Материаловедение

Биодеградирующие материалы

К биодеградирующим материалам относятся такие материалы, которые способны разрушаться под действием биологических факторов. Наибольшее распространение получили два вида биодеградирующим материалов: медицинские и упаковочные.

Биодеградиующие медицинские материалы способны разлагаться в организме человека со временем при помощи различных ферментов. Они способны разрушаться после определенного времени имплантации с образованием нетоксичных продуктов, которые выводятся организмом или усваиваются им. Поэтому наиболее перспективными областями применения таких материалов в медицине являются: шовные нити, матрицы для доставки лекарств в определенные участки организма, сердечно-сосудистые, стоматологические и ортопедические имплантируемые временные крепежные элементы.

Биодеградирующие материалы

Использование биодеградирующих материалов лежит в основе одной из самых перспективных технологий создания органов из клеток пациента. Согласно этим технологиям из биодеградирующих материалов формируется своеобразный каркас с губчатой структурой, в ячейки которой можно имплантировать клетки реципиента, способные там развиваться. При этом возникает возможность прорастания такого искусственного образования сосудами с последующим рассасыванием биодеградирующего материала и его заменой собственной соединительной тканью. Такие технологии можно использовать для замещения пластических дефектов, восполнения нехватки мягких и хрящевых тканей. В частности, с их помощью пересаживают хрящи и мочевые пузыри, созданные из клеток реципиента на основе коллагенового каркаса.

Основным фактором, сдерживающим клиническое применение новых биодеградирующих материалов, является проблема регулируемости и контролируемости процессов биодеструкции того или иного изделия в реальных условиях организма. В связи с этим особое внимание уделяется исследованиям, направленным на разработку системы методов прогнозирования времени жизни имплантатов из биодеградирующих материалов с полностью охарактеризованными физико-химическими и механическими свойствами. Кроме того, при использовании биодеградирующих материалов могут возникать воспалительные и/или аллергические реакции организма на продукты деструкции материала, проявление канцерогенности, что необходимо учитывать при определении сроков тестирования биодеградируемых имплантатов.

Биоразлагаемые полимеры, применяемые в медицине, гидролизуются в организме при помощи различных ферментов.

Одними из первых в тканевой инженерии стали применяться биодеградируемые биоматериалы на основе полимеров органических кислот, например молочной и гликолевой. Матрицы на основе органических кислот легли в основу создания таких органов и тканей, как кожа, кость, хрящ, сухожилие, мышцы (поперечнополосатая, гладкая и сердечная), тонкая кишка и др. Особое место среди материалов для биоматриц-носителей занимают коллаген, хитозан и альгинат.

В последние годы возрастает интерес к бактериальным полиэфирам (полигидроксиалканотам), физико-химические, механические и технологические свойства которых делают их привлекательными для разработки шовных материалов, мембран, временных каркасов для гибридных органов, систем для пролонгированных форм лекарственных веществ.

Биодеградиующие упаковочные материалы способны разлагаться в почве под воздействием микроорганизмов или подвергаться быстрой эрозии под воздействием окружающей среды с последующей деградацией микроорганизмами.

Актуальность разработки биодеградирующих материалов обусловлена ускоренным ростом потребления полимерной упаковки, что неизбежно ведет к экологической угрозе населению, поскольку использованная упаковка большей частью не уничтожается, а время ее деградации в окружающей среде составляет десятки лет. Для придания упаковке способности к биодеградации ее создают на основе природных полимеров (крахмал, хитозан, полигидроксиалканоты, производные целлюлозы и др.) или композитов из синтетических и природных полимеров.

Биодеградиующиее полимерные материалы широко используются для изготовления не только упаковки для пищевых продуктов, но также разнообразных видов изделий, контактирующих с пищей, включая одноразовые ножи, вилки, ложки, тарелки, стаканы для питья, чашки для салатов, пленочные обертки для продуктов, соломки, палочки для перемешивания коктейля, крышки, контейнеры для дозировки деликатесов и пищи быстрого приготовления и т.д.

Все большее применение получают нанокомпозиты на основе биодеградируемых полимеров и наноглин, которые обладают лучшими механическими и термическими свойствами, а также быстрее разлагаются за счет уменьшения степени кристалличности полимера. В процессе биодеградации макромолекулы сначала распадаются на олигомеры, которые затем перерабатываются бактериями. Во многих случаях продуктами распада являются углекислый газ и вода.

В настоящее время производится множество биоразлагаемых материалов, в том числе на основе: сополимеров полигидроксибутирата и полигидроксивалерата; гидроксикарбоновой кислоты и ее лактида; ацетата целлюлозы с различными добавками и пластификаторами; полиамида-6 (6,6) с добавками природного происхождения и синтетических биоразлагаемых олигомеров. Широкое распространение находят упаковки на основе капролактама, биоразлагаемые на открытом воздухе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *