Dec. 12, 2024
聚乳酸(PLA)由乳酸單體組成,而乳酸單體由糖、淀粉或蔬菜轉化,通過細菌發酵或化學過程產生,是一種可生物降解、可堆肥、可再生的高分子材料,可以作為傳統塑料的“綠色”代替品。在包裝領域中,作為包裝材料大多數情況下都要求材料表面具有親水性,如表面修飾、印刷、黏附等。而PLA表面親水性差,限制了其在功能性食品、藥品等包裝中的應用。
目前已有文獻報道通過化學改性法、放射性輻照法、等離子體改性法等來改善膜表面的親水性。化學改性法中使用的化學產品不僅會腐蝕聚合物表面,還有可能對環境造成危害。放射線輻照法不能獲得穩定持久的改性效果。而等離子體改性法不僅操作簡單、改性效果好、不會額外產生廢物,同時只對膜材料的表層進行改性,對基底材料的整體性能不會產生影響。因此等離子體改性法已經廣泛應用于PLA薄膜的表面改性。
等離子體中存在具有一定能量分布的電子、離子和中性粒子,在與材料表面撞擊時會將自己的能量傳遞給材料表面的分子和原子,產生一系列物理和化學過程。親水性是材料進行涂層、金屬化、層壓、膠合及印刷所需的基本特性,等離子體改性的基本任務之一就是改善PLA薄膜的親水性。
在醫療領域的應用
PLA因具有無毒、生物相容性好、可生物吸收、可生物降解等優點,已成為繼聚乙醇酸(PGA)之后第二類經美國食品藥品監督管理局(FDA)批準可用于人體的可降解聚合物材料。然而其疏水性、表面自由能低和缺乏活性官能團等限制了其被廣泛應用于外科手術縫合線、藥物載體、骨植入物和組織工程等醫學應用。PLA材料經過不同氣體等離子改性后,可以在PLA表面上引入不同活性官能團的同時還能改善材料表面的親水性、表面自由能、粘附性和生物相容性等,使材料變得更有利于細胞增殖和生長。等離子體改性可以彌補PLA材料中的不足,使PLA在生物醫學領域的應用更為廣泛。
在組織工程支架中的應用
組織工程支架材料是一種臨時結構,允許細胞和組織生長。因此組織工程支架必須具備以下特點:是一種容易被身體吸收的材料;能提供可靠的初始結構,以積累細胞,形成組織;具有良好的生物相容性和可生物降解性;細胞和支架表面的粘附性也是一個關鍵的參數;具有精確的3D結構和適當的制作方法等。而PLA雖然具有可生物降解、無毒等優點,但是親水性差、黏附性能較弱,細胞增殖能力較低。而等離子技術是一種成熟的技術,適用于組織工程支架的表面修飾,在改變支架的表面形貌、提高支架親水性的同時還能在支架表面引入新的功能;引發后續接枝反應中所需的自由基的形成;將額外的官能團共價結合到處理過的表面上。
PLA材料是一種多用途的聚合物,具有許多優異的物理和生物性能,但是當PLA材料用于包裝和醫療領域時,材料本身的一些缺點限制了其在包裝和醫療領域的進一步應用。等離子改性技術在改善聚合物表面性能方面具有廣闊的前景。等離子改性技術在PLA包裝和醫療領域中的應用。在大多數改性情況下可以增加引入材料表面含氧基團的含量,改善材料表面的親水性,增加表面自由能,增加材料表面的粗糙程度。在包裝領域中,通過等離子改性引發后續接枝反應中所需的自由基的形成,并且可以將額外的官能團共價結合到處理過的表面上。通過接枝抗菌劑獲得了抗菌包裝;接枝氧氣阻隔性能好、抗拉強度大的材料獲得了抗拉阻氧包裝。還討論了低溫等離子體改性技術運用于食品包裝領域中的安全問題。在醫療領域中通過等離子改性,使PLA材料的生物相容性、細胞粘附性、細胞增殖能力有了很大的提高,使PLA材料在組織工程支架、外科手術縫合線、藥物載體方面有了更加廣泛的應用。等離子作為一種無廢料和副產物產生的綠色改性技術,而PLA又是一種不以石油為原料、可生物降解的綠色材料。兩者的有效結合不僅發揮了PLA的潛能,使PLA的應用變得越來越廣泛而且對環境保護也起著至關重要的作用。尤其在全球重視壞境問題的背景下,等離子體改性PLA在制作包裝和醫療材料的應用會越來越廣泛。
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