stringtranslate.com

Полигликолид

Полигликолид или поли(гликолевая кислота) ( PGA ), также пишется как полигликолевая кислота , является биоразлагаемым , термопластичным полимером и простейшим линейным, алифатическим полиэфиром . Его можно получить, исходя из гликолевой кислоты путем поликонденсации или полимеризации с раскрытием кольца . PGA известен с 1954 года как прочный волокнообразующий полимер. Однако из-за его гидролитической нестабильности его использование изначально было ограничено. [1] В настоящее время полигликолид и его сополимеры ( поли(молочная- со -гликолевая кислота) с молочной кислотой , поли(гликолид - со -капролактон) с ε-капролактоном и поли(гликолид- со -триметиленкарбонат) с триметиленкарбонатом ) широко используются в качестве материала для синтеза рассасывающихся швов и проходят оценку в области биомедицины . [2]

Физические свойства

Полигликолид имеет температуру стеклования от 35 до 40 °C, а его температура плавления, как сообщается, находится в диапазоне от 225 до 230 °C. PGA также демонстрирует повышенную степень кристалличности , около 45–55%, что приводит к нерастворимости в воде . [2] Растворимость этого полиэфира несколько необычна, поскольку его высокомолекулярная форма нерастворима почти во всех распространенных органических растворителях ( ацетон , дихлорметан , хлороформ , этилацетат , тетрагидрофуран ) , в то время как низкомолекулярные олигомеры достаточно отличаются по своим физическим свойствам, чтобы быть более растворимыми. Однако полигликолид растворим в сильно фторированных растворителях, таких как гексафторизопропанол (HFIP) и сесквигидрат гексафторацетона , которые можно использовать для приготовления растворов полимера с высокой молекулярной массой для формования расплава и приготовления пленки. [3] Волокна PGA обладают высокой прочностью и модулем упругости (7 ГПа ) и являются особенно жесткими. [2]

Синтез

Полигликолид можно получить несколькими способами, используя разные материалы:

  1. поликонденсация гликолевой кислоты ;
  2. полимеризация с раскрытием кольца гликолида;
  3. твердофазная поликонденсация галогенацетатов

Поликонденсация гликолевой кислоты — самый простой процесс, доступный для получения PGA, но он не самый эффективный, поскольку дает продукт с низкой молекулярной массой. Вкратце, процедура выглядит следующим образом: гликолевую кислоту нагревают при атмосферном давлении и поддерживают температуру около 175–185 °C до тех пор, пока вода не перестанет дистиллироваться . Затем давление снижают до 150 мм рт. ст., сохраняя температуру неизменной в течение примерно двух часов, и получают полигликолид с низкой молекулярной массой. [4]

Наиболее распространенным синтезом, используемым для получения высокомолекулярной формы полимера, является полимеризация с раскрытием кольца «гликолида», циклического диэфира гликолевой кислоты. Гликолид можно получить путем нагревания при пониженном давлении низкомолекулярного PGA, собирая диэфир с помощью дистилляции. Полимеризация с раскрытием кольца гликолида может быть катализирована с использованием различных катализаторов , включая соединения сурьмы , такие как триоксид сурьмы или тригалогениды сурьмы, соединения цинка (лактат цинка) и соединения олова , такие как октоат олова (2-этилгексаноат олова (II)) или алкоголяты олова. Октоат олова является наиболее часто используемым инициатором, поскольку он одобрен FDA в качестве пищевого стабилизатора. Было также раскрыто использование других катализаторов, среди которых изопропоксид алюминия , ацетилацетонат кальция и несколько алкоголятов лантаноидов (например, изопропоксид иттрия). [4] [5] [6] Кратко описывается процедура, применяемая для полимеризации с раскрытием кольца: каталитическое количество инициатора добавляется к гликолиду в атмосфере азота при температуре 195 °C. Реакции дают протекать в течение примерно двух часов, затем температуру повышают до 230 °C примерно на полчаса. После затвердевания собирают полученный полимер с высокой молекулярной массой. [4]

Полимеризация с раскрытием кольца гликолида в полигликолид

Другая процедура заключается в термически индуцированной твердофазной поликонденсации галогенацетатов с общей формулой X-—CH2COO − M + ( где M — одновалентный металл, такой как натрий , а X — галоген, такой как хлор ), что приводит к получению полигликолида и мелких кристаллов соли . Поликонденсация осуществляется путем нагревания галогенацетата, такого как хлорацетат натрия , при температуре от 160 до 180 °C, непрерывно пропуская азот через реакционный сосуд. В ходе реакции образуется полигликолид вместе с хлоридом натрия , который выпадает в осадок внутри полимерной матрицы; соль можно легко удалить, промыв продукт реакции водой. [7]

PGA также может быть получен путем реакции оксида углерода, формальдегида или одного из его родственных соединений, таких как параформальдегид или триоксан , в присутствии кислотного катализатора. В атмосфере оксида углерода автоклав загружается катализатором ( хлорсульфоновой кислотой ), дихлорметаном и триоксаном, затем в него загружается оксид углерода до достижения определенного давления; реакция перемешивается и продолжается при температуре около 180 °C в течение двух часов. По завершении непрореагировавший оксид углерода выгружается, и собирается смесь полигликолида с низкой и высокой молекулярной массой. [8]

Деградация

Полигликолид характеризуется гидролитической нестабильностью из-за наличия сложноэфирной связи в его основной цепи. Процесс деградации является эрозионным и, по-видимому, происходит в два этапа, в ходе которых полимер преобразуется обратно в мономер гликолевую кислоту: сначала вода диффундирует в аморфные (некристаллические) области полимерной матрицы, разрывая сложноэфирные связи; второй этап начинается после того, как аморфные области были разрушены, оставляя кристаллическую часть полимера восприимчивой к гидролитическому воздействию. После распада кристаллических областей полимерная цепь растворяется.

При воздействии физиологических условий полигликолид разрушается путем случайного гидролиза, и, по-видимому, он также расщепляется некоторыми ферментами , особенно теми, которые обладают эстеразной активностью. Продукт распада, гликолевая кислота , нетоксична, но, как и этиленгликоль , она метаболизируется в щавелевую кислоту , что может сделать ее опасной. Часть гликолевой кислоты также выводится с мочой . [9]

Исследования, проведенные с использованием полигликолидных шовных материалов, показали, что материал теряет половину своей прочности через две недели и 100% через четыре недели. Полимер полностью рассасывается организмом в течение периода времени от четырех до шести месяцев. [2] Деградация происходит быстрее in vivo, чем in vitro , это явление, как полагают, связано с клеточной ферментативной активностью. [10]

Использует

Шовные материалы из полигликолевой кислоты. Эти швы рассасываются и со временем рассасываются в организме.

Хотя PGA известен с 1954 года, он не нашел широкого применения из-за своей чувствительности к гидролизу по сравнению с другими синтетическими полимерами. Однако в 1962 году этот полимер был использован для разработки первого синтетического рассасывающегося шовного материала, который был выпущен на рынок под торговой маркой Dexon [1] дочерней компанией Davis & Geck корпорации American Cyanamid. После покрытия поликапролактоном и стеаратом кальция он продается под торговой маркой Assucryl.

Шовный материал PGA классифицируется как синтетический, рассасывающийся, плетеный мультифиламент. Он покрыт N- лаурином и L- лизином , которые делают нить чрезвычайно гладкой, мягкой и безопасной для завязывания узлов . Он также покрыт стеаратом магния и, наконец, стерилизуется этиленоксидным газом. Он естественным образом разлагается в организме путем гидролиза и всасывается в виде водорастворимых мономеров, что завершается между 60 и 90 днями. Пожилые, анемичные и истощенные пациенты могут всасывать шовный материал быстрее. Его цвет либо фиолетовый , либо неокрашенный, и он продается в размерах от USP 6-0 (1 метрический) до USP 2 (5 метрический). Он имеет такие преимущества, как высокая начальная прочность на разрыв, плавное прохождение через ткани, простота в обращении, отличная способность завязывать узлы и надежное завязывание узлов. Он обычно используется для подкожных швов, внутрикожных швов, абдоминальных и торакальных операций.

Традиционная роль PGA как биоразлагаемого шовного материала привела к его оценке в других биомедицинских областях. Имплантируемые медицинские устройства были изготовлены с PGA, включая кольца анастомоза , штифты, стержни, пластины и винты. [2] Он также был исследован для тканевой инженерии или контролируемой доставки лекарств. Каркасы для тканевой инженерии, изготовленные из полигликолида, были изготовлены с использованием различных подходов, но, как правило, большинство из них получают с помощью текстильных технологий в виде нетканых войлоков .

Kureha Chemical Industries коммерциализировала полигликолид с высокой молекулярной массой для упаковки пищевых продуктов под торговой маркой Kuredux. [11] Производство находится в Белле, Западная Вирджиния, с предполагаемой мощностью 4000 метрических тонн в год. [12] Его свойства как барьерного материала являются результатом его высокой степени кристаллизации, основы для механизма извилистого пути для низкой проницаемости. Ожидается, что версия с высокой молекулярной массой будет использоваться в качестве промежуточного слоя между слоями полиэтилентерефталата для обеспечения улучшенной барьерной защиты скоропортящихся продуктов, включая газированные напитки и продукты, которые теряют свежесть при длительном воздействии воздуха. Более тонкие пластиковые бутылки, которые все еще сохраняют желаемые барьерные свойства, также могут быть получены с помощью этой технологии полигликолидного промежуточного слоя. Версия с низкой молекулярной массой (приблизительно 600 а.е.м.) доступна в The Chemours Company (ранее часть DuPont ) и, как предполагается, будет полезна в нефтегазовых приложениях. [13]

Ссылки

  1. ^ ab Gilding, DK; AM Reed (декабрь 1979 г.). «Биоразлагаемые полимеры для использования в хирургии — гомо- и сополимеры полигликолевой/поли (молочной кислоты): 1». Polymer . 20 (12): 1459–1464. doi :10.1016/0032-3861(79)90009-0.
  2. ^ abcde Middleton, J.; A. Tipton (март 1998). "Синтетические биоразлагаемые полимеры как медицинские устройства". Журнал Medical Plastics and Biomaterials . Архивировано из оригинала 2007-03-12 . Получено 2006-07-04 .
  3. ^ Шмитт, Э.: «Полигликолевая кислота в растворах», патент США 3 737 440, 1973 г.
  4. ^ abc Lowe, CE: «Получение полигидроксиуксусного эфира с высокой молекулярной массой», патент США 2 668 162, 1954 г.
  5. ^ Беро, Мачей; Петр Добжинский; Януш Касперчик (18 июня 1999 г.). «Применение ацетилацетоната кальция для полимеризации гликолида и сополимеризации гликолида с ε-капролактоном и L-лактидом». Макромолекулы . 32 (14). ACS: 4735–4737. Bibcode : 1999MaMol..32.4735D. doi : 10.1021/ma981969z.
  6. ^ Stridsberg, Kajsa M.; Maria Ryner; Ann-Christine Albertsson (2002). Контролируемая полимеризация с раскрытием кольца: полимеры с разработанной макромолекулярной архитектурой . Достижения в области полимерной науки. Т. 157. Springer . С. 41–65. doi :10.1007/3-540-45734-8_2. ISBN 978-3-540-42249-5.
  7. ^ Эппле, Маттиас; Эппле, Маттиас (1999). «Подробная характеристика полигликолида, полученного реакцией твердофазной поликонденсации». Macromolecular Chemistry and Physics . 200 (10). Wiley: 2221–2229. doi :10.1002/(SICI)1521-3935(19991001)200:10<2221::AID-MACP2221>3.0.CO;2-Q.
  8. ^ Масуда и др.: «Биоразлагаемая пластиковая композиция», патент США 5 227 415, 1993 г.
  9. ^ Gunatillake, Pathiraja A.; Raju Adhikari (2003). «Биоразлагаемые синтетические полимеры для тканевой инженерии» (PDF) . European Cells and Materials . 5 : 1–16. doi : 10.22203/eCM.v005a01 . PMID  14562275. Архивировано (PDF) из оригинала 2017-07-13 . Получено 2015-02-08 .
  10. ^ Tiberiu Niță (март 2011 г.). «Концепции биологического анализа рассасывающихся материалов в оро-максиллофациальной хирургии». Rev. chir. oro-maxilo-fac. implantol. (на румынском языке). 2 (1): 33–38. ISSN  2069-3850. 23 . Получено 06.06.2012 .[ постоянная мертвая ссылка ] (на веб-странице есть кнопка перевода)
  11. ^ Смола полигликолевой кислоты (PGA) Kuredux® Архивировано 09.12.2020 на Wayback Machine www.kureha.com , дата обращения 4 декабря 2021 г.
  12. ^ "Kureha Corporation Polyglycolic Acid Plant". Архивировано из оригинала 2020-12-09 . Получено 2011-03-06 .
  13. ^ "DuPont_Polyglycolic_Acid_Sheet.pdf" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-05-11 . Получено 2011-02-18 .