Polihydroksyalkanolany

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Poli[(R)-3-hydroksymaślan]
PHB - przykładowy polihydroksyalkanolan
PHB - przykładowy polihydroksyalkanolan
Ogólne informacje
Monomery kwas (R)-3-hydroksymasłowy
Struktura meru -[-O-CH(CH3)-CH2-C(=O)-]-
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Polihydroksyalkanolany (PHA) - polimery biodegradowalne należące do grupy poliestrów alifatycznych zbudowane ze 100 - kilku tysięcy reszt kwasów hydroksykarboksylowych. Charakteryzują się dużą różnorodnością monomerów o budowie ogólnej HO-CHR-(CH2)x-COOH, x = 1–3. Wytwarzane przez bakterie w procesie fermentacji cukrów lub lipidów jako materiał zapasowy. Znajdują zastosowanie m.in. do produkcji implantów i sztucznych tkanek oraz jako biodegradowalne tworzywa sztuczne, zarówno termoplastyczne, jak i elastomery o temperaturze topnienia od 40 do 180 °C[1].

Biosynteza[edytuj | edytuj kod]

Różne szczepy bakterii Bacillus subtilis mogą wytwarzać polihydroksyalkanolany

W celu produkcji PHA, hoduje się kultury bakterii, jak na przykład Alcaligenes eutrophus, aż ich populacja osiągnie odpowiedni poziom. Wówczas zmienia się skład pożywki aby zmusić bakterię do syntezy PHA. Powstałe PHA może stanowić nawet 80% suchej masy.

Biosynteza PHA jest zwykle wywoływana skutkiem niedoboru makroelementów (np. fosforu, azotu, pierwiastków śladowych, tlenu) lub nadmiarem węgla.

Poliestry są magazynowane w komórkach w formie granulek. W zależności od gatunku bakterii oraz warunków hodowli, z różnych hydroksykwasów można otrzymać homopolimer lub kopolimer.

PHA dzielimy na:

  • PHA SCL - powstaje z krótkołańcuchowych hydroksykwasów składających się z trzech do pięciu atomów węgla. Wytwarzane przez takie bakterie jak Ralstonia eutropha czy Alcaligenes latus (PHB).
  • PHA MCL - powstaje z hydroksykwasów składających się z sześciu do 14 atomów węgla, wytwarzane przez Pseudomonas putida.

Niektóre bakterie jak Aeromonas hydrophila czyThiococcus pfennigii, syntetyzują kopolimery składające się z dwóch powyższych typów kwasów tłuszczowych bądź zawierają enzymy zdolne do ich syntezy.

Do syntezy PHA mogą być stosowane organizmy glebowe. Przy niedoborze azotu i fosforu produkują kilogram PHA z trzech kilogramów cukru.

Najprostszą i najczęściej występującą odmianą PHA jest polihydroksymaślan (PHB). Zawiera on od 1000 do 30000 jednostek hydroksykwasu.

Właściwości[edytuj | edytuj kod]

Polimery PHA są termoplastyczne i, w zależności od ich składu chemicznego, ciągliwe oraz mniej lub bardziej elastyczne.

Są odporne na działanie promieniowania UV, w przeciwieństwie do innych biopolimerów jak polilaktyd. Wykazuje niską przepuszczalność wilgoci.

Stopień krystaliczności wynosi od kilku do 70%.

PHB ma podobne właściwości do polipropylenu (PP), ma dobrą odporność na wilgoć i stanowi barierę zapachową.

Kopolimer PHA o nazwie PHBV (poli(3-hydroksymaślan-ko-3-hydroksywalerian)) jest mniej sztywny i kruchy, i może być wykorzystywany jako materiał opakowaniowy.

PHA produkowane przez mikroorganizmy mają zastosowanie w medycynie i przemyśle farmaceutycznym, głównie ze względu na ich biodegradowalność.

Przypisy

  1. Chen GQ., Wu Q. The application of polyhydroxyalkanoates as tissue engineering materials.. „Biomaterials”. 26 (33), s. 6565–78, listopad 2005. doi:10.1016/j.biomaterials.2005.04.036. PMID 15946738.