聚乳酸——医用可降解材料的绿色革命

聚乳酸——医用可降解材料的绿色革命

在绿色科技与可持续发展的浪潮中，聚乳酸（Polylactic Acid，简称PLA）作为一种生物基、可生物降解的高分子材料，正在医疗领域引发一场绿色革命。从手术缝合线到药物缓释系统，聚乳酸以优异的性能，为医疗行业带来了全新的解决方案。

聚乳酸的化学结构

聚乳酸，源于玉米淀粉等可再生资源，通过乳酸聚合而成，是典型的生物基高分子。其生产过程相较于传统石油基高分子，显著减少了温室气体排放，展现了绿色科技的魅力。

单体乳酸中含有一个不对称碳原子，具有两种光学活性异构体：L-乳酸和D-乳酸，因此，PLA有三种聚合物构型：聚(D-乳酸)（PDLA）、聚(DL-乳酸)（PDLLA）和聚(L-乳酸)（PLLA)。

乳酸结构示意图

聚乳酸的合成方法

聚乳酸是一种脂肪族聚酯，由乳酸小分子聚合而成，其单体为2-羟基丙酸，有L-乳酸和D-乳酸2种对映异构体。

常见合成聚乳酸的方法有3种：乳酸分子脱水聚合成聚乳酸；通过添加链偶联剂以来增加聚合物的链长，实现高分子质量；通过环状二聚体(丙交酯)的开环聚合反应是获得高分子质量聚乳酸的主要方法。操作方法是乳酸脱水形成聚乳酸低聚物(1 000-5 000 Da)，然后在高温、高真空度转化为环状二聚体的丙交酯,熔融的丙交酯混合物通过蒸馏进行纯化，并最终得到不同分子质量的聚乳酸。

聚乳酸的合成路线图
图注：(1)乳酸的直接缩聚；(2)扩链法；(3)环状二聚体(丙交酯)的开环聚合

PLA体内降解的机理

聚合物材料在生物体内的降解可由酶或其它化学因素的单独或复合作用所导致的化学键断裂而引起[。还原型辅酶I(NADH)产生于糖酵解和细胞呼吸的柠檬酸循环，柠檬酸钠水溶液具有微碱性，而碱性的溶液对于PLA降解更有利，并且柠檬酸钠无毒且具有生物降解性。

PLA在生物医用方面的应用

聚乳酸的生物相容性极佳，植入人体后不会引起免疫反应。更重要的是，它能在体内水解为乳酸，最终通过正常代谢途径被人体吸收，无需二次手术取出，大大减轻了患者负担。

随着现代医学的发展，由于PLA材料良好力学及物理性能、优异生物相容性和可降解性，使得PLA基材料在药物载体、骨固定、生物支架等领域里产生了重要的应用意义。

聚乳酸的分支结构改性

通过改变聚合物的结构可以改变其性能，研究者提出了长链支化、接枝、星形、树枝状和交联等多种支化分子结构。

与线性PLLA相比，星形PLLA具有更紧凑的流体力学半径，较低的溶液黏度，在药物运送过程中不易在血液中滞留，从而保证了包封药物的生物利用率，且星形聚酯比等摩尔质量的线性聚酯含有更多的链端，以及更低的玻璃转变温度（Tg），这使得星形聚酯分散性和溶解性更好，具有更好的药物释放性能。

这些性能有助于星形PLLA成为一种优良的药物载体材料。

星形支化PLA-b-PMPC共聚物作为疏水药物长血液循环

骨折内固定材料

骨折内固定材料特征要求以及聚乳酸材料的主要特征对比可发现，聚乳酸材料由于具有优良的生物相容性，能够有效地适配于当前我国骨折患者医治环境。将聚乳酸材料作为骨折内固定材料进行合理应用，将不会在患者体内产生排异反应。

相比传统的骨折内固定材料，聚乳酸材料可以充分契合患者体内的骨骼生长环境，同时，在将由聚乳酸材料制成的骨折内固定器置入患者体内后，可按照病愈时间调整骨折内固定器的降解速率，患者无需经历二次手术，可通过自身的生物代谢，将骨折内固定材料进行排除，因此，聚乳酸材料能在骨折类病患的医治中得以有效应用。

生物支架材料

在组织工程中，聚乳酸常用作细胞生长支架的材料。通过3D打印技术，可以制造出具有精确孔隙结构的聚乳酸支架，这些支架不仅提供了细胞附着和增殖的三维框架，而且随着细胞的增长和组织的形成，支架会逐渐降解，最终被新生组织取代。这种应用对于骨骼、肌肉、皮肤等组织的修复和再生具有重要意义。

结语

聚乳酸（PLA）作为一种生物可降解材料，在医用领域的应用已经非常广泛。它具有良好的生物相容性和生物降解性，适用于制造可吸收缝合线、组织工程支架、药物载体等多种医疗产品。聚乳酸在医用领域的未来展望乐观，其环保属性和多功能性使其成为医疗行业中不可或缺的材料。

随着技术的进步和市场的扩张，聚乳酸有望在更多的医疗应用中发挥重要作用，同时也将促进相关企业的成长和行业的整体发展。