聚乳酸(PLA)由乳酸单体组成,而乳酸单体由糖、淀粉或蔬菜转化,通过细菌发酵或化学过程产生,是一种可生物降解、可堆肥、可再生的高分子材料,可以作为传统塑料的“绿色”代替品。在包装领域中,作为包装材料大多数情况下都要求材料表面具有亲水性,如表面修饰、印刷、黏附等。而PLA表面亲水性差,限制了其在功能性食品、药品等包装中的应用。

目前已有文献报道通过化学改性法、放射性辐照法、等离子体改性法等来改善膜表面的亲水性。化学改性法中使用的化学产品不仅会腐蚀聚合物表面,还有可能对环境造成危害。放射线辐照法不能获得稳定持久的改性效果。而等离子体改性法不仅操作简单、改性效果好、不会额外产生废物,同时只对膜材料的表层进行改性,对基底材料的整体性能不会产生影响。因此等离子体改性法已经广泛应用于PLA薄膜的表面改性。

低温等离子体改性在PLA材料中的应用

等离子体中存在具有一定能量分布的电子、离子和中性粒子,在与材料表面撞击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子,产生一系列物理和化学过程。亲水性是材料进行涂层、金属化、层压、胶合及印刷所需的基本特性,等离子体改性的基本任务之一就是改善PLA薄膜的亲水性。

在医疗领域的应用

PLA因具有无毒、生物相容性好、可生物吸收、可生物降解等优点,已成为继聚乙醇酸(PGA)之后第二类经美国食品药品监督管理局(FDA)批准可用于人体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团等限制了其被广泛应用于外科手术缝合线、药物载体、骨植入物和组织工程等医学应用。PLA材料经过不同气体等离子改性后,可以在PLA表面上引入不同活性官能团的同时还能改善材料表面的亲水性、表面自由能、粘附性和生物相容性等,使材料变得更有利于细胞增殖和生长。等离子体改性可以弥补PLA材料中的不足,使PLA在生物医学领域的应用更为广泛。

在组织工程支架中的应用　

组织工程支架材料是一种临时结构,允许细胞和组织生长。因此组织工程支架必须具备以下特点:是一种容易被身体吸收的材料;能提供可靠的初始结构,以积累细胞,形成组织;具有良好的生物相容性和可生物降解性;细胞和支架表面的粘附性也是一个关键的参数;具有精确的3D结构和适当的制作方法等。而PLA虽然具有可生物降解、无毒等优点,但是亲水性差、黏附性能较弱,细胞增殖能力较低。而等离子技术是一种成熟的技术,适用于组织工程支架的表面修饰,在改变支架的表面形貌、提高支架亲水性的同时还能在支架表面引入新的功能;引发后续接枝反应中所需的自由基的形成;将额外的官能团共价结合到处理过的表面上。

PLA材料是一种多用途的聚合物,具有许多优异的物理和生物性能,但是当PLA材料用于包装和医疗领域时,材料本身的一些缺点限制了其在包装和医疗领域的进一步应用。等离子改性技术在改善聚合物表面性能方面具有广阔的前景。等离子改性技术在PLA包装和医疗领域中的应用。在大多数改性情况下可以增加引入材料表面含氧基团的含量,改善材料表面的亲水性,增加表面自由能,增加材料表面的粗糙程度。在包装领域中,通过等离子改性引发后续接枝反应中所需的自由基的形成,并且可以将额外的官能团共价结合到处理过的表面上。通过接枝抗菌剂获得了抗菌包装;接枝氧气阻隔性能好、抗拉强度大的材料获得了抗拉阻氧包装。还讨论了低温等离子体改性技术运用于食品包装领域中的安全问题。在医疗领域中通过等离子改性,使PLA材料的生物相容性、细胞粘附性、细胞增殖能力有了很大的提高,使PLA材料在组织工程支架、外科手术缝合线、药物载体方面有了更加广泛的应用。等离子作为一种无废料和副产物产生的绿色改性技术,而PLA又是一种不以石油为原料、可生物降解的绿色材料。两者的有效结合不仅发挥了PLA的潜能,使PLA的应用变得越来越广泛而且对环境保护也起着至关重要的作用。尤其在全球重视坏境问题的背景下,等离子体改性PLA在制作包装和医疗材料的应用会越来越广泛。