Полигликолид
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Поли[окси(1-оксо-1,2-этандиил)] | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук |
|
| Информационная карта ECHA | 100.249.865 |
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| (C 2 H 2 O 2 ) н | |
| Молярная масса | (58.04)н |
| Плотность | 1,530 г/см 3 и 25 °С |
| Температура плавления | От 225 до 230 ° C (от 437 до 446 ° F; от 498 до 503 К) |
| Точка кипения | Разлагается |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Полигликолид или полигликолевая кислота ( PGA ), также называемая кислотой , представляет собой биоразлагаемый термопластичный полигликолевой полимер и простейший линейный алифатический полиэфир . Его можно получить из гликолевой кислоты путем поликонденсации или полимеризации с раскрытием цикла . PGA известен с 1954 года как прочный волокнообразующий полимер. Однако из-за его гидролитической нестабильности его использование первоначально было ограничено. [1] настоящее качестве в В время материал для синтеза рассасывающихся шовных материалов и проходит оценку в биомедицинской области. [2]
Физические свойства
[ редактировать ]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 практически во всех распространенных органических растворителях ацетоне , дихлорметане , хлороформе , этилацетате , тетрагидрофуране ) , в то время как низкомолекулярные олигомеры достаточно различаются по своим физическим свойствам, чтобы быть более растворим. 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 из расплава и приготовления пленок. [3] Волокна PGA обладают высокой прочностью и модулем упругости (7 ГПа ) и отличаются особой жесткостью. [2]
Синтез
[ редактировать ]Полигликолид можно получить с помощью нескольких различных процессов, начиная с разных материалов:
- поликонденсация гликолевой кислоты ;
- полимеризация гликолида с раскрытием цикла;
- твердофазная поликонденсация галогенацетатов
Поликонденсация гликолевой кислоты — самый простой процесс получения ПГК, но он не самый эффективный, поскольку дает продукт с низкой молекулярной массой. Вкратце процедура следующая: гликолевую кислоту нагревают при атмосферном давлении и поддерживают температуру примерно от 175 до 185°С до тех пор, пока вода не перестанет отгоняться . Затем давление снижают до 150 мм рт.ст., сохраняя при этом 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 нагреванием при пониженном давлении низкомолекулярного PGA, собирая диэфир путем перегонки. Полимеризация гликолида с раскрытием кольца может катализироваться 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 алкоксиды олова. Октоат олова является наиболее часто используемым инициатором, поскольку он одобрен FDA в качестве пищевого стабилизатора. Также было описано использование других катализаторов, среди них изопропоксид алюминия , кальция ацетилацетонат и несколько лантаноидов алкоксидов (например, изопропоксид иттрия ). [4] [5] [6] Кратко изложена процедура полимеризации с раскрытием цикла: каталитическое количество инициатора добавляется к гликолиду в атмосфере азота при температуре 195 °C. Реакции дают протекать около двух часов, затем температуру повышают до 230°С примерно на полчаса. После затвердевания полученный полимер с высокой молекулярной массой собирают. [4]
Другая процедура заключается в термоиндуцированной твердофазной поликонденсации галогенацетатов общей формулыХ-СН 2 СОО − М + (где M — одновалентный металл, такой как натрий , а X — галоген, как хлор ), что приводит к образованию полигликолида и небольших кристаллов соли такой . Поликонденсацию осуществляют путем нагревания галогенацетата, такого как хлорацетат натрия , при температуре от 160 до 180 ° C, при непрерывном пропускании азота через реакционный сосуд. В ходе реакции образуется полигликолид вместе с хлоридом натрия , который осаждается в полимерной матрице; соль можно легко удалить, промыв продукт реакции водой. [7]
PGA также можно получить путем взаимодействия монооксида углерода, формальдегида или одного из родственных ему соединений, таких как параформальдегид или триоксан , в присутствии кислотного катализатора. В атмосфере угарного газа в автоклав загружают катализатор ( хлорсульфоновую кислоту ), дихлорметан и триоксан, затем загружают угарный газ до достижения определенного давления; Реакцию перемешивают и позволяют протекать при температуре около 180°С в течение двух часов. По завершении непрореагировавший моноксид углерода выгружают и собирают смесь полигликолидов с низкой и высокой молекулярной массой. [8]
Деградация
[ редактировать ]Полигликолид характеризуется гидролитической нестабильностью из-за наличия сложноэфирной связи в его основной цепи. Процесс разложения является эрозионным и, по-видимому, происходит в два этапа, во время которых полимер снова превращается в мономер гликолевую кислоту: сначала вода диффундирует в аморфные (некристаллические) области полимерной матрицы, расщепляя сложноэфирные связи; второй этап начинается после эрозии аморфных областей, в результате чего кристаллическая часть полимера становится уязвимой для гидролитического воздействия. При коллапсе кристаллических областей полимерная цепь растворяется.
Под воздействием физиологических условий полигликолид разлагается путем случайного гидролиза, а также, по-видимому, расщепляется некоторыми ферментами , особенно с эстеразной активностью. Продукт разложения, гликолевая кислота , нетоксичен, но, как и этиленгликоль , он метаболизируется до щавелевой кислоты , что может сделать его опасным. Часть гликолевой кислоты выводится также с мочой . [9]
Исследования, проведенные с использованием шовного материала, изготовленного из полигликолида, показали, что материал теряет половину своей прочности через две недели и 100% через четыре недели. Полимер полностью рассасывается организмом за период от четырех до шести месяцев. [2] Деградация происходит быстрее in vivo , чем in vitro ; считается, что это явление связано с активностью клеточных ферментов. [10]
Использование
[ редактировать ]
Хотя PGA был известен с 1954 года, он нашел мало применения из-за его чувствительности к гидролизу по сравнению с другими синтетическими полимерами. Однако в 1962 году этот полимер был использован для разработки первой синтетической рассасывающейся нити, которая продавалась под торговой маркой Dexon. [1] дочерней компанией Davis & Geck американской корпорации Cyanamid. После покрытия поликапролактоном и стеаратом кальция он продается под торговой маркой Ассукрил.
Шовный материал PGA классифицируется как синтетический, рассасывающийся, плетеный мультифиламент. Она покрыта N- лаурином и L- лизином , которые делают нить чрезвычайно гладкой, мягкой и безопасной для завязывания узлов . Он также покрыт стеаратом магния и окончательно стерилизуется газообразным оксидом этилена . Он естественным образом разлагается в организме путем гидролиза и всасывается в виде водорастворимых мономеров в течение 60–90 дней. Пожилые, анемичные и истощенные пациенты могут быстрее рассасывать шовный материал. Его цвет либо фиолетовый , либо неокрашенный, и он продается в размерах от USP 6-0 (1 метрическая единица) до USP 2 (5 метрических единиц). Его преимущества заключаются в высокой начальной прочности на разрыв, плавном прохождении через ткань, простоте в обращении, отличной способности завязывать узлы и надежном завязывании узлов. Его обычно используют для подкожных швов, внутрикожных швов, абдоминальных и торакальных операций.
Традиционная роль PGA как биоразлагаемого шовного материала привела к его использованию в других областях биомедицины. Из PGA производятся имплантируемые медицинские изделия, в том числе кольца для анастомозов , штифты, стержни, пластины и винты. [2] Его также исследовали для тканевой инженерии или контролируемой доставки лекарств. Каркасы для тканевой инженерии, изготовленные из полигликолида, производятся с использованием различных подходов, но, как правило, большинство из них получают с помощью текстильных технологий в виде нетканого войлока .
Компания Kureha Chemical Industries вывела на рынок высокомолекулярный полигликолид для упаковки пищевых продуктов под торговой маркой Kuredux. [11] Производство находится в Белле, Западная Вирджиния, с проектной мощностью 4000 метрических тонн в год. [12] Его свойства как барьерного материала обусловлены его высокой степенью кристаллизации, что является основой 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 использованы с помощью этой технологии промежуточного слоя полигликолида. Версия с низкой молекулярной массой (приблизительно 600 а.е.м.) доступна от The Chemours Company (ранее входившая в состав DuPont ) и предположительно может быть полезна в нефтегазовой отрасли. [13]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Позолота, ДК; А. М. Рид (декабрь 1979 г.). «Биоразлагаемые полимеры для использования в хирургии - гомо- и сополимеры полигликоля/поли (молочной кислоты): 1». Полимер . 20 (12): 1459–1464. дои : 10.1016/0032-3861(79)90009-0 .
- ^ Jump up to: а б с д и Миддлтон, Дж.; А. Типтон (март 1998 г.). «Синтетические биоразлагаемые полимеры как медицинские изделия» . Журнал «Медицинские пластмассы и биоматериалы» . Архивировано из оригинала 12 марта 2007 г. Проверено 4 июля 2006 г.
- ^ Шмитт, Э.: «Полигликолевая кислота в растворах», патент США 3737440, 1973 г.
- ^ Jump up to: а б с Лоу, CE: «Получение высокомолекулярного сложного эфира полигидроксиуксусной кислоты», патент США 2668162, 1954 г.
- ^ Беро, Мацей; 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). АКС: 4735–4737. Бибкод : 1999МаМол..32.4735D . дои : 10.1021/ma981969z .
- ^ Стридсберг, Кайса М.; Мария Райнер; Анн-Кристин Альбертссон (2002). Полимеризация с контролируемым раскрытием кольца: полимеры с разработанной макромолекулярной архитектурой . Достижения в области полимерной науки. Том. 157. Спрингер . стр. 41–65. дои : 10.1007/3-540-45734-8_2 . ISBN 978-3-540-42249-5 .
- ^ Эппле, Матиас; Эппле, Матиас (1999). «Подробная характеристика полигликолида, полученного реакцией твердофазной поликонденсации». Макромолекулярная химия и физика . 200 (10). Уайли: 2221–2229 гг. doi : 10.1002/(SICI)1521-3935(19991001)200:10<2221::AID-MACP2221>3.0.CO;2-Q .
- ^ Масуда и др.: «Биоразлагаемая пластиковая композиция», патент США 5 227 415, 1993 г.
- ^ Гунатиллаке, Патираджа А.; Раджу Адхикари (2003). «Биоразлагаемые синтетические полимеры для тканевой инженерии» (PDF) . Европейские клетки и материалы . 5 : 1–16. дои : 10.22203/eCM.v005a01 . ПМИД 14562275 . Архивировано (PDF) из оригинала 13 июля 2017 г. Проверено 8 февраля 2015 г.
- ^ Тибериу Ницэ (март 2011 г.). «Концепции биологического анализа резорбируемых материалов в челюстно-лицевой хирургии» . Преподобный чир. оро-максило-фак. имплантол. (на румынском языке). 2 (1): 33–38. ISSN 2069-3850 . 23 . Проверено 6 июня 2012 г. [ постоянная мертвая ссылка ] (на веб-странице есть кнопка перевода)
- ^ Смола полигликолевой кислоты (PGA) Kuredux®. Архивировано 9 декабря 2020 г. на сайте Wayback Machine www.kureha.com , по состоянию на 4 декабря 2021 г.
- ^ «Завод полигликолевой кислоты Kureha Corporation» . Архивировано из оригинала 09.12.2020 . Проверено 6 марта 2011 г.
- ^ «DuPont_Polyglicolic_Acid_Sheet.pdf» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 11 мая 2011 г. Проверено 18 февраля 2011 г.