聚乳酸的降解機(jī)理課件

降解機(jī)理與代謝途徑簡(jiǎn)述

王麗復(fù)旦大學(xué)

生物可降解材料——聚乳酸1ppt課件降解機(jī)理與代謝途徑簡(jiǎn)述生物可降解材料——聚乳酸1ppt課件

1

概述聚乳酸(PLA)

是一種具有優(yōu)良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料。PLA這種線(xiàn)型熱塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麥、木薯等一些植物中提取的淀粉為最初原料,經(jīng)過(guò)酶分解得到葡萄糖,再經(jīng)過(guò)乳酸菌發(fā)酵后變成乳酸,然后經(jīng)過(guò)化學(xué)合成得到高純度聚乳酸。

2ppt課件

1

概述聚乳酸(PLA)

1

概述

聚乳酸（PLA）分子結(jié)構(gòu)式如圖，其中的酯鍵易水解，能在體內(nèi)或土壤中經(jīng)微生物的作用降解生成乳酸，代謝最終產(chǎn)物是水和二氧化碳，所以對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生毒副作用，使用非常安全。因此聚乳酸已經(jīng)被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等許多方面，如用作外科手術(shù)縫合線(xiàn)、藥物控制釋放系統(tǒng)等等。3ppt課件1

概述聚乳酸（PLA）分子結(jié)構(gòu)式4ppt課件4ppt課件1

概述由于乳酸具有旋光性,因此對(duì)應(yīng)的聚乳酸有三種:PDLA、PLLA、PDLLA(消旋)

。PLLA和PDLA是部分結(jié)晶高分子，力學(xué)強(qiáng)度較好，常用作醫(yī)用縫合線(xiàn)和外科矯形材料。藥物控釋制劑常采用PLLA和PDLLA,但更多的是使用PDLLA。PLLA的降解產(chǎn)物L(fēng)一乳酸能被人體完全代謝，因而比D-PLA更具競(jìng)爭(zhēng)力。5ppt課件1

概述由于乳酸具有旋光性,因此2PLA體內(nèi)降解

PLA的水解是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，主要包括4個(gè)現(xiàn)象：吸水、酯鍵的斷裂、可溶性齊聚物的擴(kuò)散和碎片的分解。降解的主要方式：本體侵蝕。6ppt課件2PLA體內(nèi)降解6ppt課件2PLA的體內(nèi)降解

PLA材料浸入水性介質(zhì)中或植人體內(nèi)后，首先發(fā)生材料吸水。水性介質(zhì)滲入聚合物基質(zhì)，導(dǎo)致聚合物分子鏈松弛，酯鍵開(kāi)始初步水解，分子量降低，逐漸降解為低聚物。聚乳酸的端羧基(由聚合引入及降解產(chǎn)生)對(duì)其水解起催化作用，隨著降解的進(jìn)行，端羧基量增加，降解速率加快，從而產(chǎn)生自催化現(xiàn)象。內(nèi)部降解快于表面降解，這歸因于具端羧基的降解產(chǎn)物滯留于樣品內(nèi)，產(chǎn)生自加速效應(yīng)。7ppt課件2PLA的體內(nèi)降解PLA材料2PLA的體內(nèi)降解

隨著降解進(jìn)行，材料內(nèi)部會(huì)有越來(lái)越多的羧基加速內(nèi)部材料的降解，進(jìn)一步增大內(nèi)外差異。當(dāng)內(nèi)部材料完全轉(zhuǎn)變成可溶性齊聚物并溶解在水性介質(zhì)中時(shí)，就會(huì)形成表面由沒(méi)有完全降解的高聚物組成的中空結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步降解才使低聚物水解為小分子，最后溶解在水性介質(zhì)中。8ppt課件2PLA的體內(nèi)降解2PLA的體內(nèi)降解

整個(gè)溶蝕過(guò)程是由不溶于水的固體變成水溶性物質(zhì)。宏觀上是材料整體結(jié)構(gòu)破壞，體積變小，逐漸變?yōu)樗槠?，最后完全溶解并被人體吸收或排出體外；微觀上是聚合物大分子鏈發(fā)生化學(xué)分解，如分子量變小、分子鏈斷開(kāi)和側(cè)鏈斷裂等，變?yōu)樗苄缘男》肿佣M(jìn)入體液，被細(xì)胞吞噬并被轉(zhuǎn)化和代謝。9ppt課件2PLA的體內(nèi)降解整個(gè)溶蝕過(guò)3PLA的體外降解

聚乳酸的分解有兩個(gè)階段：經(jīng)水解反應(yīng)分解之后再靠微生物分解。

在自然環(huán)境中首先發(fā)生水解，通過(guò)主鏈上不穩(wěn)定的酯鍵水解而成低聚物，然后，微生物進(jìn)入組織物內(nèi)，將其分解成二氧化碳和水。在堆肥的條件下（高溫和高濕度），水解反應(yīng)可輕易完成，分解的速度也較快。在不容易產(chǎn)生水解反應(yīng)的環(huán)境下，分解過(guò)程是循序漸進(jìn)的。10ppt課件3PLA的體外降解10ppt課3PLA的體外降解微生物在自然界中普遍存在，聚乳酸可以被多種微生物降解。如鐮刀酶念珠菌，青霉菌，腐殖菌等。

不同細(xì)菌對(duì)不同構(gòu)形的聚乳酸的降解情況是不同的。研究結(jié)果表明，鐮刀酶念珠菌、青霉菌都可以完全吸收D,L乳酸，部分還可以吸收可溶的聚乳酸低聚物。11ppt課件3PLA的體外降解微生物在自然界4降解影響因素(1)pH值

酸或堿都能催化PLA水解。聚乳酸在堿性條件下降解速率>酸性條件下降解速率>中性條件下降解速率。12ppt課件4降解影響因素(1)pH值12ppt課件4降解影響因素(2)結(jié)晶度降解過(guò)程總是從無(wú)定形區(qū)到結(jié)晶區(qū).

這是由于結(jié)晶區(qū)分子鏈段堆積緊密，水不容易滲透進(jìn)去。先滲入無(wú)定型區(qū)，導(dǎo)致酯鍵的斷裂，當(dāng)大部分無(wú)定型區(qū)已降解時(shí)，才由邊緣向結(jié)晶區(qū)的中心開(kāi)始降解。在無(wú)定型區(qū)水解過(guò)程中，生成立構(gòu)規(guī)整的低分子物質(zhì)，結(jié)晶度增大，延緩了進(jìn)一步水解的進(jìn)行13ppt課件4降解影響因素(2)結(jié)晶度13ppt課件4降解影響因素(3)分子量及分子量的分布分子量與降解速率成反比。分子量越大，聚合物的結(jié)構(gòu)越緊密，內(nèi)部的酯鍵越不容易斷裂；而且，分子量越大，經(jīng)降解所得的鏈段越長(zhǎng)，不易溶于水中，產(chǎn)生的水和氫正離子越少，使pH值下降緩慢，這也是其降解速率比低分子量聚乳酸的低的原因之一。對(duì)于平均分子量相同的聚合物來(lái)說(shuō)，分子量分布越寬，降解速率越快。這是因?yàn)榉肿恿枯^小的聚合物先分解后，環(huán)境pH值由中性向酸性轉(zhuǎn)變，從而加快了降解速度。14ppt課件4降解影響因素(3)分子量及分子量的分布14ppt課件4降解影響因素(4)立構(gòu)規(guī)整性的影響：在堿性條件下，降解速率為PDLA(PLLA)<P(LDL)A<PDLLAPDLLA由于甲基處于間同立構(gòu)或無(wú)規(guī)立構(gòu)狀態(tài)，對(duì)水的吸收速度較快，因此降解較快；而對(duì)PLLA及PDLA來(lái)說(shuō)水解分為2個(gè)階段：第一階段，水分子擴(kuò)散進(jìn)入無(wú)定型區(qū)，然后發(fā)生水解；第二階段是晶區(qū)的水解，相對(duì)來(lái)說(shuō)較為緩慢。15ppt課件4降解影響因素(4)立構(gòu)規(guī)整性的影響：15ppt課件4降解影響因素（5)酶聚乳酸主鏈上含有酯鍵，可以被酯酶加速降解。如根霉屬菌酯肪酶、豬胰腺酯肪酶、豬肝臟的梭基酯酶。16ppt課件4降解影響因素（5)酶16ppt課件5生物體吸收代謝的途徑乳酸（C３H６O３）的消除乳酸大量存在時(shí)，會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的喪失，尤其是固有的酸堿平衡將被打破，輕則代謝紊亂，重則危及生命，因此，人體內(nèi)必須消除乳酸。17ppt課件5生物體吸收代謝的途徑17ppt課件5生物體吸收代謝的途徑5.1直接氧化分解為CO２和H２O在氧氣充足的條件下，骨骼肌、心肌或其它組織細(xì)胞能攝取血液中的乳酸，在乳酸脫氫酶的作用下，將乳酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸，然后進(jìn)入線(xiàn)粒體被徹底氧化分解，生成ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，通過(guò)呼吸道、大小便、汗液排除體外。18ppt課件5生物體吸收代謝的途徑5.1直接氧化分解為CO２和H5生物體吸收代謝的途徑5.2經(jīng)糖異生途徑生成葡萄糖和糖元缺氧時(shí)，乳酸大量進(jìn)入血液，血乳酸的濃度升高，激活肝臟和骨骼肌細(xì)胞中的糖異生途徑，將大量的乳酸轉(zhuǎn)變成葡萄糖，并且釋放入血液，以補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)時(shí)血糖的消耗；在糖異生過(guò)程中，要吸收大量的H+，因此通過(guò)該過(guò)程可維護(hù)人體內(nèi)環(huán)境的酸堿平衡，使機(jī)體內(nèi)環(huán)境重新恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。19ppt課件5生物體吸收代謝的途徑5.2經(jīng)糖異生途徑生成葡萄糖和5生物體吸收代謝的途徑5.3用于脂肪酸、丙氨酸等物質(zhì)的合成在肝臟細(xì)胞中，乳酸經(jīng)由丙酮酸、乙酰輔酶A途徑轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅?、膽固醇、酮體和乙酸等物質(zhì)，亦可經(jīng)由丙酮酸，通過(guò)氨基轉(zhuǎn)換作用生成丙氨酸，參與蛋白質(zhì)代謝。5.4隨尿液和汗液直接排出此過(guò)程消除量極少，僅占總消除量的5%左右。20ppt課件5生物體吸收代謝的途徑5.3用于脂肪酸、丙氨酸等物質(zhì)5生物體吸收代謝的途徑L－乳酸作為一種動(dòng)物體內(nèi)自然的代謝產(chǎn)物，不會(huì)在人畜體內(nèi)留下有害物質(zhì)。D－型乳酸則不能在體內(nèi)代謝，并會(huì)因過(guò)量產(chǎn)生酸中毒。

總之，人體可通過(guò)自身的各種代謝途徑加以消除，以確保內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，以利于各項(xiàng)生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。21ppt課件5生物體吸收代謝的途徑L－乳酸謝謝大家～22ppt課件謝謝大家～22ppt課件降解機(jī)理與代謝途徑簡(jiǎn)述

王麗復(fù)旦大學(xué)

生物可降解材料——聚乳酸23ppt課件降解機(jī)理與代謝途徑簡(jiǎn)述生物可降解材料——聚乳酸1ppt課件

1

概述聚乳酸(PLA)

是一種具有優(yōu)良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料。PLA這種線(xiàn)型熱塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麥、木薯等一些植物中提取的淀粉為最初原料,經(jīng)過(guò)酶分解得到葡萄糖,再經(jīng)過(guò)乳酸菌發(fā)酵后變成乳酸,然后經(jīng)過(guò)化學(xué)合成得到高純度聚乳酸。

24ppt課件

1

概述聚乳酸(PLA)

1

概述

聚乳酸（PLA）分子結(jié)構(gòu)式如圖，其中的酯鍵易水解，能在體內(nèi)或土壤中經(jīng)微生物的作用降解生成乳酸，代謝最終產(chǎn)物是水和二氧化碳，所以對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生毒副作用，使用非常安全。因此聚乳酸已經(jīng)被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等許多方面，如用作外科手術(shù)縫合線(xiàn)、藥物控制釋放系統(tǒng)等等。25ppt課件1

概述聚乳酸（PLA）分子結(jié)構(gòu)式26ppt課件4ppt課件1

概述由于乳酸具有旋光性,因此對(duì)應(yīng)的聚乳酸有三種:PDLA、PLLA、PDLLA(消旋)

。PLLA和PDLA是部分結(jié)晶高分子，力學(xué)強(qiáng)度較好，常用作醫(yī)用縫合線(xiàn)和外科矯形材料。藥物控釋制劑常采用PLLA和PDLLA,但更多的是使用PDLLA。PLLA的降解產(chǎn)物L(fēng)一乳酸能被人體完全代謝，因而比D-PLA更具競(jìng)爭(zhēng)力。27ppt課件1

概述由于乳酸具有旋光性,因此2PLA體內(nèi)降解

PLA的水解是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，主要包括4個(gè)現(xiàn)象：吸水、酯鍵的斷裂、可溶性齊聚物的擴(kuò)散和碎片的分解。降解的主要方式：本體侵蝕。28ppt課件2PLA體內(nèi)降解6ppt課件2PLA的體內(nèi)降解

PLA材料浸入水性介質(zhì)中或植人體內(nèi)后，首先發(fā)生材料吸水。水性介質(zhì)滲入聚合物基質(zhì)，導(dǎo)致聚合物分子鏈松弛，酯鍵開(kāi)始初步水解，分子量降低，逐漸降解為低聚物。聚乳酸的端羧基(由聚合引入及降解產(chǎn)生)對(duì)其水解起催化作用，隨著降解的進(jìn)行，端羧基量增加，降解速率加快，從而產(chǎn)生自催化現(xiàn)象。內(nèi)部降解快于表面降解，這歸因于具端羧基的降解產(chǎn)物滯留于樣品內(nèi)，產(chǎn)生自加速效應(yīng)。29ppt課件2PLA的體內(nèi)降解PLA材料2PLA的體內(nèi)降解

隨著降解進(jìn)行，材料內(nèi)部會(huì)有越來(lái)越多的羧基加速內(nèi)部材料的降解，進(jìn)一步增大內(nèi)外差異。當(dāng)內(nèi)部材料完全轉(zhuǎn)變成可溶性齊聚物并溶解在水性介質(zhì)中時(shí)，就會(huì)形成表面由沒(méi)有完全降解的高聚物組成的中空結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步降解才使低聚物水解為小分子，最后溶解在水性介質(zhì)中。30ppt課件2PLA的體內(nèi)降解2PLA的體內(nèi)降解

整個(gè)溶蝕過(guò)程是由不溶于水的固體變成水溶性物質(zhì)。宏觀上是材料整體結(jié)構(gòu)破壞，體積變小，逐漸變?yōu)樗槠詈笸耆芙獠⒈蝗梭w吸收或排出體外；微觀上是聚合物大分子鏈發(fā)生化學(xué)分解，如分子量變小、分子鏈斷開(kāi)和側(cè)鏈斷裂等，變?yōu)樗苄缘男》肿佣M(jìn)入體液，被細(xì)胞吞噬并被轉(zhuǎn)化和代謝。31ppt課件2PLA的體內(nèi)降解整個(gè)溶蝕過(guò)3PLA的體外降解

聚乳酸的分解有兩個(gè)階段：經(jīng)水解反應(yīng)分解之后再靠微生物分解。

在自然環(huán)境中首先發(fā)生水解，通過(guò)主鏈上不穩(wěn)定的酯鍵水解而成低聚物，然后，微生物進(jìn)入組織物內(nèi)，將其分解成二氧化碳和水。在堆肥的條件下（高溫和高濕度），水解反應(yīng)可輕易完成，分解的速度也較快。在不容易產(chǎn)生水解反應(yīng)的環(huán)境下，分解過(guò)程是循序漸進(jìn)的。32ppt課件3PLA的體外降解10ppt課3PLA的體外降解微生物在自然界中普遍存在，聚乳酸可以被多種微生物降解。如鐮刀酶念珠菌，青霉菌，腐殖菌等。

不同細(xì)菌對(duì)不同構(gòu)形的聚乳酸的降解情況是不同的。研究結(jié)果表明，鐮刀酶念珠菌、青霉菌都可以完全吸收D,L乳酸，部分還可以吸收可溶的聚乳酸低聚物。33ppt課件3PLA的體外降解微生物在自然界4降解影響因素(1)pH值

酸或堿都能催化PLA水解。聚乳酸在堿性條件下降解速率>酸性條件下降解速率>中性條件下降解速率。34ppt課件4降解影響因素(1)pH值12ppt課件4降解影響因素(2)結(jié)晶度降解過(guò)程總是從無(wú)定形區(qū)到結(jié)晶區(qū).

這是由于結(jié)晶區(qū)分子鏈段堆積緊密，水不容易滲透進(jìn)去。先滲入無(wú)定型區(qū)，導(dǎo)致酯鍵的斷裂，當(dāng)大部分無(wú)定型區(qū)已降解時(shí)，才由邊緣向結(jié)晶區(qū)的中心開(kāi)始降解。在無(wú)定型區(qū)水解過(guò)程中，生成立構(gòu)規(guī)整的低分子物質(zhì)，結(jié)晶度增大，延緩了進(jìn)一步水解的進(jìn)行35ppt課件4降解影響因素(2)結(jié)晶度13ppt課件4降解影響因素(3)分子量及分子量的分布分子量與降解速率成反比。分子量越大，聚合物的結(jié)構(gòu)越緊密，內(nèi)部的酯鍵越不容易斷裂；而且，分子量越大，經(jīng)降解所得的鏈段越長(zhǎng)，不易溶于水中，產(chǎn)生的水和氫正離子越少，使pH值下降緩慢，這也是其降解速率比低分子量聚乳酸的低的原因之一。對(duì)于平均分子量相同的聚合物來(lái)說(shuō)，分子量分布越寬，降解速率越快。這是因?yàn)榉肿恿枯^小的聚合物先分解后，環(huán)境pH值由中性向酸性轉(zhuǎn)變，從而加快了降解速度。36ppt課件4降解影響因素(3)分子量及分子量的分布14ppt課件4降解影響因素(4)立構(gòu)規(guī)整性的影響：在堿性條件下，降解速率為PDLA(PLLA)<P(LDL)A<PDLLAPDLLA由于甲基處于間同立構(gòu)或無(wú)規(guī)立構(gòu)狀態(tài)，對(duì)水的吸收速度較快，因此降解較快；而對(duì)PLLA及PDLA來(lái)說(shuō)水解分為2個(gè)階段：第一階段，水分子擴(kuò)散進(jìn)入無(wú)定型區(qū)，然后發(fā)生水解；第二階段是晶區(qū)的水解，相對(duì)來(lái)說(shuō)較為緩慢。37ppt課件4降解影響因素(4)立構(gòu)規(guī)整性的影響：15ppt課件4降解影響因素（5)酶聚乳酸主鏈上含有酯鍵，可以被酯酶加速降解。如根霉屬菌酯肪酶、豬胰腺酯肪酶、豬肝臟的梭基酯酶。38ppt課件4降解影響因素（5)酶16ppt課件5生物體吸收代謝的途徑乳酸（C３H６O３）的消除乳酸大量存在時(shí)，會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的喪失，尤其是固有的酸堿平衡將被打破，輕則代謝紊亂，重則危及生命，因此，人體內(nèi)必須消除乳酸。39ppt課件5生物體吸收代謝的途徑17ppt課件5生物體吸收代謝的途徑5.1