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Desde la antigüedad hasta los tiempos modernos: ¡la evolución de los polímeros biodegradables!
A medida que el problema de la contaminación plástica se vuelve cada vez más grave, los polímeros biodegradables se han convertido gradualmente en el foco de atención mundial. Estos polímeros pueden descomponerse en sustancias respetuosas con el medio ambiente por acción de microorganismos, lo que los convierte en claves para resolver problemas ambientales. Sin embargo, el desarrollo de polímeros biodegradables y sus diversas aplicaciones no termina ahí. Hoy te llevaremos a explorar el desarrollo y la evolución de este mundo tan especial.
Historia
Los polímeros biodegradables tienen una larga historia y han sido utilizados por los humanos desde la antigüedad. Uno de los primeros materiales biodegradables son las "suturas intestinales", comúnmente utilizadas en cirugía y cuyo uso se remonta al año 100 a. C. Las suturas intestinales se elaboran a partir de intestinos de oveja, y en la actualidad se elaboran en su mayoría a partir de colágeno purificado de los intestinos de vacas, ovejas o cabras.
En 1992, expertos de todo el mundo en el campo de los polímeros biodegradables se reunieron para discutir definiciones y normas en este campo.
Con el avance de la tecnología, el concepto de plásticos biodegradables sintéticos comenzó a surgir en la década de 1980. En particular, en 2012, el profesor George Coates de la Universidad de Cornell ganó el premio “Presidential Green Chemistry Challenge Award”, que impulsó aún más el desarrollo de este campo.
Estructura y propiedades
Las propiedades de los polímeros biodegradables están estrechamente relacionadas con su estructura, y normalmente estos polímeros están compuestos por enlaces éster, amida o éter. Estos polímeros se pueden dividir en dos categorías principales: una son los "agropolímeros", como los polisacáridos de plantas; la otra son los "biopoliésteres", que están hechos de microorganismos o monómeros sintéticos.
Los polímeros biodegradables deben ser estables y duraderos, pero se degradan fácilmente durante su eliminación.
Además de la estructura, la solubilidad en agua y el peso molecular de estos polímeros afectarán su tasa de degradación, y estas características son particularmente importantes cuando se aplican a la administración de medicamentos y materiales médicos.
Síntesis
La síntesis de polímeros biodegradables se basa principalmente en la síntesis de poliésteres, que normalmente se lleva a cabo mediante condensación directa, polimerización por apertura de anillo, etc. En particular, el uso de la polimerización por apertura de anillo permite una producción rápida y eficiente de poliésteres, sin embargo, se requiere la eliminación continua del agua del subproducto para facilitar la reacción.
El uso de catalizadores metálicos ha sido aprobado como aditivos alimentarios, pero todavía existen algunas preocupaciones sobre sus aplicaciones biomédicas.
Además, para mejorar las propiedades mecánicas, muchos biopolímeros se mezclan o combinan con otros polímeros, lo que no solo puede mejorar la resistencia sino también mejorar el rendimiento del procesamiento.
Mecanismo de degradación
El proceso de degradación de los polímeros biodegradables generalmente se divide en dos categorías: degradación física y degradación biológica. La degradación física puede incluir hidrólisis y fotodegradación, mientras que la degradación biológica puede dividirse en procesos aeróbicos y anaeróbicos.
El objetivo final de los polímeros biodegradables es degradarse completamente en gases no tóxicos, agua y otras sales inorgánicas.
Además de las propiedades del propio polímero, factores ambientales como el pH, la temperatura y el tipo de microorganismos también afectan el proceso de degradación.
Aplicaciones y usos
Los polímeros biodegradables han demostrado un gran potencial en muchos campos, como la medicina, la agricultura y el envasado, especialmente en los sistemas de liberación de fármacos. La biocompatibilidad y las propiedades de degradación controlada de estos polímeros los convierten en portadores ideales para la liberación de fármacos en sitios específicos.
Por ejemplo, el ácido poliláctico (PLA) y el ácido poli(láctico-co-glicólico) se utilizan ampliamente en la administración de medicamentos contra el cáncer.
A medida que avanza la tecnología, estos materiales también se utilizan en la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa para apoyar la regeneración y reparación de tejidos y órganos dañados.
En el campo del embalaje, los polímeros biodegradables como el PLA están reemplazando gradualmente a los materiales tradicionales derivados del petróleo para ayudar a reducir los desechos.
Perspectivas de futuro
A medida que la comunidad científica se preocupa cada vez más por las cuestiones ambientales, la investigación y las aplicaciones de polímeros biodegradables seguirán aumentando. Sin embargo, frente a los desafíos en rendimiento, seguridad y costos, ¿podemos encontrar soluciones innovadoras para lograr realmente un desarrollo verde?
