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De l'Antiquité à nos jours : l'évolution des polymères biodégradables !
Alors que le problème de la pollution plastique devient de plus en plus grave, les polymères biodégradables sont progressivement devenus le centre de l’attention mondiale. Ces polymères peuvent être décomposés en substances respectueuses de l’environnement par des micro-organismes, ce qui en fait des éléments essentiels pour résoudre les problèmes environnementaux. Mais le développement des polymères biodégradables et leurs diverses applications ne s’arrêtent pas là. Aujourd’hui, nous vous emmenons à la découverte du développement et de l’évolution de ce monde particulier.
Histoire
Les polymères biodégradables ont une longue histoire et sont utilisés par les humains depuis l’Antiquité. L'un des premiers matériaux biodégradables est la « suture intestinale », couramment utilisée en chirurgie et dont l'utilisation remonte à 100 av. J.-C. Les sutures intestinales sont fabriquées à partir d'intestins de mouton, et celles modernes sont principalement fabriquées à partir de collagène purifié à partir d'intestins de vaches, de moutons ou de chèvres.
En 1992, des experts du monde entier dans le domaine des polymères biodégradables se sont réunis pour discuter des définitions et des normes dans ce domaine.
Avec les progrès de la technologie, le concept de plastiques synthétiques biodégradables a commencé à émerger dans les années 1980. En particulier, en 2012, le professeur George Coates de l'Université Cornell a remporté le « Presidential Green Chemistry Challenge Award », ce qui a encore favorisé le développement de ce domaine.
Structure et propriétés
Les propriétés des polymères biodégradables sont étroitement liées à leur structure et ces polymères sont généralement composés de liaisons ester, amide ou éther. Ces polymères peuvent être divisés en deux grandes catégories : l'une est celle des « agropolymères », comme les polysaccharides issus de plantes ; l'autre est celle des « biopolyesters », fabriqués à partir de micro-organismes ou de monomères synthétiques.
Les polymères biodégradables doivent être stables et durables, mais se dégrader facilement lors de leur élimination.
Outre la structure, la solubilité dans l'eau et le poids moléculaire de ces polymères affecteront leur taux de dégradation, et ces caractéristiques sont particulièrement importantes lorsqu'elles sont appliquées à l'administration de médicaments et aux matériaux médicaux.
Synthèse
La synthèse de polymères biodégradables repose principalement sur la synthèse de polyesters, qui s'effectue généralement par condensation directe, polymérisation par ouverture de cycle, etc. En particulier, l'utilisation de la polymérisation par ouverture de cycle permet une production rapide et efficace de polyesters, cependant, l'élimination continue de l'eau sous-produit est nécessaire pour faciliter la réaction.
L’utilisation de catalyseurs métalliques a été approuvée comme additifs alimentaires, mais il existe encore quelques inquiétudes quant à leurs applications biomédicales.
De plus, afin d'améliorer les propriétés mécaniques, de nombreux biopolymères sont mélangés ou composés avec d'autres polymères, ce qui peut non seulement améliorer la résistance mais également améliorer les performances de traitement.
Mécanisme de dégradation
Le processus de dégradation des polymères biodégradables est généralement divisé en deux catégories : la dégradation physique et la dégradation biologique. La dégradation physique peut inclure l’hydrolyse et la photodégradation, tandis que la dégradation biologique peut être divisée en processus aérobies et anaérobies.
Le but ultime des polymères biodégradables est de se dégrader complètement en gaz non toxiques, en eau et en autres sels inorganiques.
Outre les propriétés du polymère lui-même, des facteurs environnementaux tels que le pH, la température et le type de micro-organismes affectent également le processus de dégradation.
Applications et utilisations
Les polymères biodégradables ont montré un grand potentiel dans de nombreux domaines tels que la médecine, l’agriculture et l’emballage, en particulier dans les systèmes de libération de médicaments. La biocompatibilité et les propriétés de dégradation contrôlée de ces polymères en font des supports idéaux pour la libération de médicaments spécifiques à un site.
Par exemple, l’acide polylactique (PLA) et l’acide poly(lactique-co-glycolique) sont largement utilisés dans l’administration de médicaments anticancéreux.
À mesure que la technologie progresse, ces matériaux sont également utilisés dans l’ingénierie tissulaire et la médecine régénérative pour soutenir la régénération et la réparation des tissus et organes endommagés.
Dans le domaine de l’emballage, les polymères biodégradables tels que le PLA remplacent progressivement les matériaux traditionnels dérivés du pétrole pour contribuer à réduire les déchets.
Perspectives d'avenir
Alors que la communauté scientifique est de plus en plus préoccupée par les questions environnementales, la recherche et les applications des polymères biodégradables ne feront que croître. Cependant, face aux défis de performance, de sécurité et de coût, pouvons-nous trouver des solutions innovantes pour parvenir véritablement à un développement vert ?
