Language
Country/Area
No result found
Từ thời cổ đại đến thời hiện đại: sự tiến hóa của polyme phân hủy sinh học!
Khi vấn đề ô nhiễm nhựa ngày càng trở nên nghiêm trọng, các polyme phân hủy sinh học dần trở thành tâm điểm chú ý của toàn cầu. Những polyme này cuối cùng có thể bị phân hủy thành các chất thân thiện với môi trường nhờ hoạt động của vi sinh vật, khiến chúng trở thành chìa khóa để giải quyết các vấn đề môi trường. Tuy nhiên, lịch sử phát triển của polyme phân hủy sinh học và những ứng dụng đa dạng của chúng không dừng lại ở đó. Hôm nay chúng tôi sẽ đưa các bạn khám phá sự phát triển và tiến hóa của thế giới đặc biệt này.
Lịch sử
Các polyme phân hủy sinh học có lịch sử lâu đời và được con người sử dụng từ thời cổ đại. Một trong những vật liệu có khả năng phân hủy sinh học sớm nhất là "chỉ khâu ruột", thường được sử dụng trong các thủ tục phẫu thuật và việc sử dụng nó đã có từ năm 100 trước Công nguyên. Chỉ khâu ruột được làm từ ruột cừu. Ngày nay, chúng chủ yếu được làm từ collagen tinh khiết từ ruột bò, cừu hoặc dê.
Năm 1992, nhiều chuyên gia trong lĩnh vực polyme phân hủy sinh học từ khắp nơi trên thế giới đã tập hợp lại để thảo luận về định nghĩa và tiêu chuẩn của lĩnh vực này.
Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, khái niệm nhựa tổng hợp có khả năng phân hủy sinh học bắt đầu xuất hiện từ những năm 1980. Đặc biệt năm 2012, Giáo sư George Coates của Đại học Cornell đã giành được “Giải thưởng Thử thách Hóa học Xanh của Tổng thống”, thúc đẩy hơn nữa sự phát triển của lĩnh vực này.
Cấu trúc và thuộc tính
Các đặc tính của polyme phân hủy sinh học có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc của chúng và thông thường các polyme này bao gồm các liên kết este, amit hoặc ete. Các polyme này có thể được chia thành hai loại chính: "agripolyme", chẳng hạn như polysacarit từ thực vật và "polyesters sinh học", được tạo ra từ vi sinh vật hoặc monome tổng hợp.
Polyme phân hủy sinh học phải ổn định và bền nhưng dễ bị phân hủy khi thải bỏ.
Ngoài cấu trúc, độ hòa tan trong nước và trọng lượng phân tử của các polyme này sẽ ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy của chúng, những đặc điểm đặc biệt quan trọng khi áp dụng để giải phóng thuốc và vật liệu y tế.
Tổng hợp
Quá trình tổng hợp các polyme phân hủy sinh học chủ yếu dựa vào quá trình tổng hợp polyester, thường thông qua quá trình ngưng tụ trực tiếp, trùng hợp mở vòng, v.v. Đặc biệt, việc sử dụng phương pháp trùng hợp mở vòng cho phép sản xuất polyester nhanh chóng và hiệu quả, tuy nhiên cần phải loại bỏ liên tục nước sản phẩm phụ để tạo thuận lợi cho phản ứng.
Việc sử dụng chất xúc tác kim loại đã được phê duyệt làm phụ gia thực phẩm, tuy nhiên vẫn còn một số lo ngại liên quan đến việc sử dụng y sinh.
Ngoài ra, để cải thiện tính chất cơ học, nhiều polyme sinh học được trộn hoặc kết hợp với các polyme khác, điều này không chỉ giúp tăng cường độ bền mà còn cải thiện tính chất xử lý.
Cơ chế xuống cấp
Quá trình phân hủy của polyme phân hủy sinh học thường được chia thành hai loại: phân hủy vật lý và phân hủy sinh học. Sự phân hủy vật lý có thể bao gồm quá trình thủy phân và phân hủy quang học, trong khi quá trình phân hủy sinh học có thể được chia thành các quá trình hiếu khí và kỵ khí.
Mục tiêu cuối cùng của polyme phân hủy sinh học là phân hủy hoàn toàn thành khí, nước và các muối vô cơ khác không độc hại.
Ngoài các đặc tính của bản thân polyme, các yếu tố môi trường như độ pH, nhiệt độ và các loại vi sinh vật cũng sẽ ảnh hưởng đến quá trình phân hủy.
Ứng dụng và công dụng
Các polyme phân hủy sinh học đã cho thấy tiềm năng to lớn trong nhiều lĩnh vực như y học, nông nghiệp và đóng gói, đặc biệt là trong hệ thống phân phối thuốc, đang ngày càng thu hút được sự chú ý. Khả năng tương thích sinh học và sự phân hủy có kiểm soát của các polyme này khiến chúng trở thành chất mang lý tưởng cho việc giải phóng thuốc tại một vị trí cụ thể.
Ví dụ, axit polylactic (PLA) và poly(axit lactic-co-glycolic) được sử dụng rộng rãi trong việc cung cấp thuốc chống ung thư.
Khi công nghệ tiến bộ, những vật liệu này cũng được sử dụng trong kỹ thuật mô và y học tái tạo để hỗ trợ tái tạo và sửa chữa các mô và cơ quan bị tổn thương.
Trong lĩnh vực bao bì, các polyme phân hủy sinh học như PLA đang dần thay thế các vật liệu truyền thống có nguồn gốc từ dầu mỏ để giúp giảm thiểu chất thải.
Tầm nhìn tương lai
Khi cộng đồng khoa học ngày càng quan tâm đến các vấn đề môi trường, nghiên cứu và ứng dụng các polyme phân hủy sinh học sẽ tiếp tục gia tăng. Tuy nhiên, đối mặt với những thách thức về hiệu suất, an toàn và chi phí, liệu chúng ta có thể tìm ra giải pháp sáng tạo để thực sự đạt được sự phát triển xanh không?
