پلیمرهای زیست تخریب پذیر: راهکاری برای مقابله با پلاستیک

یکی از مواد مصنوعی که تولید آن در انواع و کاربردهای مختلف روز به روز در حال افزایش است، پلاستیک است. ‌ براساس برآورد‌های صورت گرفته همه ساله بیش از یکصد میلیون تن پلاستیک در دنیا تولید می‌شود؛ علت آن نیز توسعه صنایع پتروشیمی و تغییر در الگوهای مصرف بشر است.مواد پلاستیکی به‌دلیل ماندگاری زیاد، آلودگی‌های زیست‌محیطی را ایجاد می‌کنند بدین ترتیب که خسارت‌های جبران‌ناپذییر بر آب، ‌خاک،‌هوا و جانداران وارد میکند، ذرات حاصل از آنها در چرخه غذایی انسان نیز وارد شده و اثرات زیانباری بر سلامتی دارد.‌ در راستای حل مشکلات ناشی از پلاستیک، تحقیقاتی در زمینه کاربرد انواع پلیمرهای زیستی به عنوان موارد جایگزین پلاستیک های با منشا نفتی در حال انجام است.

زیست تخریب پذیری

واژه زیست تخریب پذیر (BiODEGRADABLE) به معنی قابلیت تجزیه ساختار شیمیایی یک ماده به مواد ساده تر مثل کربن دی اکسید، آب، متان و زیست توده است که در اثر فعالیت آنزیمی میکروارگانیسم ها انجام می پذیرد. پلیمرهای زیست تخریب پذیر به دلیل وجود پیوند گروههای عاملی تخریب پذیر مثل پیوند استری و آمیدی در ساختار شیمیایی آنها، پس از مدتی بر اثر فرایندهای تخریب که عمدتا آبکافت آبی یا آنزیمی است به پلیمرهای با زنجیر کوتاهتر و انحلال پذیر در آب تبدیل و طی فرایند نهایی به چرخه کربن وارد میشوند. پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر، اثرات ناشی از استفاده کیسه‌های پلاستیکی معمولی را به حداقل رسانده و حجم پلاستیکهای دفنی را در مراکز دفن به شدت کاهش می‌دهند.‌ استفاده از این مواد از دو بعد می‌بایست مورد تأیید قرار گیرند،‌ یکی از دیدگاه محیط‌زیستی است؛ یعنی این مواد باید بسرعت در محیط تجزیه شوند. دیگری، از دید صنعتی است؛ به این معنا که مواد باید خصوصیات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و کارایی داشته باشد.

انواع پلیمرهای زیست تخریب پذیر

این مواد بر اساس منشا تولید به چهار دسته اصلی به شرح زیر طبقه بندی میشوند

1- محصولات زیست توده کشاورزی: از عمده منابع پلیمرهای زیست تخریب پذیر تجدیدشونده هستند که به طور مستقیم میتوانند استخراج شوند، مثل نشاسته، سلولوز، کیتوسان و پروتئینها.

2- دومین گروه پلیمرهای زیست تخریب پذیر از فعالیت میکروارگانیسم ها به دست می آیند. پلی هیدروکسی آلکانواتها از این دسته اند.

3- دسته دیگر پلیمرهای حاصل از فرایند زیست فناوری هستند، مانند پلی لاکتید که کاربرد وسیعی در پزشکی و داروسازی دارد.

4- دسته آخر پلیمرهایی هستند که از مونومرهای پتروشیمیایی مانند کاپرولاکتون حاصل می شوند.

کاربرد پلیمرهای زیست تخریب پذیر در پزشکی

در زمینه پزشکی پلیمرهای زیست تخریب پذیر در سامانه های دارورسانی نوین، مدیریت زخم (زخم پوشها، نخ های بخیه و چسب ها)، ابزارهای ارتوپدی (مثل لولاها، پیچ ها، میخ ها(، کاربردهای دندانپزشکی، کاربردهای قلبی– عروقی، دارورسانی و مهندسی بافت به کار میروند. پليمرهــاي زيســت تخريب پذير مختلفــي ماننــد پلي اســيدگليکوليک، پلي اســيدلاکتيک و کوپليمرهــاي آنهــا، پلي دي اکســانون و کوپليمرهــاي تري متيلن کربنــات و گليکوليـد در تعـدادي از کاربردهـاي بالينـي اسـتفاده شـده اند. در ادامه مطالبی در خصوص کاربرد این مواد در مهندسی بافت و دارورسانی آورده شده است.

پليمرهـاي سنتزی زيسـت تخريب پذير مزيتهـاي مختلفـي را نسـبت بـه مـواد ديگـر بـراي سـاخت داربسـت در مهندســي بافــت ارائــه ميدهنــد. از مهمتريــن ايــن مزايــا ميتــوان بــه قابليــت طراحــي خــواص مکانيکــي و ســينتيک تخريــب در کاربردهــاي مختلــف اشــاره کــرد. پليمرهــاي مصنوعــي را ميتــوان بــه اشــکال هندســی مختلفــي بــا سـاختاري داراي منافـذ بـا طراحـي دلخـواه بـرای رشـد بافت تهيـه کـرد. عـلاوه بـر ايـن در سـاختار ايـن پليمرهـا می تـوان گروههــاي عاملــي شــيميايي مناســب بــرای رشــد بافــت قــرار داد. در ميــان خانــواده پليمرهــاي مصنوعــي، پلي اســترها بــراي ايــن کاربردهــا جذابيــت زيــادي دارنــد، زيــرا آبکافــت پيونــد اســتري باعــث راحتتــر تخريــب شـدن آنهـا ميشـود. محصـولات تخريبـي در بعضـي مـوارد از طريــق مســيرهاي سوخت وســاز بــدن جــذب ميشــود و ايــن امــکان وجــود دارد کــه بــا تغييــر ســاختار، ســينتيک تجزيـه کنتـرل شـود. در صورتـي مـاده ای ميتوانـد بـه عنـوان داربسـت در مهندسـي بافــت مــورد اســتفاده قــرار گيــرد کــه تعــدادي از الزامــات را بــرآورده کنــد. ايــن مــوارد شــامل زيست ســازگاري، زيســت تخريب پذيري بــه محصــولات غير ســمي در مــدت زمــان مــورد اســتفاده، قابليــت فرایندپذيــري بــه شــکل هاي پيچيــده بــا تخلخــل مناســب، توانايــي حمايــت از رشــد و تکثيـر سـلولي، خـواص مکانيکـي مناسـب و همچنيـن حفـظ مقاومــت مکانيکــي در اکثــر مراحــل رونــد بازســازي بافــت اسـت.

سالهاست که تحقیقات گسترده ای در زمینه استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر در سامانه های دارورسانی برای هدفمند کردن و کنترل سرعت رهایش دارو انجام می شود. یک سامانه پلیمری زیست تخریب پذیر رهایش دارو میتواند با حذف آثار جانبی مصرف دارو و کاهش تعداد دفعات تجویز آن، راحتی و رضایت مندی بیمار را فراهم کند. بیشتر فراورده های دارورسانی بر پایه پلیمرهای زیست تخریب پذیر به شکل فراورده های تزریقی استفاده میشوند که دو دسته سامانه های دارورسانی تزریقی ذره ای و تشکیل شونده در موضع دارای کاربرد گسترده تری هستند. پلیمر انتخابی در این سامانه ها، افزون بر زیست سازگاری باید سازگار با دارو و اکسپیانت های استفاده شده در فرمول بندی باشند و مواد حاصل از تخریب آنها سمی و حساسیت زا نباشند. تا کنون، تعداد زیادی پلیمر زیست تخریب پذیر با شرایط یاد شده معرفی شده اند. متداولترین این پلیمرها شامل کلاژن، پلی انیدرید، پلی لاکتید-گليكوليد و پلی لاکتید هستند. با کاربرد پلیمرهای سنتزی زیست تخریب پذیر در سامانه های نوین دارورسانی علاوه بر دستیابی به سامانه هایی با خواص فیزیکی – مکانیکی مطلوب، می توان منحنی رهایش داروی قابل پیش بینی و تکرارپذیری را از راه کنترل سرعت تخریب به دست آورد.

کاربرد پلیمرهای زیست تخریب پذیر در بسته بندی مواد غذایی

زیست‌پلیمرها خواصي به‌نسبت مشابه پلیمرهای نفتی از خود نشان می‌دهند و می‌توان آن‌ها را به‌عنوان جایگزین مناسب پلاستیک‌های نفتی در صنعت بسته‌بندی غذا استفاده كرد. در كنار اين مزايا، استفاده از زیست‌پلیمرها به‌عنوان ماده بسته‌بندی غذایی با محدودیت‌های مختلفی همراه است که کاربرد اين فیلم‌ها را محدود می‌کند. شکنندگی، ناپایداری گرمایی، مقاومت ذوب کم، تراوايی زياد بخار آب و اکسیژن از عوامل محدودكننده در استفاده از این فیلم‌ها برای کاربردهای بسته‌بندی غذایی هستند. به‌دلیل ماهيت آب‌دوست زیست‌پلیمرهایی مانند نشاسته و سلولوز، مواد بر پایه این تركيبات خاصیت سدكنندگي ضعيفي در برابر بخار آب دارند. اين موضوع سبب محدودشدن پایداری بلندمدت و تضعيف خواص مکانیکی فيلم‌هاي زيست‌پليمري (حساسيت به مقدار رطوبت) می‌شود. از دیگر معایب فيلم‌هاي ياد شده فرایند‌پذیری ضعیف، تردی و آسیب‌پذیربودن در برابر تجزیه است. در نهایت، شکنندگی، سفتی، مقاومت کم به ضربه و ناپایداری گرمایی عواملی هستند که استفاده از زیست‌پلیمرها را به‌عنوان ماده بسته‌بندی محدود می‌کنند. امروزه، بخش درخور توجهي از این محدودیت‌ها با استفاده از روش‌های مختلف از جمله اصلاح فیزیکی و شیمیایی مانند کاربرد مواد آبگریز، پوشش‌دهی و نانوفناوري مانند نانوفیلرها برطرف شده است.

منابع:

چهاردهی سیرتی, ضحی, موحدی, فرناز, کرد، بهزاد, روحانی, مهدی، امینی فر, مهرناز.1396. “پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی: کاربردها، محدودیت‌ها و راه‌حل‌های رفع آن‌ها.” فصلنامه علمی بسپارش 7: 70-61.

قربان زاده, سلیمان، ۱۳۹۵، پلاستیک های زیست تخریب پذیر (تجزیه پذیر)، دومین کنفرانس بین المللی ایده های نوین در کشاورزی، محیط زیست و گردشگری، اردبیل، موسسه حامیان زیست اندیش محیط آرمانی.

مرادیان، علی، خادم زاده یگانه، جعفر . 1397. پليمرهاي سنتزی زيست تخريب پذير مورد استفاده در مهندسي بافت، فصلنامه علمي ــ ترويجي پژوهش و توسعه فناوری پلیمر ایران، 3: 78-63.

مشاک, آرزو، 1393. مروری کوتاه بر پلیمرهای زیست تخریب پذیر در سامانه های دارورسانی. فصلنامه علمی بسپارش, 4: 35-23.

نجفی شالمایی, ملوک؛ الهام مجتهدزاده؛ ساناز سرحدی و فرزاد امیراصلانی، ۱۳۹۰، انواع پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر و ضرورت استفاده از آنها، پنجمین همایش تخصصی مهندسی محیط زیست، تهران، دانشگاه تهران، دانشکده محیط زیست.