Полигликолид - Polyglycolide

Полигликолид
Полигликолид
Имена
Название ИЮПАК
Поли [окси (1-оксо-1,2-этандиил)]
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
  • никто
ECHA InfoCard100.249.865 Отредактируйте это в Викиданных
Характеристики
(C2ЧАС2О2)п
Молярная масса(58.04) сущ.
Плотность1,530 г / см3 при 25 ° C
Температура плавления От 225 до 230 ° C (от 437 до 446 ° F, от 498 до 503 K)
Точка кипенияРазлагается
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить (что проверятьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Полигликолид или поли (гликолевая кислота) (PGA), также пишется как полигликолевая кислота, это биоразлагаемый, термопласт полимер и простейший линейный, алифатический полиэстер. Его можно приготовить начиная с гликолевая кислота посредством поликонденсация или полимеризация с раскрытием кольца. PGA была известна с 1954 года как жесткая волокно -формирующий полимер. Благодаря гидролитический нестабильность, однако ее использование изначально было ограничено.[1] В настоящее время полигликолид и его сополимеры (поли (молочно-co-гликолевая кислота) с молочная кислота, поли (гликолид-co-капролактон) с ε-капролактон и поли (гликолид-co-триметиленкарбонат) с триметиленкарбонат ) широко используются в качестве материала для синтеза рассасывающихся швы и оцениваются в биомедицинский поле.[2]

Физические свойства

Полигликолид имеет температура стеклования от 35 до 40 ° C и температура плавления сообщается, что она находится в диапазоне 225-230 ° C. PGA также демонстрирует повышенную степень кристалличность, около 45–55%, что приводит к нерастворимости в воды.[2] В растворимость этого полиэстера несколько необычен тем, что его высокая молекулярный вес форма не растворяется почти во всех распространенных органические растворители (ацетон, дихлорметан, хлороформ, этилацетат, тетрагидрофуран ), а с низким молекулярным весом олигомеры достаточно различаются по своим физическим свойствам, чтобы быть более растворимыми. Однако полигликолид растворим в фторированный растворители, такие как гексафторизопропанол (HFIP) и сесквигидрат гексафторацетона, который может быть использован для приготовления растворов высокомолекулярного полимера для прядение из расплава и подготовка фильма.[3] Волокна из PGA обладают высокой прочностью и модуль (7 ГПа ) и особенно жесткие.[2]

Синтез

Полигликолид можно получить с помощью нескольких различных процессов, начиная с разных материалов:

  1. поликонденсация гликолевой кислоты;
  2. полимеризация с раскрытием кольца гликолида;
  3. твердое состояние поликонденсация галогеноацетаты

Поликонденсация гликолевой кислоты - самый простой доступный процесс 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, пока вода не перестанет стекать. дистиллировать. Затем давление снижают до 150 мм рт. Ст., Сохраняя неизменной температуру 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 цикла «гликолида», циклического сложного диэфира гликолевой кислоты. Гликолид может быть получен нагреванием при пониженном давлении PGA с низким молекулярным весом, собирая сложный диэфир путем перегонки. Полимеризация с раскрытием кольца гликолида может быть катализированный используя разные катализаторы, в том числе сурьма соединения, такие как триоксид сурьмы или тригалогениды сурьмы, цинк соединения (лактат цинка) и банка соединения, подобные октоат двухвалентного олова (2-этилгексаноат олова (II)) или алкоксиды олова. Октоат олова - наиболее часто используемый инициатор, поскольку он одобрен FDA в качестве пищевого стабилизатора. Также было описано использование других катализаторов, среди которых изопропоксид алюминия, кальций ацетилацетонат, и несколько лантаноид алкоксиды (например, изопропоксид иттрия ).[4][5][6] Кратко описана процедура, которой следуют для полимеризации с раскрытием цикла: каталитическое количество инициатора добавляют к гликолиду при азот атмосфера при температуре 195 ° C. Реакции дают возможность протекать в течение примерно двух часов, затем температуру повышают до 230 ° C в течение примерно получаса. После затвердевания собирают полученный полимер с высокой молекулярной массой.[4]

Полимеризация с раскрытием кольца гликолида в полигликолид

Другая процедура состоит в термически индуцированной твердофазной поликонденсации галогеноацетатов с общей формулой X-—CH2COO−M+ (где M - одновалентный металл, например натрий и X является галоген подобно хлор ), что приводит к образованию полигликолида и мелких кристаллы из поваренная соль. Поликонденсация осуществляется путем нагревания галогеноацетата, например хлорацетат натрия при температуре 160-180 ° C при непрерывном пропускании азота через реакционный сосуд. В процессе реакции полигликолид образуется вместе с хлорид натрия который осаждается внутри полимерной матрицы; соль может быть легко удалена промыванием продукта реакции водой.[7]

PGA также может быть получен реакцией моноксида углерода, формальдегида или одного из его родственных соединений, таких как параформальдегид или триоксан, в присутствии кислотного катализатора. В атмосфере окиси углерода автоклав загружен катализатором (хлорсульфоновая кислота ), дихлорметан и триоксан, затем в него загружают оксид углерода до достижения определенного давления; реакцию перемешивают и дают возможность протекать при температуре около 180 ° C в течение двух часов. По завершении непрореагировавший монооксид углерода выгружают и собирают смесь полигликолида с низкой и высокой молекулярной массой.[8]

Деградация

Полигликолид характеризуется гидролитической нестабильностью из-за наличия сложный эфир связь в его позвоночнике. Процесс разложения является эрозионным и, по-видимому, происходит в два этапа, во время которых полимер снова превращается в его 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, в результате чего кристаллическая часть полимера становится чувствительной к гидролитической атаке. При схлопывании кристаллических областей полимерная цепь растворяется.

При воздействии физиологических условий полигликолид разлагается путем случайного гидролиза, и, по-видимому, он также разрушается определенными ферменты, особенно с эстераза Мероприятия. Продукт разложения, гликолевая кислота, нетоксичен, но похож на этиленгликоль, метаболизируется до Щавелевая кислота, что может сделать его опасным. Часть гликолевой кислоты также выводится моча.[9]

Исследования, проведенные с использованием швов из полигликолида, показали, что материал теряет половину своей прочности через две недели и 100% через четыре недели. Полимер полностью рассасывается организмом за время от четырех до шести месяцев.[2] Деградация происходит быстрее in vivo чем in vitro Считается, что это явление связано с ферментативной активностью клеток.[10]

Использует

Швы из полигликолевой кислоты. Эти швы рассасываются и со временем разрушаются организмом.

Известный с 1954 года, PGA нашел мало применения из-за своей чувствительности к гидролиз по сравнению с другими синтетическими полимерами. Однако в 1962 году этот полимер был использован для разработки первой синтетической рассасывающейся нити, которая продавалась под маркой торговая марка Дексона[1] посредством Дэвис и Гек дочерняя компания американской Cyanamid Corporation. После покрытия поликапролактоном и стеаратом кальция он продается под торговой маркой Assucryl.

Шовный материал PGA классифицируется как синтетический рассасывающийся плетеный мультифиламент. Он покрыт N-Laurin и я-лизин, которые делают нить чрезвычайно гладкой, мягкой и безопасной для завязывание. Он также покрыт стеарат магния и, наконец, стерилизовать окись этилена газ. Он естественным образом разлагается в организме гидролиз и абсорбируется в виде водорастворимых мономеров, завершается от 60 до 90 дней. Пожилой, анемичный и истощенный пациенты могут быстрее впитать шовный материал. Его цвет либо Виолетта или неокрашенный, и он продается в размерах от USP 6-0 (1 метрическая) до USP 2 (5 метрическая). Он обладает такими преимуществами, как высокая начальная прочность на разрыв, плавное прохождение через ткань, простота обращения, отличная способность завязывания узлов и надежное завязывание узлов. Обычно используется для подкожный наложение швов, внутрикожные ушивания, операции на брюшной и грудной клетках.

Традиционная роль PGA как биоразлагаемого шовного материала привела к его оценке в других областях биомедицины. Имплантируемые медицинские устройства были произведены с PGA, в том числе анастомоз кольца, штифты, стержни, пластины и винты.[2] Это также было исследовано для тканевая инженерия или контролируемая доставка лекарств. Каркасы тканевой инженерии, изготовленные из полигликолида, производятся с использованием различных подходов, но, как правило, большинство из них получают с помощью текстиль технологии в виде нетканый войлок.

В Kureha Chemical Industries выпустила 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 в качестве барьерного материала обусловлены его высокой степенью кристаллизации, которая является основой механизма извилистого пути для низкой проницаемости. Ожидается, что версия с высоким молекулярным весом будет использоваться в качестве промежуточного слоя между слоями полиэтилентерефталат для обеспечения улучшенной барьерной защиты для скоропортящихся продуктов, включая газированные напитки и продукты, теряющие свежесть при длительном контакте с воздухом. Более тонкие пластиковые бутылки, которые все еще сохраняют желаемые барьерные свойства, также могут быть получены с помощью этой технологии межслойного полигликолида. Версия с низкой молекулярной массой (приблизительно 600 а.е.м.) доступна от Компания Chemours (ранее входила в DuPont ) и предполагается, что он будет полезен в нефтегазовых приложениях.[13]

Рекомендации

  1. ^ а б Gilding, D. K .; А. М. Рид (декабрь 1979 г.). «Биоразлагаемые полимеры для использования в хирургии - гомо- и сополимеры полигликолевой кислоты / поли (молочной кислоты): 1». Полимер. 20 (12): 1459–1464. Дои:10.1016/0032-3861(79)90009-0.
  2. ^ а б c d е Миддлтон, Дж .; А. Типтон (март 1998 г.). «Синтетические биоразлагаемые полимеры как медицинские изделия». Журнал "Медицинские пластмассы и биоматериалы". Архивировано из оригинал на 2007-03-12. Получено 2006-07-04.
  3. ^ Шмитт, Э .: «Полигликолевая кислота в растворах», патент США 3 737 440, 1973.
  4. ^ а б c Lowe, C.E .: "Получение высокомолекулярного полигидроксиуксусного эфира", патент США 2668162, 1954 г.
  5. ^ 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. ACS. 32 (14): 4735–4737. Дои:10.1021 / ma981969z.
  6. ^ Stridsberg, Kajsa M .; Мария Райнер; Анн-Кристин Альбертссон (2002). Контролируемая полимеризация с раскрытием кольца: полимеры с заданной макромолекулярной архитектурой. Достижения в науке о полимерах. 157. Springer. С. 41–65. Дои:10.1007/3-540-45734-8_2. ISBN  978-3-540-42249-5.
  7. ^ Эппл, Матиас; Эппл, Маттиас (1999). «Подробная характеристика полигликолида, полученного реакцией поликонденсации в твердом состоянии». Макромолекулярная химия и физика. Вайли. 200 (10): 2221–2229. Дои: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 .; Раджу Адхикари (2003). «Биоразлагаемые синтетические полимеры для тканевой инженерии» (PDF). Европейские клетки и материалы. 5: 1–16. Дои:10.22203 / eCM.v005a01. PMID  14562275. Получено 2015-02-08.
  10. ^ Тибериу Ницэ (Март 2011 г.). «Концепции биологического анализа рассасывающихся материалов в челюстно-лицевой хирургии». Преподобный чир. oro-maxilo-fac. имплантол. (на румынском языке). 2 (1): 33–38. ISSN  2069-3850. 23. Получено 2012-06-06.[постоянная мертвая ссылка ](на веб-странице есть кнопка перевода)
  11. ^ http://www.kureha.com/product-groups/pga.htm
  12. ^ http://www.chemicals-technology.com/projects/kurehacorporationpol/
  13. ^ http://www2.dupont.com/Oil_and_Gas/en_CA/assets/downloads/DuPont_Polyglycolic_Acid_Sheet.pdf