیمرهای زیست تخریب پذیر مورد مطالعه و تحقیق قرار نگرفته است که مطمئنا به خاطر افزودن یک جزء زیست تخریب پذیر به آلیاژ پلیمری است. اما در مورد پلی لاکتیک اسید دلیل اصلی این قضیه این است که پلیمرهای زیست تخریب پذیر اضافه شده به PLA نه تنها باعث بهبود خواص ایـن پلیمـر مـیگردند بلکه هیچ تاثیر مخربی نیز بر روی زیست تخریب پذیری آن ندارند. به عنوان مثال، خانواده پلی (هیدروکسی آلکانوئات) ها (PHAs) دسته بزرگی از پلی استرهای آلیفاتیک میباشند که شامل بیش از 150 نوع منومر مختلف هستند. در این بین پلی (3- هیدروکسی بوتیرات) (PHB) و کوپلیمرهای آن با 3- هیدروکسی والِرات (PHBHV) پلیمرهایی از خانواده PHA ها هستند که بیشتر مورد استفاده قرار گرفتهاند [66,65]. البته نکته مهمی که وجود دارد این است که هموپلیمرهای پلی (هیدروکسی بوتیرات) (PHB) به دلیل بلورینگی بسیار بالایی که دارند موادی سخت و شکننده بوده به این دلیل برای بهبود چقرمگی PLA مناسب نیستند. از طرفی دمای ذوب PLA نیز بالاست و نزدیک به دمای تخریب حرارتی PHB است که این امر نیز فرایندپذیری آلیاژ آنها را مشکل میسازد.
سیستم زیست تخریب پذیر دیگری که به طور گستردهای مورد مطالعه قرار گرفته است، آلیاژهای پلی لاکتیک اسید- پلی کاپرولاکتون (PLA/PCL) است. از آنجا که PCL پلیمری رابری با Tg پایین بوده و هم از طریق آنزیمی و هم از طریق آبی قابل تجزیه و تخریب است، بنابراین افزودن آن به PLA باعث بهبود مدول، کرنش در شکست و استحکام کششی آن شده است [67]. البته در برخی موارد گزارش شده که مدول و استحکام کششی کاهش پیدا کرده است و برای افزایـش آنها نیاز به سازگـار کنندهای مانـند کـوپلـیمر سـهقـطعـهای PLA-PCL-PLA میباشد. مثلا گزارش شده که افزودن حدود 4 درصد وزنی از این سازگار کننده به آلیاژ این دو پلیمر زیست تخریب پذیر منجر به کاهش اندازه ذره فاز پراکنده (PCL) از 10 تا 15 میکرومتر به حدود 3 تا 4 میکرومتر و افزایش کرنش شکست از 2 درصد برای آلیاژ PLA/PCL به حدود 53 درصد برای آلیاژ سهتایی شده است [68]. همچنین PLA با کیتوسان که یک بیوپلیمر زیست تخریب پذیر، زیست سازگار، قابل خوردن و غیر سمی است به صورت آلیاژ در آمده است و کیتوسان توانسته است تَرشدگی PLA را بهبود بخشد، همچنین این امر باعث افزایش نرخ تخریب PLA نیز شده است [69]. در این راستا تحقیقات دیگر نشان میدهد کولاژن نیز علیرغم کاهش استحکام کششی و خمشی PLA، نرخ تخریب آن را در محیط آنزیمی افزایش میدهد [70]. از دیگر آلیاژهای قابل ذکر، آلیاژ پلی لاکتیک اسید با نشاسته (PLA/Starch) است که افزودن نشاسته به PLA باعث افزایش نرخ کریستالیزاسیون آن (حتی در غلظت 1 درصد) شده است [71]. پلیمرهای زیست تخریب پذیر دیگری نیز جهت بهبود خواص مکانیکی و مخصوصا چقرمگی به پلی لاکتیک اسید اضافه شدهاند [73,72].
4- 2- اصلاح سطحبرهم كنش سطح پلي لاكتيك اسيد با مواد ديگر، نقش مهمي در كاربردهاي پزشكي و غيرپزشكي اين پليمر ايفا ميكند. در اين راستا سطح پليمر، آبدوستي آن، زبري سطح و توپوگرافي آن معمولا نياز به اصلاح دارند. بر اين اساس پليمرهاي طبيعي و سنتزي متعددي براي اصلاح سطح ‌PLA و بهبود خواص به آن افزوده شدهاند. روشهاي اصلاح سطح PLA شامل دو دسته كلي، اصلاح موقت و اصلاح دائمي، ميباشد كه در اصلاح موقت پيوندهاي غير كوالانسيِ گروههاي عاملي و در اصلاح دائمي پيوندهاي كوالانسي بـر روي سطح پليمـر ايجـاد مـيگردد. تحقيقاتي كه در زمينه اصلاح سطح PLA صورت گرفته است اكثرا مرتبط با كاربردهاي پزشكي (مخصوصا بيوپزشكي) اين پليمر زيست تخريب پذير است.
روشهای موقت اصلاح سطح شامل پوشش دهی (جذب يا نشست عوامل اصلاح كننده بر روي سطح پليمر)، گیر انداختن مولکولهای دیگر ، افزودنیهای مهاجرت کننده و اصلاح از نوع پلاسما میباشد. روشهای دائمی اصلاح سطح نیز شامل ترکیب شیمیایی با استفاده از مکانیسم شیمی تر و پیوندزدن نوری میباشد [74].
5- اسیدهای چرب و استرهای اسیدهای چربدر علم شیمی، یک اسید چرب (با فرمول کلی CH3-(CH2)n-COOH ) در واقع یک کربوکسیلیک اسید با زنجیر خطی بلند آلیفاتیک است که میتواند اشباع یا غیراشباع باشد. تعداد کربنهای زنجیر معمولا بـین 4 تـا 28 مـیباشد که معمولا تعداد کربنها زوج میباشد. اسیدهای چرب از هیدرولیز گروههای استری موجود در چربیها یا روغنهای گیاهی یا بیولوژیکی (که هر دو در واقع از دسته گلیسیریدها یا آسیل گلیسیرولها هستند) به دست میآیند و محصول جانبی نیز گلیسیرول است؛ همچنین در صورت واکنش یک اسید چرب با گلیسیرول، یک گلیسیرید به دست میآید. گلیسیرول دارای سه گروه عاملی هیدروکسیل است که در اثر واکنش استری شدن با یک، دو یا سه اسید چرب به ترتیب تشکیل مونو- ، دی- یا تری گلیسیرید میدهد.
روغنهای گیاهی مانند روغن تانگ، روغن سویا، روغن کرچک، روغن ذرت و روغن خرما عمدتا شامل تریگلیسیریدهایی هستند که با شکست زنجیرهای آنها توسط آنزیمهای طبیعی (لیپازها) به مونو و دی گلیسیریدها و اسیدهای چرب آزاد تبدیل میشوند.
اسیدهای چرب موجود در روغن تانگ شامل پالمیتیک اسید، اولئیک اسید، لینولئیک اسید و اُلئواستئاریک اسید به ترتیب با نسبت 5/5 ، 0/4 ، 5/8 و 0/82 درصد است. در مورد روغن سویا، عمده اسیدهای چرب غیراشباع موجود در آن شامل 7 درصد α-لینولئیک اسید، 51 درصد لینولئیک اسید و 23 درصد اولئیک اسید است و اسیدهای چرب اشباع آن نیز شامل حدود 4 درصد استئاریک اسید و 10 درصد پالمیتیک اسید است. روغن کرچک نیز شامل تری گلیسیریدهای است که تقریبا 90 درصد اسیدهای چرب در آنها ریسینولئیک اسید بوده و دیگر اجزاء مهم آن نیز اولئیک اسید و لینولئیک اسید است. ساختار شیمیایی تمامی اسیدهای چرب ذکر شده در بالا در جدول 4 آمده است.
از خواص تری گلیسیریدهای موجود در این روغنها این است که قابلیت هیدروژناسیون دارند؛ بدین معنی که باندهای غیراشباع کربن- کربن (C=C) در زنجیرهای آنها در مجاورت کاتالیستهای برپایه نیکل یا پلاتینیوم میتوانند با هیدروژن وارد واکنش شده و تبدیل به باندهای اشباع کربن- کربن (C-C) شوند. همچنین از ویژگیهای اسیدهای چرب، حل شدن آنها در بازها و تشکیل صابونها و یا اکسید شدن آنها میباشد.
یکی دیگر از ویژگیهای این روغنها، قابلیت الکلیزه کردن آنها میباشد. در واقع نشاندن گروههای هیدروکسیل به جای هر کدام از گروههای آسیل متصل به گلیسیرید که موسوم به الکلیزه کردن گلیسیرید میباشد، از قابلیتهای گلیسیریدها میباشد. در بحث پیشنهاد پروژه بیشتر به این موضوع پرداخته شده است [75].
جدول SEQ جدول \* ARABIC 4: ساختار اسیدهای چرب موجود در روغنهای گیاهی [75]

Related posts: