Ácido polilático: estrutura, propriedades, síntese, usos - Ciência - 2023

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o ácido polilático, cujo nome correto é poli (ácido lático), é um material formado pela polimerização do ácido lático. É também conhecido como polilactídeo, pois pode ser obtido a partir da quebra e polimerização do lactídeo, que é um dímero do ácido lático.

O poli (ácido láctico) ou PLA não é um ácido, é um poliéster, que pode ser visto no monômero que o compõe. É um polímero facilmente biodegradável e biocompatível. Ambas as propriedades se devem ao fato de ser facilmente hidrolisado tanto no meio ambiente quanto no corpo humano ou animal. Além disso, sua degradação não gera compostos tóxicos.

O envolvimento de PLA em filamentos para sutura durante operações cirúrgicas é conhecido há anos. Também é usado na indústria farmacêutica em medicamentos de liberação lenta.

É utilizado em implantes para o corpo humano e há um grande número de estudos para sua utilização em tecidos biológicos, bem como para impressão tridimensional (3D) para as mais diversas aplicações.

Por ser um dos polímeros mais biodegradáveis e atóxicos, seus produtores propuseram a substituição por esse material de todos os plásticos derivados do petróleo, hoje usados em milhares de aplicações.

Além disso, segundo seus fabricantes, por ser proveniente de fontes renováveis, a produção e utilização do PLA é uma forma de reduzir a quantidade de CO.₂ que é gerado na produção de plásticos da indústria petroquímica.

Estrutura

Poli- (ácido lático) é um poliéster, ou seja, possui unidades éster repetidas - (C = O) -O-R, o que pode ser visto na figura a seguir:

Nomenclatura

- Poli- (ácido láctico)

- Poliláctido

- PLA

- Poli- (ácido L-láctico) ou PLLA

- Poli- (D, L-ácido láctico) ou PDLLA

- Ácido polilático

Propriedades

Estado físico

- Poli (D, L-ácido láctico): sólido amorfo.

- Poli (ácido L-láctico): sólido semicristalino transparente frágil ou quebradiço.

Peso molecular

Depende do grau de polimerização do material.

Temperatura de transição do vidro

É a temperatura abaixo da qual o polímero fica rígido, quebradiço e quebradiço, e acima da qual o polímero se torna elástico e maleável.

- Poli (ácido L-láctico): 63 ºC.

- Poli (ácido D, L-láctico): 55 ºC.

Ponto de fusão

- Poli (ácido L-láctico): 170-180 ºC.

- Poli (D, L-ácido láctico): não tem ponto de fusão porque é amorfo.

temperatura de decomposição

227-255 ° C

Densidade

- Amorfo: 1.248 g / cm³

- Cristalino: 1.290 g / cm³

Outras propriedades

Mecânico

O poli (ácido L-láctico) tem uma resistência mecânica superior do que o poli (ácido D, L-láctico).

O PLA é fácil de processar termoplasticamente, portanto filamentos muito finos podem ser obtidos a partir desse polímero.

Biocompatibilidade

Seu produto de degradação, o ácido lático, é atóxico e totalmente biocompatível, pois é produzido por seres vivos. No caso dos humanos, é produzida nos músculos e nas células vermelhas do sangue.

Biodegradabilidade

Pode ser fracionado termicamente por hidrólise no corpo humano, em animais ou por microrganismos, o que se denomina degradação hidrolítica.

Modificação fácil de suas características

Suas propriedades físicas, químicas e biológicas podem ser ajustadas por meio de modificações, copolimerizações e enxertos apropriados.

Síntese

Foi obtido pela primeira vez em 1932 por aquecimento de ácido láctico sob vácuo. O ácido lático HO-CH3-CH-COOH é uma molécula com um centro quiral (isto é, um átomo de carbono ligado a quatro grupos diferentes).

Por isso tem dois enantiômeros ou isômeros especulares (são duas moléculas idênticas, mas com orientação espacial diferente de seus átomos).

Os enantiômeros são o ácido L-láctico e o ácido D-láctico, que se distinguem um do outro pela maneira como desviam a luz polarizada. Eles são imagens espelhadas.

O ácido L-láctico é obtido a partir da fermentação por microrganismos de açúcares naturais como melaço, amido de batata ou dextrose de milho. Esta é a forma preferida de obtê-lo.

Quando o poli (ácido láctico) é preparado a partir do ácido L-láctico, obtém-se poli (ácido L-láctico) ou PLLA.

Por outro lado, quando o polímero é preparado a partir de uma mistura de ácido L-láctico e ácido D-láctico, obtém-se poli (D, L-ácido láctico) ou PDLLA.

Nesse caso, a mistura ácida é uma combinação em partes iguais dos enantiômeros D e L, obtidos por síntese a partir do etileno do petróleo. Esta forma de obtenção raramente é usada hoje.

PLLA e PDLLA têm propriedades ligeiramente diferentes. A polimerização pode ser realizada de duas maneiras:

- Formação de um intermediário: o dímero cíclico denominado lactídeo, cuja polimerização pode ser controlada e um produto com o peso molecular desejado pode ser obtido.

- Condensação direta de ácido lático em condições de vácuo: que produz um polímero de baixo ou médio peso molecular.

Usos na medicina

Seus produtos de degradação são atóxicos, o que favorece sua aplicação nesta área.

Suturas

O requisito básico para os filamentos de sutura é que eles mantenham os tecidos no lugar até que a cura natural forneça um tecido forte no local da junção.

Desde 1972, um material de sutura chamado Vicryl foi fabricado, um filamento ou fio bioabsorvível muito forte. Este fio é feito de um copolímero de ácido glicólico e ácido lático (90:10), que no local da sutura é rapidamente hidrolisado, sendo facilmente absorvido pelo corpo.

Estima-se que, no corpo humano, o PLA se degrada 63% em cerca de 168 dias e 100% em 1,5 anos.

Uso farmacêutico

A biodegradabilidade do PLA o torna útil para a liberação controlada de medicamentos.

Na maioria dos casos, o fármaco é liberado gradativamente devido à degradação hidrolítica e alterações morfológicas do reservatório (feito com o polímero) que contém o medicamento.

Em outros casos, a droga é liberada lentamente através da membrana polimérica.

Implantes

O PLA provou ser eficaz em implantes e suportes para o corpo humano. Bons resultados têm sido obtidos na fixação de fraturas e osteotomias ou cirurgias ósseas.

Engenharia de tecidos biológicos

Muitos estudos estão sendo realizados para a aplicação do PLA na reconstrução de tecidos e órgãos.

Os filamentos de PLA foram desenvolvidos para a regeneração de nervos em pacientes paralisados.

A fibra de PLA é previamente tratada pelo plasma para torná-la receptiva ao crescimento celular. As extremidades do nervo a ser reparado são unidas por meio de um segmento artificial de PLA tratado com plasma.

Neste segmento, células especiais são semeadas que irão crescer e preencher o vazio entre as duas extremidades do nervo, unindo-as. Com o tempo, o suporte PLA desaparece, deixando um canal contínuo de células nervosas.

Também tem sido usado na reconstrução de bexigas, atuando como um andaime ou plataforma sobre a qual as células uroteliais (células que cobrem a bexiga e órgãos do sistema urinário) e as células musculares lisas são semeadas.

Uso em materiais têxteis

A química do PLA permite o controle de certas propriedades da fibra que a tornam adequada para uma ampla variedade de aplicações têxteis, de roupas e móveis.

Por exemplo, sua capacidade de absorver umidade e, ao mesmo tempo, baixa retenção de umidade e odores, torna-o útil para fazer roupas para atletas de alto desempenho. É hipoalergênico, não irrita a pele.

Funciona até mesmo com roupas de animais de estimação e não precisa ser engomado. Tem baixa densidade, por isso é mais leve do que outras fibras.

É proveniente de fonte renovável e sua produção é barata.

Vários aplicativos

O PLA é adequado para a confecção de mamadeiras para diversos usos (xampu, sucos e água). Esses frascos têm brilho, transparência e clareza. Além disso, o PLA é uma barreira excepcional para odores e sabores.

Porém, este uso é para temperaturas abaixo de 50-60 ºC, pois tende a se deformar ao atingir essas temperaturas.

É utilizado na produção de pratos descartáveis, copos e utensílios para alimentos, bem como embalagens para alimentos, como iogurtes, frutas, massas, queijos, etc., ou bandejas de espuma PLA para embalar alimentos frescos. Não absorve gordura, óleo, umidade e possui flexibilidade. Resíduos de PLA podem ser compostados.

Também pode ser usado para fazer folhas finas para embalar alimentos como chips ou outros alimentos.

Ele pode ser usado para fazer cartões de transações eletrônicas e cartões-chave de quartos de hotel. Os cartões PLA podem atender a recursos de segurança e permitir a aplicação de fitas magnéticas.

É amplamente utilizado na fabricação de caixas ou tampas de produtos altamente delicados, como aparelhos eletrônicos e cosméticos. Utilizam-se graus especialmente preparados para este uso, acoplando-se a outras fibras.

A espuma expandida pode ser feita de PLA para ser usada como um material de absorção de choque para o transporte de itens ou instrumentos delicados.

É usado para fazer brinquedos para crianças.

Usos em engenharia e agricultura

O PLA é usado para fazer ralos em canteiros de obras, pisos de materiais de construção como tapetes, pisos laminados e papel de parede de parede, para tapetes e tecidos para almofadas de automóveis.

Seu uso está em desenvolvimento na indústria elétrica, como revestimento de fios condutores.

Entre suas aplicações está a agrícola, com a realização de películas protetoras de solo com PLA, que permitem o controle de plantas daninhas e favorecem a retenção de fertilizantes. Os filmes de PLA são biodegradáveis, podem ser incorporados ao solo no final da colheita e, assim, fornecer nutrientes.

Estudos recentes

A adição de nanocompósitos ao PLA está sendo estudada para melhorar algumas de suas propriedades, como resistência térmica, velocidade de cristalização, retardamento de chama, características antiestáticas e condutoras de eletricidade, propriedades anti-UV e antibacterianas.

Alguns pesquisadores conseguiram aumentar a resistência mecânica e a condutividade elétrica do PLA adicionando nanopartículas de grafeno. Isso aumenta consideravelmente as aplicações que o PLA pode ter em relação à impressão 3D.

Outros cientistas tiveram sucesso no desenvolvimento de um patch vascular (para reparar artérias no corpo humano), enxertando um organofosforado-fosforilcolina em um andaime ou plataforma de PLA.

O remendo vascular demonstrou propriedades favoráveis a ponto de ser considerado promissor para a engenharia de tecido vascular.

Suas propriedades incluem o fato de não produzir hemólise (desintegração dos glóbulos vermelhos), não é tóxico para as células, resiste à adesão das plaquetas e tem boa afinidade com as células que revestem os vasos sanguíneos.

Referências

Mirae Kim, et al. (2019). Compósitos de ácido grafeno-polilático eletricamente condutores e mecanicamente fortes para impressão 3D. Materiais e interfaces aplicados da ACS. 2019, 11, 12, 11841-11848. Recuperado de pubs.acs.org.
Tin Sin, Lee et al. (2012). Aplicações de poli (ácido láctico). Em Handbook of Biopolymers and Biodegradable Plastics. Capítulo 3. Recuperado de sciencedirect.com.
Gupta, Bhuvanesh, et al. (2007). Fibra de poli (ácido láctico): uma visão geral. Prog. Polym. Sci. 32 (2007) 455-482. Recuperado de sciencedirect.com.
Raquez, Jean-Marie et al. (2013). Nanocompósitos à base de polilactídeo (PLA). Progress in Polymer Science. 38 (2013) 1504-1542. Recuperado do sciencedirect.
Zhang, Jun et al. (2019). Patches vasculares de ácido polilático enxertado com polímero zwitteriônico baseados em andaime descelularizado para engenharia de tecidos. ACS Biomaterials Science & Engineering. Data de publicação: 25 de julho de 2019. Recuperado de pubs.acs.org.