Biopolymeeri
Biopolymeerien sovellukset voidaan luokitella kahteen pääalaan, jotka eroavat toisistaan niiden biolääketieteellisen ja teollisen käytön vuoksi.
BiomedicalEdit
Koska yksi biolääketieteellisen tekniikan päätarkoituksista on jäljitellä kehon osia kehon normaalien toimintojen ylläpitämiseksi, biopolymeerejä käytetään niiden bioyhteensopivien ominaisuuksien vuoksi laajalti kudostekniikassa, lääkinnällisissä laitteissa ja lääketeollisuudessa. Mekaanisten ominaisuuksiensa ansiosta monia biopolymeerejä voidaan käyttää regeneratiiviseen lääketieteeseen, kudostekniikkaan, lääkkeiden toimittamiseen ja yleisiin lääketieteellisiin sovelluksiin. Ne tarjoavat ominaisuuksia, kuten haavan paranemista, bioaktiivisuuden katalysointia ja myrkyttömyyttä. Verrattuna synteettisiin polymeereihin, joilla voi olla erilaisia haittoja, kuten immunogeeninen hylkääminen ja myrkyllisyys hajoamisen jälkeen, monet biopolymeerit ovat yleensä parempia kehon integraation kanssa, koska niillä on myös monimutkaisempia rakenteita, jotka muistuttavat ihmiskehoa.
Erityisemmin polypeptidit, kuten kollageeni ja silkki, ovat bioyhteensopivia materiaaleja, joita hyödynnetään uraauurtavassa tutkimustyössä, koska ne ovat halpoja ja helposti saatavilla olevia materiaaleja. Gelatiinipolymeeriä käytetään usein haavojen sidontaan, jossa se toimii liimana. Telineet ja kalvot, joissa on gelatiinia, mahdollistavat sen, että telineet pitävät sisällään lääkkeitä ja muita ravintoaineita, joita voidaan toimittaa haavaan paranemista varten.
Koska kollageeni on yksi suosituimmista biopolymeereistä, joita käytetään biolääketieteessä, tässä muutamia esimerkkejä niiden käytöstä:
Kollageenipohjaiset lääkeaineannostelujärjestelmät: kollageenikalvot toimivat ikään kuin sulkukalvona, ja niitä käytetään hoitamaan kudosinfektioita, kuten infektoitunutta sarveiskalvokudosta, tai maksasyövän hoitoon. Kaikkia kollageenikalvoja on käytetty geeninjakelukantajina, jotka voivat edistää luunmuodostusta.
Kollageenisieniä: Kollageenisieniä käytetään sidoksina palovammojen ja muiden vakavien haavojen hoidossa. Kollageenipohjaisia implantteja käytetään viljeltyihin ihosoluihin tai lääkekantajiin, joita käytetään palohaavoihin ja ihon korvaamiseen.
Kollageeni hemostaattina: Kun kollageeni on vuorovaikutuksessa verihiutaleiden kanssa, se aiheuttaa veren nopean hyytymisen. Tämä nopea hyytyminen tuottaa väliaikaisen kehyksen, jotta isäntäsolut voivat uudistaa kuituisen strooman. Kollageenipohjainen hemostaatti vähentää verenhukkaa kudoksissa ja auttaa hallitsemaan verenvuotoa soluelimissä, kuten maksassa ja pernassa.
Kitosaani on toinen suosittu biopolymeeri biolääketieteellisessä tutkimuksessa. Kitosaani on peräisin kitiinistä, joka on äyriäisten ja hyönteisten ulkorungon pääkomponentti ja maailman toiseksi runsain biopolymeeri. Kitosaanilla on monia erinomaisia ominaisuuksia biolääketieteen kannalta. Kitosaani on bioyhteensopiva, se on erittäin bioaktiivinen, mikä tarkoittaa, että se stimuloi elimistön suotuisaa vastetta, se voi hajota biologisesti, mikä voi poistaa toisen leikkauksen implanttisovelluksissa, se voi muodostaa geelejä ja kalvoja, ja se on valikoivasti läpäisevä. Nämä ominaisuudet mahdollistavat kitosaanin erilaiset biolääketieteelliset sovellukset.
Kitosaani lääkkeiden jakelussa: Lisäksi syöpälääkkeiden kanssa konjugoitu kitosaani voi myös tuottaa parempia syöpälääkkeiden vastaisia vaikutuksia aiheuttamalla vapaan lääkkeen asteittaisen vapautumisen syöpäkudokseen.
Kitosaani antimikrobisena aineena: Kitosaania käytetään mikro-organismien kasvun pysäyttämiseen. Se suorittaa antimikrobisia tehtäviä mikro-organismeissa, kuten levissä, sienissä, bakteereissa ja eri hiivalajien grampositiivisissa bakteereissa.
Kitosanikomposiitti kudostekniikassa: Kitosaania ja alginaattia käytetään yhdessä funktionaalisten haavasidosten muodostamiseen. Nämä sidokset luovat kostean ympäristön, joka edistää paranemisprosessia. Tämä haavasidos on myös erittäin bioyhteensopiva, biohajoava ja siinä on huokoisia rakenteita, jotka mahdollistavat solujen kasvamisen sidokseen.
IndustrialEdit
Food: Elintarviketeollisuudessa käytetään biopolymeerejä muun muassa pakkauksiin, syötäviin kapselointikalvoihin ja elintarvikkeiden pinnoittamiseen. Polymaitohappo (PLA) on hyvin yleinen elintarviketeollisuudessa kirkkaan värinsä ja vedenkestävyytensä vuoksi. Useimmat polymeerit ovat kuitenkin luonteeltaan hydrofiilisiä, ja ne alkavat huonontua, kun ne altistuvat kosteudelle. Biopolymeerejä käytetään myös syötävinä kalvoina, jotka kapseloivat elintarvikkeita. Nämä kalvot voivat sisältää esimerkiksi antioksidantteja, entsyymejä, probiootteja, mineraaleja ja vitamiineja. Biopolymeerikalvolla kapseloitu nautittu ruoka voi toimittaa näitä asioita elimistöön.
Pakkaaminen: Yleisimmät pakkauksissa käytetyt biopolymeerit ovat polyhydroksialkanoaatti (PHA), polymaitohappo (PLA) ja tärkkelys. Tärkkelys ja PLA ovat kaupallisesti saatavilla olevia biohajoavia, joten ne ovat yleinen valinta pakkauksiin. Niiden sulkemisominaisuudet ja lämpöominaisuudet eivät kuitenkaan ole ihanteelliset. Hydrofiiliset polymeerit eivät ole vedenkestäviä ja päästävät vettä pakkauksen läpi, mikä voi vaikuttaa pakkauksen sisältöön. Polyglykolihappo (PGA) on biopolymeeri, jolla on erinomaiset sulkemisominaisuudet, ja sitä käytetään nyt korjaamaan PLA:n ja tärkkelyksen aiheuttamia sulkemisesteitä.
Veden puhdistus: Uudempaa biopolymeeriä nimeltä kitosaani on käytetty vedenpuhdistukseen. Kitosaania käytetään flokkulanttina, jonka hajoaminen ympäristöön kestää vuosien sijasta vain muutamia viikkoja tai kuukausia. Kitosaani puhdistaa vettä kelaation avulla, kun se poistaa vedestä metalleja. Kelaatio tarkoittaa sitä, että polymeeriketjussa olevat sitoutumiskohdat sitoutuvat vedessä olevaan metalliin muodostaen kelaatteja. Kitosaania on käytetty monissa tilanteissa puhdistamaan myrsky- tai jätevesiä, jotka ovat saattaneet olla saastuneita.