معرفی بیوپلیمرها (خواص، انواع و کاربرد)

نویسنده: فاطمه حاجی محمدی

 

بیو پلیمر چیست:

 

بیوپلیمر از نظر بیوشیمی دان ها عبارت است از ماکرومولکول های بیولوژی که از تعداد زیادی زیر واحد کوچک و شبیه به هم که با اتصال کووالانسی به هم متصل شده اند ویک زنجیره طولانی را ایجاد می کنند، ساخته شده اند.

پلیمرهای زیستی پلیمرهای طبیعی هستند که توسط موجودات زنده تولید می شوند. 

در روند طبیعی، بیوپلیمر ها و یا همان ماکرومولکول ها، ترکیبات داخل سلولی هستند که قابلیت زنده ماندن را به ارگانیسم در شرایط سخت محیطی می دهند.مواد بیوپلیمری در شکل های گوناگونی توسعه یافته اند؛ بنابراین ظرفیت استفاده در صنایع گوناگون را دارند.

خواص بیو پلیمر ها:

برخی از پلیمرهای زیستی دارای رسانایی الکترونیکی و یونی هستند و بنابراین بیوپلیمرهای الکترو فعال (EABP) نامیده می شوند. این به آنها امکان جایگزینی سایر مواد مصنوعی را داده است. این پلیمرهای زیستی که شامل نشاسته، سلولز، کیتوزان و پکتین می‌شوند، رسانایی الکتریکی وسیعی بین ۱۰-۳ و ۱۰-۱۴ S/cm نشان می‌دهند .

برخی از خواص بیو پلیمر ها در جدول زیر اورده شده است.

 

پلیمر زیستی	تراکم در ۲۳ درجه سانتی گراد	استحکام کششی در ۲۳ درجه سانتی گراد	مدول خمشی  در ۲۳ درجه سانتی گراد	نقطه ذوب	ازدیاد طول در ۲۳ درجه سانتی گراد
PLA Luminy® LX530	۱٫۲۴ گرم بر سانتی متر مکعب	۵۰ مگاپاسکال	N/A	۱۶۵ درجه سانتی گراد	۵ درصد
Rilsan® BMNO	۱٫۰۳ گرم بر سانتی متر مکعب	N/A	N/A	۱۸۹ درجه سانتی گراد	۵۰ درصد
NuPlastiQ®BC 27240	۱٫۳ گرم در سانتی متر مکعب	۱۲ مگا پاسکال	۰٫۲۴ گیگا پاسکال	۱۴۰ – ۱۶۰ درجه سانتیگراد	۲۷۲ %
فیلامنت چوب اکسترودر	۱٫۲۳ گرم بر سانتی متر مکعب	۴۰ مگاپاسکال	۳٫۲ گیگا پاسکال	۱۵۰ – ۱۷۰ درجه سانتیگراد	N/A
DuraSense Eco PP L40 Food	۱٫۰۶ گرم بر سانتی متر مکعب	۴۹ مگاپاسکال	۴ گیگا پاسکال	N/A	۳٫۵٪

 

تولید و فرآوری بیوپلیمرها:

 

روش ها و تکنیک های مختلفی برای تولید بیوپلیمرها استفاده می شود. از آنجایی که بیشتر این پلیمرها قبلاً در طبیعت وجود دارند یا توسط ارگانیسم های طبیعی تولید می شوند، این فرآیندها اغلب استخراج و سپس سنتز هستند. 

کامپوزیت های پلیمری زیستی را می توان با روش های مختلفی مانند اکستروژن، الکتروریسی، پیوند، انواع مختلف قالب گیری، ریخته گری با حلال، اختلاط مذاب، درون یابی، سیم پیچی رشته ای، جداسازی فاز ،چاپ لیزری، و انباشتن فیلم تهیه کرد.

در حال حاضر، طراحی و بهینه‌سازی پلیمرهای زیستی از طریق مدل‌های ریاضی بسیار سودمند است زیرا خواص فیزیکی، شیمیایی، الکتریکی و مکانیکی آن‌ها را به منظور افزایش مقاومت در شرایط ذخیره‌سازی مرطوب، گرم یا سرد و برای کاربردهایی که نیاز به ویژگی‌های خاص دارند، بهبود می‌بخشد.

 

کاربردهای بیوپلیمر ها:

 

پلیمرهای زیستی در بسیاری از کاربردهای صنعتی و همچنین بسته بندی مواد غذایی، آرایشی و بهداشتی و پزشکی استفاده می شوند.آن ها می توانند جایگزین پلاستیک های سنتی مبتنی بر نفت در بسیاری از کاربردها شوند. 

برخی کاربردها ممکن است به مواد زیست سازگار و زیست تخریب پذیر با حساسیت به تغییرات pH و همچنین نوسانات فیزیکوشیمیایی و حرارتی نیاز داشته باشند که در این موارد از بیوپلیمر ها استفاده می شود.

از آنجا که یکی از اهداف اصلی مهندسی پزشکی تقلید از اعضای بدن برای حفظ عملکردهای طبیعی بدن است ، به دلیل خواص زیست سازگار آن ها ، از بیوپلیمرها استفاده می شود مخصوصا برای مهندسی بافت ، تجهیزات پزشکی و صنایع دارویی. از بسیاری از بیوپلیمرها به دلیل خواص مکانیکی آن ها می توان برای داروهای ترمیمی ، مهندسی بافت ، دارورسانی و کاربردهای پزشکی کلی استفاده کرد. آن ها خصوصیاتی مانند ترمیم زخم و تجزیه فعالیت زیستی و غیر سمی را فراهم می کنند. در مقایسه با پلیمرهای مصنوعی ، که می تواند معایب مختلفی مانند رد ایمنی و سمیت پس از تخریب را ایجاد کند ، بسیاری از بیوپلیمرها به طور معمول با یکپارچگی بدنی بهتر هستند زیرا ساختارهای پیچیده تری نیز دارند ، مانند بدن انسان.

پلیمرهای زیستی، به طور کلی، اغلب خواص مکانیکی، مقاومت شیمیایی و فرآیندپذیری ضعیفی در مقایسه با پلیمرهای مصنوعی از خود نشان می‌دهند. برای اینکه آن ها را برای کاربردهای خاص مناسب تر کنند، می توان آن ها را با پرکننده ها تقویت کرد که این خواص را به شدت بهبود می بخشد. بیوپلیمرهایی که به این روش تقویت شده اند، کامپوزیت های بیوپلیمری نامیده می شوند.

 

انواع بیوپلیمرها:

 

بیوپلیمرها را می توان به طور کلی بر اساس واحدهای مونومر و ساختارشان به سه دسته طبقه بندی کرد:

• پلی نوکلئوتیدها: DNA (دئوکسی ریبونوکلئیک اسید) و RNA (ریبونوکلئیک اسید)
• پلی ساکاریدها: سلولز، کیتوزان، کیتین و غیره.
• پلی پپتیدها: کلاژن، ژلاتین، گلوتن، آب پنیر و غیره.

پلیمرهای زیستی را می‌توان بر اساس معیارهای دیگری مانند مواد پایه (حیوانی، گیاهی یا میکروبی)، تجزیه‌پذیری زیستی، مسیر سنتز، کاربردها یا خواص آن ها دسته‌بندی کرد.

نمونه هایی از برخی بیوپلیمرهای تجاری تولید شده عبارتند از :

• پلی استرهای زیستی مانند پلی لاکتیک اسید (PLA) ، پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB)، پلی بوتیلن سوکسینات (PBS)، پلی بوتیلن سوکسینات آدیپات (PBSA)، پلی تری متیلن ترفتالات (PTT)
• پلی اولفین های زیستی مانند پلی اتیلن (Bio-PE)
• پلی آمیدهای مبتنی بر زیست (Bio-PA) مانند هموپلی آمیدها (Bio-PA 6، Bio-PA 11) و کوپلی آمیدها (Bio-PA 4.10 – Bio-PA 5.10 – Bio-PA 6.10، Bio-PA 10.10)
• پلی اورتان هایی مانند Bio-PUR
• پلیمرهای پلی ساکارید مانند پلیمرهای مبتنی بر سلولز (سلولز بازسازی شده، دی استات سلولز) و پلیمرهای مبتنی بر نشاسته (نشاسته ترموپلاستیک، مخلوط نشاسته)