Biopolymeer
De toepassingen van biopolymeren kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdgebieden, die verschillen door hun biomedisch en industrieel gebruik.
BiomedischEdit
Omdat een van de hoofddoelen van biomedische techniek het nabootsen van lichaamsdelen is om normale lichaamsfuncties in stand te houden, worden biopolymeren vanwege hun biocompatibele eigenschappen op grote schaal gebruikt voor weefselmanipulatie, medische apparatuur en de farmaceutische industrie. Veel biopolymeren kunnen door hun mechanische eigenschappen worden gebruikt voor regeneratieve geneeskunde, weefselmanipulatie, toediening van geneesmiddelen en algemene medische toepassingen. Zij vertonen kenmerken zoals wondgenezing, katalyse van bio-activiteit en niet-toxiciteit. Vergeleken met synthetische polymeren, die verschillende nadelen kunnen vertonen zoals immunogene afstoting en toxiciteit na degradatie, zijn veel biopolymeren normaal beter met lichamelijke integratie, omdat zij ook complexere structuren bezitten, vergelijkbaar met het menselijk lichaam.
Meer in het bijzonder, polypeptiden zoals collageen en zijde, zijn biocompatibele materialen die worden gebruikt in baanbrekend onderzoek, omdat dit goedkope en gemakkelijk verkrijgbare materialen zijn. Gelatinepolymeer wordt vaak gebruikt bij het verbinden van wonden, waar het als kleefstof fungeert. Scaffolds en films met gelatine zorgen ervoor dat de scaffolds geneesmiddelen en andere voedingsstoffen kunnen vasthouden die kunnen worden gebruikt om een wond te voorzien voor genezing.
Aangezien collageen een van de populairdere biopolymeren is die in de biomedische wetenschap worden gebruikt, zijn hier enkele voorbeelden van het gebruik ervan:
Collageen gebaseerde medicijnafgiftesystemen: collageenfilms werken als een barrièremembraan en worden gebruikt om weefselinfecties te behandelen, zoals geïnfecteerd hoornvliesweefsel of leverkanker. Collageenfilms zijn allemaal gebruikt voor dragers van genenafgifte die botvorming kunnen bevorderen.
Collageensponzen: Collageensponzen worden gebruikt als verband om brandwondenslachtoffers en andere ernstige wonden te behandelen. Implantaten op basis van collageen worden gebruikt voor gekweekte huidcellen of dragers van geneesmiddelen die worden gebruikt voor brandwonden en het vervangen van huid.
Collageen als hemostaticum: Wanneer collageen interageert met bloedplaatjes veroorzaakt het een snelle stolling van het bloed. Deze snelle coagulatie produceert een tijdelijk kader zodat het vezelige stroma door gastheercellen kan worden geregenereerd. Collageenbasen hemostaticum vermindert het bloedverlies in weefsels en helpt bij het beheren van bloedingen in cellulaire organen zoals de lever en de milt.
Chitosan is een ander populair biopolymeer in biomedisch onderzoek. Chitosan is afgeleid van chitine, het belangrijkste bestanddeel van het exoskelet van schaaldieren en insecten en het op één na meest voorkomende biopolymeer ter wereld. Chitosan heeft vele uitstekende eigenschappen voor de biomedische wetenschap. Chitosan is biocompatibel, het is zeer bioactief, wat betekent dat het een heilzame reactie van het lichaam stimuleert, het kan biologisch afbreken waardoor een tweede operatie bij implantaattoepassingen overbodig wordt, het kan gels en films vormen, en het is selectief doorlaatbaar. Deze eigenschappen maken diverse biomedische toepassingen van Chitosan mogelijk.
Chitosan als drug delivery: Chitosan wordt voornamelijk gebruikt met drug targeting omdat het potentieel heeft om de absorptie en stabiliteit van geneesmiddelen te verbeteren.Bovendien kan Chitosan geconjugeerd met antikankermiddelen ook betere antikanker effecten produceren door geleidelijke afgifte van vrij geneesmiddel in kankerweefsel te veroorzaken.
Chitosan als anti-microbiële agent: Chitosan wordt gebruikt om de groei van micro-organismen te stoppen. Het vervult antimicrobiële functies bij micro-organismen zoals algen, schimmels, bacteriën, en grampositieve bacteriën van verschillende gistsoorten.
Chitosan composiet voor weefselmanipulatie: Gemengde kracht van Chitosan samen met alginaat worden gebruikt om functionele wondverbanden te vormen. Deze verbanden creëren een vochtige omgeving die helpt bij het genezingsproces. Dit wondverband is ook zeer biocompatibel, biologisch afbreekbaar en heeft poreuze structuren waardoor cellen in het verband kunnen groeien.
IndustrialEdit
Food: Biopolymeren worden gebruikt in de voedingsmiddelenindustrie voor zaken als verpakking, eetbare inkapselfolies en het coaten van voedingsmiddelen. Polymelkzuur (PLA) wordt veel gebruikt in de voedingsmiddelenindustrie vanwege zijn heldere kleur en weerstand tegen water. De meeste polymeren hebben echter een hydrofiel karakter en worden slechter wanneer ze aan vocht worden blootgesteld. Biopolymeren worden ook gebruikt als eetbare films die voedingsmiddelen inkapselen. Deze films kunnen zaken bevatten als antioxidanten, enzymen, probiotica, mineralen en vitaminen. Het geconsumeerde voedsel dat is ingekapseld met de biopolymeerfilm kan deze dingen aan het lichaam leveren.
Verpakking: De meest gebruikte biopolymeren in verpakkingen zijn polyhydroxyalkanoaat (PHA), polymelkzuur (PLA), en zetmeel. Zetmeel en PLA zijn commercieel beschikbaar en biologisch afbreekbaar, waardoor ze een veel voorkomende keuze zijn voor verpakkingen. Hun barrière-eigenschappen en thermische eigenschappen zijn echter niet ideaal. Hydrofiele polymeren zijn niet waterbestendig en laten water door de verpakking dringen, wat de inhoud van de verpakking kan aantasten. Polyglycolzuur (PGA) is een biopolymeer dat geweldige barrière-eigenschappen heeft en nu wordt gebruikt om de barrière-obstakels van PLA en zetmeel te corrigeren.
Waterzuivering: Een nieuwer biopolymeer genaamd chitosan is gebruikt voor waterzuivering. Chitosan wordt gebruikt als een vlokmiddel dat slechts enkele weken of maanden in plaats van jaren nodig heeft om in het milieu te worden afgebroken. Chitosan zuivert water door chelatie wanneer het metalen uit het water verwijdert. Chelatie is wanneer bindingsplaatsen langs de polymeerketen zich binden met het metaal in het water en clelaten vormen. Chitosan is in vele situaties gebruikt om storm- of afvalwater te zuiveren dat verontreinigd kan zijn.