Τι είναι τα βιοδιασπώμενα πολυμερή

Τι είναι τα βιοδιασπώμενα πολυμερή; Πριν απαντήσουμε σε αυτήν την ερώτηση, ας δούμε πρώτα τι είναι τα πολυμερή. Τα πολυμερή είναι οι ουσίες με μεγάλα μόρια ή μια αλυσίδα μορίων. Μπορούν περαιτέρω να χωριστούν σε φυσικά πολυμερή και συνθετικά πολυμερή . Ίσως να μην πιστεύετε ότι όλα τα φυτά και τα ζώα είναι φτιαγμένα από πολυμερή. Οι πρωτεΐνες, το DNA και η κυτταρίνη (ένα είδος πρωτεΐνης στα φυτά) είναι μερικά από τα πολυμερή που μπορούμε να βρούμε στα ζωντανά όντα. Τα συνθετικά πολυμερή είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος πολυμερών. Το πολυαιθυλένιο, το PVC και το συνθετικό καουτσούκ είναι τα παραδείγματα των συνθετικών πολυμερών. Το από πρώτο χέρι ζήτημα στη χρήση συνθετικών πολυμερών είναι ότι χρησιμοποιούνται για βραχυπρόθεσμες χρήσεις, αλλά διαρκούν για μεγάλο χρονικό διάστημα καθώς τα συνθετικά πολυμερή είναι προϊόντα πετροχημικών. Αυτή η κατάσταση οδηγεί σε πολλά περιβαλλοντικά προβλήματα, όπως η διάβρωση του εδάφους, η ρύπανση των υδάτων και η εκπομπή τοξικών αερίων.

Βιοδιασπώμενα πολυμερή – Ορισμός

Κάθε πολυμερές είναι αποικοδομήσιμο. Αποικοδομούνται σε μάζα, δύναμη και μοριακό βάρος με το χρόνο. Τα περισσότερα από τα πολυμερή που ήδη γνωρίζαμε, έχουν μια περίοδο 100-1000 ετών για να αποικοδομηθούν πλήρως. Οι ειδικότητες στα βιοαποδομήσιμα πολυμερή είναι ότι αποικοδομούνται γρήγορα σε σύγκριση με μη βιοαποδομήσιμα πολυμερή και τα υποπροϊόντα τους είναι φιλικά προς το περιβάλλον (βιοσυμβατά) όπως CO2, νερό, μεθάνιο και ανόργανες ενώσεις ή βιομάζα που καθαρίζεται εύκολα από μικροοργανισμούς.

Βιοδιασπώμενα πολυμερή – Τύποι

Τα βιοαποδομήσιμα πολυμερή μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο κύρια θέματα ανάλογα με τη μέθοδο σχηματισμού τους.

• αγροπολυμερή

προϊόντα βιομάζας

• Βιοπολυεστέρες 

πολυμερή που λαμβάνονται από μικροβιακές παραγωγές

συμβατική σύνθεση από βιο-προερχόμενα μονομερή

από προϊόντα πετρελαίου

Τα προϊόντα βιομάζας μπορούν και πάλι να χωριστούν σε δύο υποκατηγορίες ως Πολυσακχαρίτες και Πρωτεΐνες. Τα αγροπολυμερή λαμβάνονται από αγρο-υλικά όπως πολυσακχαρίτες. Οι πολυσακχαρίτες (σύνθετοι υδατάνθρακες) είναι τα πιο άφθονα μακρομόρια στη βιόσφαιρα. Το άμυλο είναι το πιο γνωστό είδος πολυσακχαριτών, που εξάγεται από δημητριακά και κονδύλους. Η χιτίνη, η χιτοζάνη και η πηκτίνη είναι μερικοί άλλοι τύποι πολυσακχαριτών.

Ο δεύτερος τύπος αγροπολυμερών είναι πρωτεΐνες που αποτελούνται από αμινοξέα. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό των πρωτεϊνών είναι ότι είναι ανανεώσιμες. Οι πρωτεΐνες χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία τροφίμων. Η πρωτεΐνη σόγιας, η πρωτεΐνη καλαμποκιού και η πρωτεΐνη σίτου είναι μεταξύ των φυτικών πρωτεϊνών και η Καζεΐνη, το κολλαγόνο, η ζελατίνη και η κερατίνη είναι οι τύποι των ζωικών πρωτεϊνών που χρησιμοποιούνται ευρέως. Η γαλακτική αφυδρογονάση, η χυμοθρυψίνη και η φουμαράση είναι οι κύριες βακτηριακές πρωτεΐνες. Παρόλο που αυτοί οι τύποι πολυμερών χρησιμοποιούνται κυρίως στη βιομηχανία τροφίμων, η βιομηχανία συσκευασίας δεν βρήκε τρόπο να αντικαταστήσει τα συμβατικά πλαστικά με αγροπολυμερή.

Οι βιοπολυεστέρες είναι ο δεύτερος τύπος των βιοαποικοδομήσιμων πολυμερών. Μπορούν να παραχθούν είτε μέσω έμβιων πόρων, καθώς και από μη ζωντανούς πόρους (συνθετικά).

Παραδείγματα Βιοδιασπώμενων πολυμερών 

Γαλακτικό οξύ είναι ένα πολύ γνωστό, ευρέως χρησιμοποιούμενο βιοπολυμερές σε πολλές βιομηχανίες. Υπάρχει σε δύο μορφές ως L-γαλακτικό οξύ και d-γαλακτικό οξύ. Μπορούν να παραχθούν με δύο διαφορετικούς τρόπους, είτε βιολογικά είτε χημικά. Στη βιολογική μέθοδο, η ζύμωση των υδατανθράκων γίνεται από Lactobacillus (βακτήρια) ή μύκητες. Το γαλακτικό οξύ μπορεί επίσης να παραχθεί μέσω χημικών αλυσιδωτών αντιδράσεων. Μπορούμε επίσης να βιώσουμε αυτήν την αντίδραση στο σώμα μας όταν έχουμε κουρασμένους μύες. Βιομηχανικά το γαλακτικό οξύ χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή καλλυντικών.

Πολυδροξυαλκανοϊκά (PHA) είναι μια οικογένεια ενδοκυτταρικών βιοπολυμερών που συντίθενται από πολλά βακτήρια ως ενδοκυτταρικοί κόκκοι αποθήκευσης άνθρακα και ενέργειας. Τα PHA χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία συσκευασίας και ιατρικής λόγω της βιοδιασπασιμότητάς τους.

Τα περισσότερα από τα βιοδιασπώμενα πολυμερή είναι υποπροϊόντα των πόρων πετρελαίου. Η πολυκαπρολακτόνη, οι αλειφατικοί συμπολυεστέρες και οι αρωματικοί συμπολυεστέρες είναι τέτοιοι τύποι πολυεστέρων με βάση το πετρέλαιο. Όλοι αυτοί οι πολυεστέρες είναι μαλακά υλικά σε θερμοκρασία δωματίου.

Βιοαποικοδομήσιμα πολυμερή σε βιοϊατρικές εφαρμογές

Τα βιοαποδομήσιμα πολυμερή άνοιξαν έναν τρόπο ενσωμάτωσης με πολλά ιατρικά ζητήματα ως βιοσυμβατό υλικό. Η χρήση βιοαποδομήσιμων πολυμερών στον ιατρικό τομέα είναι λιγότερο επιβλαβής σε σύγκριση με άλλα υλικά. Σε αντίθεση με τις γενικές εφαρμογές των βιοαποικοδομήσιμων πολυμερών, υπάρχουν πολλά στοιχεία που πρέπει να ληφθούν υπόψη όταν χρησιμοποιούνται τα βιοαποδομήσιμα ως βιο-υλικά. Αυτά τα στοιχεία είναι η μη τοξικότητα, η δυνατότητα αποστείρωσης, η αποτελεσματικότητα και η βιοσυμβατότητα. Είναι δύσκολο να ανακαλύψουμε όλα τα στοιχεία για τα περισσότερα βιοαποδομήσιμα πολυμερή, αλλά επιστήμονες, κλινικοί γιατροί και μηχανικοί έχουν βρει ορισμένα βιοαποδομήσιμα πολυμερή που χρησιμοποιούνται ως βιο-υλικά.

Τα βιοϋλικά έρχονται σε άμεση επαφή με τα ζωντανά κύτταρα. Υπάρχουν δύο τυπικές χρήσεις στα βιοϋλικά. Το πρώτο είναι τα βιοϋλικά ως προϊόντα απόρριψης όπως σάκοι αίματος, καθετήρες και σύριγγες. Η δεύτερη χρήση είναι ως υλικά υποστήριξης χειρουργικών επεμβάσεων. Μπορεί να είναι είτε για πρόσθεση για αντικατάσταση ιστού, όπως αντικαταστάσεις φακών, δοντιών και μαστών είτε ως τεχνητά όργανα όπως τεχνητές καρδιές και τεχνητοί νεφροί.

Υπάρχουν πολλές χειρουργικές χρήσεις στα βιοδιασπώμενα πολυμερή. Η βιο-απορροφήσιμη ποιότητα στα βιοαποδομήσιμα πολυμερή χρησιμοποιείται για συγκόλληση, κλείσιμο, διαχωρισμό, ικρίωμα και κάψουλες. Τα βιοαποδομήσιμα πολυμερή καταναλώνονται για χειρουργικές επεμβάσεις για σφράγιση και πρόσφυση στους ιστούς. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιούνται πολυμερή υγρού τύπου. Αμέσως μετά την εφαρμογή του υγρού στον ελαττωματικό ιστό, το υγρό θα γίνει τζελ και θα σταματήσει η αιμορραγία. Όταν ο ελαττωματικός ιστός επουλωθεί, το πηκτωματοποιημένο υλικό θα αποικοδομηθεί αργά και θα απορροφηθεί στο σώμα. Τα ίδια βήματα συμβαίνουν στη στερέωση του οστού χρησιμοποιώντας βιοδιασπώμενες ακίδες, βίδες και σύρματα.

Τα συστήματα χορήγησης φαρμάκων χρησιμοποιούν βιοαποδομήσιμα πολυμερή για την εργασία τους. Τόσο οι επεμβατικές όσο και οι μη επεμβατικές μέθοδοι χορήγησης φαρμάκων μπορούν να ληφθούν υπόψη σε αυτό. Σε αυτή την περίπτωση αυτά τα πολυμερή λειτουργούν απλώς ως μεταφορείς και αφού παραδώσουν το φάρμακο στο επιθυμητό μέρος θα απορροφηθούν γρήγορα στο σώμα χωρίς επιβλαβή επίδραση. Η πιο απλή περίπτωση που μπορεί να έχετε δει είναι τα καλύμματα των χαπιών και οι επικαλύψεις σε διάφορα χρώματα. Το φάρμακο περιλαμβάνεται μέσα στο κάλυμμα και αυτό το κάλυμμα θα πρέπει να απεκκρίνεται χωρίς να επηρεάζει το σώμα. Αυτά τα καλύμματα και οι επικαλύψεις είναι κατασκευασμένα από βιοδιασπώμενα πολυμερή.

Βιοδιασπώμενα πολυμερή – Περίληψη

• Τα βιοδιασπώμενα πολυμερή είναι οι τύποι πολυμερών που αποικοδομούνται σε σύντομο χρονικό διάστημα και τα υποπροϊόντα τους είναι φιλικά προς το περιβάλλον.

• Είναι μια καλή λύση για την περιβαλλοντική ρύπανση που οφείλεται στα μη διασπώμενα πλαστικά.

• Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι βιοαποδομήσιμων πολυμερών.

• Είναι αγροπολυμερή και βιοπολυεστέρες.

• Σήμερα τα βιοαποδομήσιμα πολυμερή χρησιμοποιούνται ευρέως σε ιατρικές εφαρμογές λαμβάνοντας υπόψη τη βιοσυμβατότητά τους.