تطبيق جديد لحمض البولي-إل-لاكتيك (CAS#26811-96-1) كمادة ذاكرة شكلية

تقنية الخلفية

تُعدّ البوليمرات الحيوية مواد بوليمرية طبية هامة تتميز بقابليتها الممتازة للتحلل الحيوي والامتصاص الحيوي، ولذلك فهي تُستخدم على نطاق واسع في أجهزة التثبيت الخارجي، وهياكل هندسة الأنسجة، والخيوط الجراحية، وأنظمة توصيل الأدوية المُتحكَّم بها، وغيرها من المجالات الطبية. يُصنَّع حمض البوليلاكتيك عمومًا عبر بلمرة فتح الحلقة للاكتيد. وبناءً على التكوينات البصرية أثناء بلمرة فتح الحلقة، يُصنَّف اللاكتيد إلى D-لاكتيد، وL-لاكتيد، وDL-لاكتيد. وبناءً على ذلك، تشمل نواتج بلمرتها حمض البولي-D-لاكتيك، وحمض البولي-L-لاكتيك، وحمض البولي-DL-لاكتيك. تُشير الدراسات إلى أنه عند خضوع D-لاكتيد وL-لاكتيد لبلمرة فتح الحلقة بنسبة مولية 1:1، يُمكن الحصول على مستحلبات حمض البولي-D,L-لاكتيك. كما وُثِّق أن حمض البولي-DL-لاكتيك المُنتَج من DL-لاكتيد يُظهر سلوك ذاكرة الشكل. ومع ذلك، فإن المنشورات الحالية لا تذكر خصائص الذاكرة الشكلية لحمض البولي-إل-لاكتيك (PLA).

ملخص الاختراع

يُحدد هذا الاختراع خصائص ذاكرة الشكل في حمض البولي-إل-لاكتيك، مقترحًا بذلك استخدامه كمادة ذات ذاكرة شكلية. عند درجة حرارة معالجة تبلغ ℃ وضغط بلمرة يبلغ -10 ميجا باسكال، يمكن تشكيل حمض البولي-إل-لاكتيك إلى شكلين أوليين يتمتعان بخاصية الذاكرة. تُستخدم المادة الناتجة في الطب التجريبي لإثبات خصائص البوليمرات ذات الذاكرة الشكلية. بعد تشكيله عند درجة حرارة أقل من 100 درجة مئوية، وعند إعادة تسخينه إلى حوالي 100 درجة مئوية، يستعيد حمض البولي-إل-لاكتيك شكله الأصلي بالكامل. وبالتالي، يُظهر حمض البولي-إل-لاكتيك استجابة ذاكرة شكلية عند درجات حرارة أقل من 100 درجة مئوية.

باعتباره مادة قابلة للتحلل الحيوي ذات ذاكرة شكلية، يوفر حمض البولي-إل-لاكتيك فوائد طبية كبيرة. فبفضل إمكانية استعادة شكله المخزن في مكانه عن طريق التنشيط الحراري، يُتيح إعادة ضبطه أو تغيير موضعه دون ألم في الحالات السريرية. علاوة على ذلك، يتحلل حمض البولي-إل-لاكتيك إلى نواتج أيضية غير سامة داخل جسم الإنسان، مما يقلل من مخاطر المخلفات طويلة الأمد ويُقلل الحاجة إلى إجراءات جراحية ثانوية. وبالمقارنة مع سبائك الذاكرة الشكلية التقليدية، يوفر حمض البولي-إل-لاكتيك توافقًا حيويًا وأداءً قابلين للتعديل، مما يسمح بتخصيصه وفقًا للاحتياجات السريرية المختلفة.

إضافةً إلى ذلك، يتميز حمض البولي-إل-لاكتيك بقوة ميكانيكية ممتازة وتحلل أبطأ من حمض البولي-دي إل-لاكتيك، مما يجعله مادة مفضلة لتطبيقات التثبيت. وهذا يوسع نطاق استخدامه في التثبيت الداخلي ومجالات طبية أخرى.

أثناء الاستخدام الفعلي، تتم عملية التشكيل والاستعادة على النحو التالي:
عند تسخين البوليمر إلى درجة حرارة التشوه (أقل من درجة حرارة التحول الزجاجي)، فإنه يخضع لتحول طوري، مما يسمح بتشوهه تحت تأثير إجهاد خارجي إلى شكل مؤقت ثانوي. وعند استمرار التسخين عند درجة حرارة عالية، يُبرد البوليمر ليتحول إلى زجاج، مما يثبت الشكل المؤقت. وعند إعادة تسخينه إلى درجة حرارة الاستعادة (أقل من 100 درجة مئوية)، يعود التركيب إلى الشكل الأصلي الذي تم حفظه. وتشمل أنماط التشوه التمدد، والشد، والضغط، والانحناء، أو مزيجًا منها.

يُنتَج حمض البولي-L-لاكتيك من خلال بلمرة فتح الحلقة أو البلمرة المشتركة مع إلكتروليتات لاكتونية أخرى. قد تتكون البوليمرات المشتركة المتكونة من L-لاكتيد مع لاكتيدات أخرى، ولاكتونات طبيعية، وشوائب جزيئية صغيرة. معدل بلمرة بولي-DL-لاكتيد أسرع عمومًا من معدل بلمرة بولي-L-لاكتيد، ويمكن ضبط سلوك البلمرة. تبلغ درجة حرارة التحول الزجاجي لقطاعات البولي جليكوليك حوالي 45 درجة مئوية، بينما قد تنخفض درجة حرارة التحول الزجاجي لقطاعات اللاكتون إلى -60 درجة مئوية. تسمح البلمرة المشتركة ضمن نطاقات واسعة بضبط درجة حرارة استعادة الشكل والخواص الميكانيكية والسلوك الديناميكي في آنٍ واحد. كما يُحسِّن مزج المواد الأداء بشكل أكبر للتطبيقات الطبية الحيوية المتقدمة.

عندما يتم دمج هيدروكسي أباتيت (HA)، المكون المعدني الأساسي للعظام الطبيعية، في بوليمر الذاكرة من حمض اللاكتيك-L، فإن المركب يُظهر نشاطًا حيويًا ممتازًا وقدرة على توصيل العظام، مما يؤدي إلى تكوين روابط مباشرة مع أنسجة العظام وإظهار إمكانات قوية للتطبيقات المتعلقة بالعظام.

يُنتج حمض البولي لاكتيك (PLA) من مصادر بيولوجية متجددة، حيث يُخمر ويُكرر إلى مونومرات اللاكتيد، ثم يُبلمر في درجات حرارة عالية. وباعتباره بوليمرًا أليفاتيًا قابلًا للتحلل الحيوي، يتحلل حمض البولي لاكتيك بالكامل إلى ثاني أكسيد الكربون والماء في غضون عام تقريبًا بفعل الكائنات الحية الدقيقة، دون أي تلوث بيئي. ويحتفظ بخصائص ميكانيكية مماثلة للبلاستيك الصناعي الشائع الاستخدام، مما يوفر أداءً جيدًا في المعالجة وانكماشًا منخفضًا. لذلك، يُستخدم حمض البولي لاكتيك على نطاق واسع في التغليف، والإكسسوارات القابلة للارتداء، وأغلفة الأجهزة الإلكترونية، والألياف، ومواد الطباعة ثلاثية الأبعاد، وغيرها من المجالات.