Biopolymerer
Användningarna av biopolymerer kan delas in i två huvudområden, som skiljer sig åt på grund av deras biomedicinska och industriella användning.
BiomedicalEdit
Ett av huvudsyftena med biomedicinsk teknik är att efterlikna kroppsdelar för att upprätthålla normala kroppsfunktioner, och på grund av deras biokompatibla egenskaper används biopolymerer i stor utsträckning för vävnadsteknik, medicintekniska produkter och läkemedelsindustrin. Många biopolymerer kan användas för regenerativ medicin, vävnadsteknik, läkemedelsleveranser och allmänna medicinska tillämpningar på grund av deras mekaniska egenskaper. De ger egenskaper som sårläkning, katalys av bioaktivitet och icke-toxicitet. Jämfört med syntetiska polymerer, som kan uppvisa olika nackdelar som immunogen avstötning och toxicitet efter nedbrytning, är många biopolymerer normalt sett bättre med kroppslig integration eftersom de också har mer komplexa strukturer som liknar människokroppens.
Mer specifikt är polypeptider som kollagen och silke, biokompatibla material som används i banbrytande forskning, eftersom dessa är billiga och lättåtkomliga material. Gelatinpolymer används ofta för att förbinda sår där den fungerar som ett klister. Ställningar och filmer med gelatin gör det möjligt för ställningarna att hålla läkemedel och andra näringsämnen som kan användas för att tillföra ett sår för läkning.
Då kollagen är en av de mer populära biopolymerer som används inom biomedicinsk vetenskap, följer här några exempel på deras användning:
Kollagenbaserade system för läkemedelstillförsel: Kollagenfilmer fungerar som ett barriärmembran och används för att behandla vävnadsinfektioner, t.ex. infekterad hornhinnevävnad eller levercancer. Kollagenfilmer har alla använts för bärare av genleveranser som kan främja benbildning.
Kollagensvampar: Kollagensvampar används som förband för att behandla brännskadade och andra allvarliga sår. Kollagenbaserade implantat används för odlade hudceller eller läkemedelsbärare som används för brännskador och för att ersätta hud.
Kollagen som hemostat: När kollagen interagerar med trombocyter orsakar det en snabb koagulering av blodet. Denna snabba koagulation skapar en tillfällig ram så att det fibrösa stroma kan regenereras av värdceller. Kollagenbaserad hemostat minskar blodförlusten i vävnader och hjälper till att hantera blödningar i cellulära organ som lever och mjälte.
Chitosan är en annan populär biopolymer inom biomedicinsk forskning. Chitosan härstammar från kitin, huvudkomponenten i kräftdjurens och insekternas exoskelett och den näst vanligaste biopolymeren i världen. Chitosan har många utmärkta egenskaper för biomedicinsk vetenskap. Chitosan är biokompatibelt, det är mycket bioaktivt, vilket innebär att det stimulerar ett positivt gensvar från kroppen, det är biologiskt nedbrytbart, vilket kan eliminera en andra operation vid implantattillämpningar, det kan bilda geler och filmer och är selektivt genomsläppligt. Dessa egenskaper möjliggör olika biomedicinska tillämpningar av kitosan.
Kitosan som läkemedelsleverans: Chitosan används främst för att rikta läkemedel eftersom det har potential att förbättra läkemedelsabsorptionen och stabiliteten. Dessutom kan Chitosan som är konjugerat med cancerläkemedel också ge bättre cancerläkemedelseffekter genom att orsaka gradvis frisättning av fritt läkemedel i cancervävnad.
Chitosan som antimikrobiellt medel: Chitosan används för att stoppa tillväxten av mikroorganismer. Det utför antimikrobiella funktioner i mikroorganismer som alger, svampar, bakterier och grampositiva bakterier av olika jästarter.
Chitosankomposit för vävnadsteknik: Blandad kraft av Chitosan tillsammans med alginat används tillsammans för att bilda funktionella sårförband. Dessa förband skapar en fuktig miljö som underlättar läkningsprocessen. Detta sårförband är också mycket biokompatibelt, biologiskt nedbrytbart och har porösa strukturer som gör det möjligt för celler att växa in i förbandet.
IndustrialEdit
Livsmedel: Biopolymerer används inom livsmedelsindustrin för t.ex. förpackningar, ätliga inkapslingsfilmer och beläggning av livsmedel. Polymjölksyra (PLA) är mycket vanlig inom livsmedelsindustrin på grund av sin klara färg och motståndskraft mot vatten. De flesta polymerer är dock hydrofila och börjar försämras när de utsätts för fukt. Biopolymerer används också som ätbara filmer som kapslar in livsmedel. Dessa filmer kan bära saker som antioxidanter, enzymer, probiotika, mineraler och vitaminer. Den mat som konsumeras inkapslad med biopolymerfilmen kan förse kroppen med dessa saker.
Förpackningar: De vanligaste biopolymererna som används i förpackningar är polyhydroxyalkanoat (PHA), polymjölksyra (PLA) och stärkelse. Stärkelse och PLA är kommersiellt tillgängliga biologiskt nedbrytbara vilket gör dem till ett vanligt val för förpackningar. Deras barriäregenskaper och termiska egenskaper är dock inte idealiska. Hydrofila polymerer är inte vattenbeständiga och tillåter vatten att tränga igenom förpackningen, vilket kan påverka förpackningens innehåll. Polyglykolsyra (PGA) är en biopolymer som har goda barriäregenskaper och används nu för att korrigera barriärhinder från PLA och stärkelse.
Vattenrening: En nyare biopolymer kallad kitosan har använts för vattenrening. Chitosan används som ett flockningsmedel som bara tar några veckor eller månader i stället för år att brytas ned i miljön. Chitosan renar vatten genom kelering när det avlägsnar metaller från vattnet. Chelering innebär att bindningsställen längs polymerkedjan binder sig till metallen i vattnet och bildar klelater. Chitosan har använts i många situationer för att rena storm- eller avloppsvatten som kan ha förorenats.