Biopolimer
Zastosowania biopolimerów można sklasyfikować w dwóch głównych dziedzinach, które różnią się ze względu na ich zastosowanie biomedyczne i przemysłowe.
BiomedicalEdit
Ponieważ jednym z głównych celów inżynierii biomedycznej jest naśladowanie części ciała w celu podtrzymania normalnych funkcji organizmu, ze względu na ich biokompatybilne właściwości, biopolimery są szeroko stosowane w inżynierii tkankowej, urządzeniach medycznych i przemyśle farmaceutycznym. Wiele biopolimerów może być wykorzystywanych w medycynie regeneracyjnej, inżynierii tkankowej, dostarczaniu leków i ogólnych zastosowaniach medycznych ze względu na ich właściwości mechaniczne. Zapewniają one takie cechy jak gojenie się ran, katalizowanie bioaktywności i nietoksyczność. W porównaniu z syntetycznymi polimerami, które mogą przedstawiać różne wady, takie jak immunogenne odrzucenie i toksyczność po degradacji, wiele biopolimerów jest zazwyczaj lepszych w integracji z ciałem, ponieważ posiadają one również bardziej złożone struktury, podobne do ludzkiego ciała.
Więcej, polipeptydy takie jak kolagen i jedwab, są biokompatybilnymi materiałami, które są wykorzystywane w przełomowych badaniach, ponieważ są to niedrogie i łatwo dostępne materiały. Polimer żelatyny jest często używany do opatrywania ran, gdzie działa jako klej. Rusztowania i folie z żelatyną pozwalają na utrzymanie leków i innych składników odżywczych, które mogą być używane do dostarczania do rany w celu gojenia.
Jako że kolagen jest jednym z bardziej popularnych biopolimerów używanych w biomedycynie, oto kilka przykładów ich zastosowania:
Systemy dostarczania leków oparte na kolagenie: folie kolagenowe działają jak membrana barierowa i są używane do leczenia infekcji tkanek, takich jak zainfekowana tkanka rogówki lub rak wątroby. Folie kolagenowe są stosowane jako nośniki dostarczania genów, które mogą promować tworzenie kości.
Gąbki kolagenowe: Gąbki kolagenowe są stosowane jako opatrunek w leczeniu ofiar oparzeń i innych poważnych ran. Implanty na bazie kolagenu są używane do hodowli komórek skóry lub nośników leków, które są używane do leczenia ran oparzeniowych i zastępowania skóry.
Kolagen jako hemostatyk: Kiedy kolagen oddziałuje z płytkami krwi, powoduje szybką koagulację krwi. Ta szybka koagulacja wytwarza tymczasowy szkielet, dzięki czemu włóknisty zrąb może być regenerowany przez komórki gospodarza. Kolagenowe podstawy hemostatu zmniejszają utratę krwi w tkankach i pomagają zarządzać krwawieniem w narządach komórkowych, takich jak wątroba i śledziona.
Chitozan jest kolejnym popularnym biopolimerem w badaniach biomedycznych. Chitozan pochodzi z chityny, głównego składnika egzoszkieletu skorupiaków i owadów oraz drugiego najobficiej występującego biopolimeru na świecie. Chitozan ma wiele doskonałych właściwości dla nauk biomedycznych. Chitozan jest biokompatybilny, wysoce bioaktywny, co oznacza, że stymuluje korzystną odpowiedź organizmu, może ulegać biodegradacji, co może wyeliminować drugi zabieg chirurgiczny w zastosowaniach implantologicznych, może tworzyć żele i błony oraz jest selektywnie przepuszczalny. Te właściwości pozwalają na różne biomedyczne zastosowania Chitosanu.
Chitosan jako środek do dostarczania leków: Chitozan jest stosowany głównie z ukierunkowaniem na leki, ponieważ ma potencjał do poprawy absorpcji i stabilności leków. dodatkowo Chitozan skoniugowany ze środkami przeciwnowotworowymi może również wytwarzać lepsze efekty przeciwnowotworowe poprzez powodowanie stopniowego uwalniania wolnego leku do tkanki nowotworowej.
Chitozan jako środek przeciwbakteryjny: Chitozan jest stosowany w celu powstrzymania wzrostu mikroorganizmów. Spełnia funkcje przeciwdrobnoustrojowe w mikroorganizmach takich jak algi, grzyby, bakterie i bakterie gram dodatnie różnych gatunków drożdży.
Kompozyt chitozanowy do inżynierii tkankowej: Mieszana moc Chitosanu wraz z alginianem są używane razem do tworzenia funkcjonalnych opatrunków na rany. Opatrunki te tworzą wilgotne środowisko, które wspomaga proces gojenia. Ten opatrunek na rany jest również bardzo biokompatybilny, biodegradowalny i ma porowate struktury, które pozwalają komórkom rosnąć w opatrunku.
IndustrialEdit
Żywność: Biopolimery są wykorzystywane w przemyśle spożywczym do takich rzeczy jak opakowania, jadalne folie enkapsulacyjne i powlekanie żywności. Kwas polimlekowy (PLA) jest bardzo powszechny w przemyśle spożywczym ze względu na jego jasny kolor i odporność na wodę. Jednak większość polimerów ma charakter hydrofilowy i zaczyna się psuć pod wpływem wilgoci. Biopolimery są również wykorzystywane jako jadalne folie, w których umieszcza się żywność. Folie te mogą zawierać takie substancje jak antyoksydanty, enzymy, probiotyki, minerały i witaminy. Spożywana żywność zamknięta w folii biopolimerowej może dostarczać te rzeczy do organizmu.
Pakowanie: Najczęstszymi biopolimerami stosowanymi w opakowaniach są polihydroksyalkanian (PHA), kwas polimlekowy (PLA) i skrobia. Skrobia i PLA są komercyjnie dostępne jako biodegradowalne, co sprawia, że są często wybierane do produkcji opakowań. Jednakże, ich właściwości barierowe i termiczne nie są idealne. Polimery hydrofilowe nie są odporne na działanie wody i umożliwiają przedostawanie się wody przez opakowanie, co może mieć wpływ na jego zawartość. Kwas poliglikolowy (PGA) jest biopolimerem, który ma świetne właściwości barierowe i jest obecnie używany do korygowania przeszkód barierowych z PLA i skrobi.
Oczyszczanie wody: Nowszy biopolimer o nazwie chitozan został wykorzystany do oczyszczania wody. Chitosan jest używany jako flokulant, który zajmuje tylko kilka tygodni lub miesięcy, a nie lat, aby rozkładać się do środowiska. Chitosan oczyszcza wodę poprzez chelatowanie, kiedy usuwa metale z wody. Chelatowanie polega na tym, że miejsca wiążące wzdłuż łańcucha polimeru wiążą się z metalami w wodzie, tworząc rozszczepienia. Chitozan był używany w wielu sytuacjach, aby oczyścić wodę po burzy lub ściekach, które mogły zostać zanieczyszczone.