聚乳酸的国内外现状及发展趋势.docx

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聚乳酸的国内外现状及发展趋势

方群Fangqun

摘要：

聚乳酸是一种具有良好的生物相容性、可生物降解性和生物吸收性的脂肪族聚酯类高分子材料，主要原料乳酸来源于玉米等天然材料，其无刺激性、无毒副作用，对人体高度安全，对环境友好，可塑性好，易于加工成型，被公认为新世纪最有前途的药用高分子材料和新型包装材料。

本文详述了聚乳酸类材料药物缓释材料及临床应用等药学领域中的研究进展，展望了未来聚乳酸类材料的研究及应用方向，为在克服聚乳酸材料原有缺陷的基础上开发出新用途的药学类材料提供有效的资料依据。

关键词：

聚乳酸药用高分子材料现状发展趋势

DomesticandoverseasstudyanddevelopingtrendsofPolylacticAcid

Abstract:

Polylacticacidisanaliphaticpolyesterwithexcellentbiocompatibility,biodegradeabilityandbioabsorbability,andhasbeenextensivelyappliedinbiomaterials.Theprincipalrawmaterial,lacticacid,isderivedfromcornandothernaturalmaterials.Itisnonirritatingandhasnontoxiceffects,andisthussafeforhumanuse.Becauseofitsbiodegradability,itisalsoenvironmentallyfriendly.Polylacticacidshowshighplasticityandiseasytoform,andisconsideredtobethemostpromisingbiomedicalndpackagingmaterial.Finally,wediscussthefutureprospectsfortheresearchandapplicationofpolylacticacidbiodegradablematerials.Thispaperalsoprovideseffectiveinformationtohelpresearchersdevelopnewmedicalmaterialstoovercomethecurrentlimitationsofpolylacticacid-basedmaterials.

KeyWords：

PolylacticAcid,polymersforpharmaceuticals,Statusquo,developingtrends

面对日益枯竭的石油资源，符合潮流的生物降解材料作为高科技产品和环保产品正成为一个研发热点。

聚乳酸（PolylacticAcid，PLA）是一种人工合成的可生物降解的热塑性脂肪族聚酯，主要原料乳酸又是可再生资源，其无毒、无刺激性，具有良好的生物相容性，可生物分解吸收，最终完全生物降解为二氧化碳和水，力学强度高，不污染环境，可塑性好，易于加工成型，有着广泛的研究和应用前景，符合当今所倡导的可持续发展战略，被公认为新世纪最有前途的生物医用材料和新型包装材料之一[1]。

1.聚乳酸的基本介绍

1.1聚乳酸的基本性质

聚乳酸（PLA）是以微生物的发酵产物L_乳酸为单体聚合成的一类聚合物，有独特的可生物降解性能、生物相容性能和降解后不会遗留任何环保问题等特点，将成为未来应用发展前景广阔的生态环保材料。

聚乳酸耐水但是不能耐高温。

虽然不是水溶性的，但是海洋环境中的微生物也能使之降解成二氧化碳和水。

这种塑料类似透明的聚苯乙烯，表现出很好的外观（有光泽和透明度），但它是硬为且脆的材料，在大多数实际应用中需要改性（例如用增塑剂来提高其柔韧性）。

它可以和许多热塑性塑料一样被加工成纤维、薄膜，热成型或者注塑成型。

1.2聚乳酸的性能

聚乳酸（PLA）是一种典型的合成类可完全生物降解材料，由于其具有可靠的生物安全性、生物可降解性、对环境友好、良好的力学性能及易于加工成形等优点，目前已被广泛应用于生物医用高分子、纺织行业、农用地膜和包装等行业。

1.3聚乳酸类生物可降解材料的合成

合成聚乳酸的原料是乳酸，其分子中含有一个手性碳原子，具有旋光性。

因此，聚乳酸具有左旋聚乳酸（L-PLA）、右旋聚乳酸（D-PLA）、外消旋聚乳酸（D，L-PLA）和内消旋聚乳酸（meso-PLA）等几种光异构聚合体，其中最常用的是左旋异构聚合体L-PLA。

各种异构PLA的合成方法相同，均以乳酸或其衍生物乳酸酯为原料，其具体合成工艺大致可分为间接合成二步法、直接合成法和共聚改性法3种。

合成技术的进展主要体现在对具体工艺的改进和完善上。

2.聚乳酸的基本应用

聚乳酸的热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。

由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，光华伟业开发的聚乳酸（PLA）还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，目前主要用于服装（内衣、外衣）、产业（建筑、农业、林业、造纸）和医疗卫生等领域。

2.1聚乳酸在食品包装材料方面的应用      

  聚乳酸（PLA）用作食品包装材料有其独特的优势，其完全可以替代传统的包装材料，而且其独特的环保性让其在包装材料的未来发展中占有重要的一席。

PLA 材料具有光洁的表面和高度的透明度，因此可以在食品包装应用领域同聚苯乙烯和PET竞争。

PLA目前已经应用于如水果蔬菜、鸡蛋、熟食和烘烤食品的硬包装。

PLA 薄膜正在用于三明治、饼干和鲜花等商品的包装上。

还有将PLA吹塑成瓶子用于包装水、汤、食品和食用油等方面的应用[2] 。

  聚乳酸有良好的机械性能及物理性能，适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便。

可用于加工从工业到民用的各种塑料制品、包装食品、快餐饭盒。

聚乳酸有良好的防潮、耐油脂和密闭性。

在常温下性能稳定，但在温度高于55℃或富氧及微生物的作用下会自动分解。

使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利。

聚乳酸的分解分成两个阶段：

首先是纯化学水解成乳酸单体，然后乳酸单体在微生物的作用下分解成二氧化碳和水。

聚乳酸制成的食品杯只需60天就可以完全分解，真正达到了生态和经济双重效应[3]。

2.2药物控制释放体系 

用可降解的生物高分子作药物载体长期植入体内后，可以控制药物的释放速度，并实现药物的靶向释放，提高药效。

2.3骨科组织工程材料 

PLA是骨组织工程中的优选材料之一，在硬骨组织再生、软骨组织再生、人造皮肤、神经修复等方面均可作为细胞生长载体，并取得了令人满意的结果[4]。

3.关于聚乳酸性能的研究

3.1聚乳酸的优缺点

PLA 的最大优点是它在诸如体液的水性环境中能靠酯键的简单水解而进行降解。

PLA及其共聚物因具有无毒无菌、良好的生物相容性、生物可降解性及组织可吸收性，应用研究范围主要集中在生物医学工程领域，如药物控制释放体系、骨折内固定物、组织修复、细胞培养和医用手术缝合线等[5]。

通过调节分子量、结构和组成等手段可改善PLA的力学性能和降解速度，以满足不同的临床要求，并且它的最终降解产物是H2O和CO2，参与人体的新陈代谢，中间产物乳酸也是体内正常糖代谢产物，所以不会在重要器官聚集。

PLA的不足 ，PLA是亲油性的，表面疏水性强，严重的影响了其与细胞的亲和性，导致细胞在大量分化时受阻。

其降解物积累在体内成酸性，PLA单靠分子量及分布来调节降解速度，降解周期也难于控制。

而且PLA硬度大，限制了它在治疗周围神经缺损中的应用。

 当植入人体的PLA片材较大时，会由于在降解过程中产生的浓度过大并积累，从而造成非感染性炎症，严重时局部积水。

另外，PLA结构中不含细胞可识别分子，不能对细胞实现特异性吸附，在组织工程中不能发挥优势[6]。

3.2生物相容性   

有许多学者进行了体内植入材料的研究，包括载药微球、骨折内固定材料、缓释片材等在体内的降解情况，均未发现异物反应和炎症反应。

但也有报道PLA于体内降解速度过缓而出现异物反应、迟发性无菌性炎症反应，但一般仅有植入初期的轻度炎症反应，多为出现中性粒细胞和少量淋巴细胞，无炎性浸润，降解时的吞噬反应以单核细胞和巨噬细胞为主，对周围组织生长及修复并无干扰。

3.3生物活性   

PLA载体系统本身并无生物活性，而是当其吸附具有某种生物活性的多肽或蛋白类药物后才能发挥生物活性作用。

有学者研究发现，制备方法可影响药物的生物活性。

所以如何确保药物在载体系统制备、贮存及应用过程中药物的生物活性完整保留是目前研究的热点和难点[7]。

3.4载药材料稳定性   

目前对空白载药系统稳定性的研究很多，其中shaneem等人发现，载药材料对温度、压力的耐受力较差，故对其消毒灭菌应采用射线、环氧乙烷等非高温高压手段。

同时制作工艺对其稳定性也有一定影响[8]。

4.聚乳酸的药用研究概况

缓释、控释制剂又称为缓释控释系统，它们不需要频繁给药，能在较长时间内维持体内有效的药物浓度，从而可大大提高药效进而降低不良反应[9]。

PLA作为药物缓释材料已有较长历史，早在1970年Yolles等率先将PLA用作药物长效缓释制剂载体，1976年PLA被成功的用于狗体内释放L-18甲基炔诺酮以控制生育。

近30年来，PLA及其共聚物被用作一些半衰期短、稳定性差、易降解及毒副作用大的药物控释制剂的可溶蚀基材，有效地拓宽了给药途径，减少给药次数和给药量，提高药物的生物利用度，最大程度减少药物对全身特别是肝、肾的毒副作用[10]。

PLA药物控释装置可以分为两种类型：

基材型（药剂溶解或分散在聚合物材料中）和储存器型（聚合物将活性药剂包裹在中心）。

PLA药物控释装置可以做成微球、纤维、薄膜、圆片、小丘、圆柱体、和凝胶状，这些装置可以分为植入型和注射型两类。

近年来，也有人试图利用多羟基化合物与PLA-PLGA形成星状、梳状共聚物，以克服多肽、蛋白质类药物释放不连续性和控制多相药物的释放率，最终通过枝状聚合物的序列和空间结构来影响某些药物的缓、控释行为，以及微球载药的包裹率[11]。

目前PLA及其共聚物类缓释制剂已有正式产品上市的有：

促黄体激素释放激素（LHRH）类药物戈舍瑞林皮下植入剂（商品名Zoladex）、亮丙瑞林肌肉注射混悬剂（商品名Enantone和Lupron）、皮下注射混悬剂（TAP-144-SR）、促甲状腺激素释放激素（TRH）类药物曲普瑞林（商品名Decapeptyl）、抗生素苯唑西林（商品名ProstapSR）等[12]，TRH类药物普罗瑞林的PLGA缓释制剂在部分国家已上市，我国从1993年起也有出售。

部分制剂已处于临床观察阶段，如LHRH类药物布舍瑞林PLGA皮下植入剂，那法瑞林PLGA肌肉注射微球剂，诀诺酮的PLGA微球制剂等，不久也将上市。

已经或正在研究的药物很多，主要是抗生素及抗癌化疗用药、解热镇痛药、神经系统用药、激素及计划生育用药、多肽药物和疫苗等，都处于实验室研究或动物试验阶段[13]。

用PLA作为缓释基质来控制生物活性物质的释放，其优点有：

（1）聚合物载体无毒；

（2）按药物释放的要求，可以通过改变共聚物的组成来控制其降解速度；（3）缓释剂载体可通过溶液或熔体来制作，这样就可以方便的获得缓释设计效果[14]。

5.聚乳酸在国内外的发展

5.1聚乳酸在国内的发展

聚乳酸在中国也在加快开发和应用之中。

华东理工大学直接缩聚合成高分子量PLA项目通过上海市教委和科委的鉴定。

聚乳酸是可完全生物降解的合成高分子材料,可用于薄膜、缓释农药、肥料、包装材料、骨固定和修复材料、药物释放、医用缝合线等多种生产领域。

该校经过研究,提出了密闭体系中利用脱水剂进行固相缩聚以制备高分子量PLA的新工艺。

该工艺简单、合理,技术具有独创性,工业化应用前景广阔[15]。

清华大学、长春应化所、天津大学和同济大学等在PLA和PHA（聚羟基烷基酸酯）领域开展研发工作,国内现已形成的10万t/a乳酸、100t/aPHA的生产能力,为加快PLA和PHA研发与生产做好了技术储备。

目前国内越来越多的大型生物发酵和塑料加工企业参与了PLA和PHA的研发和生产,如华北制药厂、安徽丰原集团、广东星湖集团、上海同杰良生物材料有限公司、武汉华丽环保科技有限公司、浙江海正集团有限公司、北京燕山石油化工股份有限公司等,为PLA和PHA产业化发展提供了强大的物质基础。

我国江西国桥实业有限公司研制的PLA针刺非织布通过江西省经贸委组织的技术鉴定。

该产品以PLA为原料,采用国际先进的高速气流牵伸直接成布技术生产,具有优良的生物相溶性和降解性,是一种新型环保无纺布产品,主要应用于工业、农业、医疗卫生、环境工程及生活用品等领域。

PLA纤维试制成功,填补了国内空白,建议迅速扩大生产规模。

江西国桥实业有限公司是香港国桥实业（集团）有限公司的分公司,主要产品有：

国桥牌0纺粘法聚酯长丝热轧非织布、纺粘法聚酯长丝针刺土工布、聚酯长丝基胎、地板革基布、工业滤布等[16]。

5.2聚乳酸在国外的发展

EMS伊文达-费希尔（InventaFisher）公司于2003年就使其基于PLA的生物降解聚合物生产工艺推向工业化,该公司与德国AIB农业技术研究院和FIAP聚合物研究院合作,在德国农业部支助下,开发了基于淀粉的技术生产PLA[17]。

该公司将投资3000万美元在德国东部建设3000t/aPLA验证装置,并放大到215万t/a。

该工艺可使谷物、裸麦或小麦通过连续发酵转化成乳酸,乳酸再聚合成PLA,提纯过程采用膜法工艺。

该公司在AIB农业技术研究院拥有发酵和提纯装置,在FIAP聚合物研究院拥有聚合和缩聚装置。

PLA产品用于制造可生物降解的食品容器和包装物。

该公司并在2005年使用该工艺生产纤维级PLA。

该技术可应用于大达10万t/a的装置,生产费用约为1125欧元/千g,而3000t/a装置生产费用为212欧元/千g,与其他工程塑料相比也具有较好的经济竞争力[18]。

欧洲可生物降解塑料生产商在耐温PLA开发和生产方面取得了突破。

这种新的材料称为HycailXM1020,可耐温200e而不变形。

盛有脂肪和液体食品的材料经微波加热也不变形或应力破坏。

用这种材料制作的杯子盛有橄榄油,可经受205e下微波加热达30min。

这种Hycail材料增强抗热性而不影响其他性质,如透明度、可加工性和强度。

据称,这种材料是将PLA推向了高性能热塑性塑料领域。

HycailPLA材料在荷兰Noordhorn的生产装置每年已生产数百t,并准备建设产能至少为215万t/a的大型装置[19]。

6.总结

虽然PLA的研究已有相当长的历史，但距大规模的应用还有相当长的一段距离，尤其是在兽医领域，将来医用PLA的应用领域将进一步拓展，对PLA的共聚物、微孔材料、复合材料的研究将得到强化，对PLA体内降解特性和降解产物的生物效应的研究还需加强。

从理论上解释单体聚合方法、结构及性质之间的关系并进一步建立分子设计理论对PLA的研究及应用具有重要意义。

在PLA及其共聚物的合成中，寻找一种高效无毒的催化剂及适当反应途径合成分子量可控制的聚合物是目前研究的重要课题[20]。

鉴于PLA材料在医药上具有其它材料无可替代的作用，对它的研究将会不断地深入，以其为材料制成的医疗用品也将不断增加，在医疗上的应用范围将迅速扩大。

对于PLA的合成和应用研究，今后主要考虑以下几个方向：

研发高效低成本的LA制备方法；寻找更适宜的乳酸菌种和培养条件；在均聚物的合成上，集中研究使用无毒或低残留量的催化剂进行聚合反应；研究能够自由控制聚合度并得到相对分子量分散度窄的聚合物；缩短反应时间并缓和反应条件；拓展对PLA共聚物的合成研究。

通过不同单体与LA（包括各种异构LA）的二元或多元共聚物，研究合成适应于不同医疗或其它用途的、具有优良生物相容性的PLA共聚物高分子材料[21]。

可以预见，随着生物可降解材料用途的不断扩展及更多此类产品商品化，有关的研究工作和生产都可以得到进一步发展。

前面提到的一些薄弱环节可望逐步克服，推广应用于生产的品种也会越来越多。

因此，PLA及其共聚物在各方面的应用正面临良好的发展前景。

参考文献

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