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Dall'antichità ai tempi moderni: l'evoluzione dei polimeri biodegradabili!
Mentre il problema dell'inquinamento causato dalla plastica diventa sempre più serio, i polimeri biodegradabili sono gradualmente diventati il centro dell'attenzione globale. Questi polimeri possono essere scomposti in sostanze ecocompatibili dai microrganismi, il che li rende fondamentali per risolvere i problemi ambientali. Tuttavia, lo sviluppo dei polimeri biodegradabili e le loro diverse applicazioni non si fermano qui. Oggi vi porteremo a esplorare lo sviluppo e l'evoluzione di questo mondo speciale.
Storia
I polimeri biodegradabili hanno una lunga storia e sono stati utilizzati dall'uomo fin dall'antichità. Uno dei primi materiali biodegradabili sono le "suture intestinali", comunemente utilizzate in chirurgia, il cui impiego risale al 100 a.C. Le suture intestinali sono realizzate con l'intestino di pecora e, al giorno d'oggi, vengono realizzate principalmente con collagene purificato dall'intestino di mucche, pecore o capre.
Nel 1992, esperti provenienti da tutto il mondo nel campo dei polimeri biodegradabili si sono riuniti per discutere definizioni e standard in questo campo.
Con il progresso della tecnologia, negli anni '80 ha iniziato ad emergere il concetto di plastica sintetica biodegradabile. In particolare, nel 2012, il professor George Coates della Cornell University ha vinto il premio "Presidential Green Chemistry Challenge Award", che ha ulteriormente promosso lo sviluppo di questo campo.
Struttura e proprietà
Le proprietà dei polimeri biodegradabili sono strettamente correlate alla loro struttura e solitamente questi polimeri sono composti da legami estere, ammidici o eterei. Questi polimeri possono essere suddivisi in due categorie principali: una è quella degli "agropolimeri", come i polisaccaridi di origine vegetale; l'altra è quella dei "biopoliesteri", che sono realizzati da microrganismi o monomeri sintetici.
I polimeri biodegradabili devono essere stabili e durevoli, ma al tempo stesso degradarsi facilmente durante lo smaltimento.
Oltre alla struttura, anche la solubilità in acqua e il peso molecolare di questi polimeri influiranno sulla loro velocità di degradazione; queste caratteristiche sono particolarmente importanti quando vengono applicate ai materiali per il rilascio di farmaci e per uso medico.
Sintesi
La sintesi di polimeri biodegradabili si basa principalmente sulla sintesi di poliesteri, che solitamente viene effettuata tramite condensazione diretta, polimerizzazione ad apertura di anello, ecc. In particolare, l'uso della polimerizzazione ad apertura di anello consente una produzione rapida ed efficiente di poliesteri; tuttavia, per facilitare la reazione è necessaria la rimozione continua dell'acqua come sottoprodotto.
L'uso di catalizzatori metallici come additivi alimentari è stato approvato, ma permangono ancora alcune preoccupazioni circa le loro applicazioni biomediche.
Inoltre, per migliorare le proprietà meccaniche, molti biopolimeri vengono miscelati o combinati con altri polimeri, il che può non solo aumentarne la resistenza, ma anche migliorare le prestazioni di lavorazione.
Meccanismo di degradazione
Il processo di degradazione dei polimeri biodegradabili è solitamente suddiviso in due categorie: degradazione fisica e degradazione biologica. La degradazione fisica può comprendere l'idrolisi e la fotodegradazione, mentre la degradazione biologica può essere ulteriormente suddivisa in processi aerobici e anaerobici.
L'obiettivo finale dei polimeri biodegradabili è quello di degradarsi completamente in gas non tossici, acqua e altri sali inorganici.
Oltre alle proprietà del polimero stesso, anche fattori ambientali come il pH, la temperatura e il tipo di microrganismi influenzano il processo di degradazione.
Applicazioni e usi
I polimeri biodegradabili hanno dimostrato un grande potenziale in molti campi, come la medicina, l'agricoltura e il confezionamento, in particolare nei sistemi di rilascio dei farmaci. La biocompatibilità e le proprietà di degradazione controllata di questi polimeri li rendono vettori ideali per il rilascio di farmaci in determinati siti.
Ad esempio, l'acido polilattico (PLA) e l'acido polilattico-coglicolico sono ampiamente utilizzati nella somministrazione di farmaci antitumorali.
Con il progresso della tecnologia, questi materiali vengono utilizzati anche nell'ingegneria tissutale e nella medicina rigenerativa per supportare la rigenerazione e la riparazione di tessuti e organi danneggiati.
Nel campo dell'imballaggio, i polimeri biodegradabili come il PLA stanno gradualmente sostituendo i materiali tradizionali derivati dal petrolio, contribuendo a ridurre gli sprechi.
Prospettive future
Poiché la comunità scientifica è sempre più attenta alle problematiche ambientali, la ricerca e le applicazioni dei polimeri biodegradabili continueranno ad aumentare. Tuttavia, di fronte alle sfide in termini di prestazioni, sicurezza e costi, possiamo trovare soluzioni innovative per realizzare davvero uno sviluppo verde?
