Biopolymer
Použití biopolymerů lze rozdělit do dvou hlavních oblastí, které se liší vzhledem k jejich biomedicínskému a průmyslovému využití.
Biomedicína
Protože jedním z hlavních účelů biomedicínského inženýrství je napodobit části těla, aby se udržely normální funkce těla, díky svým biokompatibilním vlastnostem se biopolymery ve velké míře používají pro tkáňové inženýrství, lékařské přístroje a farmaceutický průmysl. Mnoho biopolymerů lze díky jejich mechanickým vlastnostem použít pro regenerativní medicínu, tkáňové inženýrství, dodávání léčiv a celkové lékařské aplikace. Poskytují vlastnosti, jako je hojení ran a katalýza biologické aktivity, a nejsou toxické. Ve srovnání se syntetickými polymery, které mohou představovat různé nevýhody, jako je imunogenní odmítnutí a toxicita po degradaci, jsou mnohé biopolymery obvykle lépe integrovatelné do těla, protože mají také složitější struktury, podobné lidskému tělu.
Přesněji řečeno, polypeptidy, jako je kolagen a hedvábí, jsou biokompatibilní materiály, které se používají v průlomovém výzkumu, protože se jedná o levné a snadno dostupné materiály. Želatinový polymer se často používá na obvazy ran, kde působí jako lepidlo. Scaffoldy a filmy s želatinou umožňují, aby se v nich udržely léky a další živiny, které lze použít k zásobování rány za účelem jejího hojení.
Jelikož kolagen je jedním z populárnějších biopolymerů používaných v biomedicíně, uvádíme několik příkladů jeho použití:
Systémy pro podávání léků na bázi kolagenu: kolagenové filmy fungují jako bariérová membrána a používají se k léčbě infekcí tkání, jako je infikovaná tkáň rohovky nebo rakovina jater. Všechny kolagenové filmy byly použity jako nosiče genů, které mohou podporovat tvorbu kostí.
Kolagenové houby: Kolagenové houby se používají jako obvaz k ošetření popálenin a jiných závažných poranění. Implantáty na bázi kolagenu se používají pro kultivované kožní buňky nebo nosiče léčiv, které se používají na popáleniny a náhradu kůže.
Kolagen jako hemostat: Při interakci kolagenu s krevními destičkami dochází k rychlému srážení krve. Tato rychlá koagulace vytváří dočasnou kostru, takže vláknité stroma může být regenerováno hostitelskými buňkami. Hemostat na bázi kolagenu snižuje krevní ztráty ve tkáních a pomáhá zvládat krvácení v buněčných orgánech, jako jsou játra a slezina.
Chitosan je dalším oblíbeným biopolymerem v biomedicínském výzkumu. Chitosan se získává z chitinu, hlavní složky exoskeletu korýšů a hmyzu a druhého nejrozšířenějšího biopolymeru na světě. Chitosan má mnoho vynikajících vlastností pro biomedicínu. Chitosan je biokompatibilní, je vysoce bioaktivní, což znamená, že stimuluje příznivou reakci organismu, může se biologicky rozkládat, což může vyloučit druhou operaci při použití implantátů, může vytvářet gely a filmy a je selektivně propustný. Tyto vlastnosti umožňují různé biomedicínské aplikace chitosanu.
Chitosan jako nosič léčiv: Kromě toho může chitosan konjugovaný s protinádorovými látkami také vyvolat lepší protinádorové účinky tím, že způsobí postupné uvolňování volného léčiva do rakovinné tkáně.
Chitosan jako antimikrobiální látka: Chitosan se používá k zastavení růstu mikroorganismů. Plní antimikrobiální funkce u mikroorganismů, jako jsou řasy, houby, bakterie a grampozitivní bakterie různých druhů kvasinek.
Chitosanový kompozit pro tkáňové inženýrství: Směsná síla chitosanu spolu s alginátem se používá společně k vytvoření funkčních obvazů na rány. Tyto obvazy vytvářejí vlhké prostředí, které napomáhá procesu hojení. Tento obvaz na rány je také velmi biokompatibilní, biologicky odbouratelný a má porézní strukturu, která umožňuje buňkám prorůstat do obvazu.
PrůmyslovéEdit
Potraviny: Biopolymery se používají v potravinářském průmyslu například pro obaly, jedlé zapouzdřovací fólie a potahování potravin. Kyselina polymléčná (PLA) je v potravinářském průmyslu velmi rozšířená díky své čiré barvě a odolnosti vůči vodě. Většina polymerů má však hydrofilní povahu a při vystavení vlhkosti se začíná kazit. Biopolymery se také používají jako jedlé fólie, které obalují potraviny. Tyto fólie mohou nést například antioxidanty, enzymy, probiotika, minerály a vitaminy. Konzumovaná potravina obalená biopolymerní fólií může tyto látky tělu dodávat.
Balení: Nejběžnějšími biopolymery používanými v obalech jsou polyhydroxyalkanoát (PHA), kyselina polymléčná (PLA) a škrob. Škrob a PLA jsou komerčně dostupné biologicky odbouratelné, což z nich činí běžnou volbu pro obaly. Jejich bariérové a tepelné vlastnosti však nejsou ideální. Hydrofilní polymery nejsou odolné vůči vodě a umožňují průnik vody obalem, což může ovlivnit obsah obalu. Kyselina polyglykolová (PGA) je biopolymer, který má skvělé bariérové vlastnosti a nyní se používá k nápravě bariérových překážek z PLA a škrobu.
Čištění vody: Novější biopolymer zvaný chitosan se používá k čištění vody. Chitosan se používá jako flokulant, jehož rozklad v životním prostředí trvá jen několik týdnů nebo měsíců, nikoli let. Chitosan čistí vodu chelatací, kdy z ní odstraňuje kovy. Chelace spočívá v tom, že se vazebná místa podél polymerního řetězce vážou s kovem ve vodě a vytvářejí kliety. Chitosan byl použit v mnoha situacích k vyčištění bouřkové nebo odpadní vody, která mohla být kontaminována.