img031 5

mikroorganizmów (grupy estrowe, karboksylowe, hydroksylowe czy eterowe). Polimer nie jest biodegradowalny wtedy, gdy łańcuch główny polimeru zawiera wyłącznie atomy węgla.

Polimery biodegradowalne są to polimery naturalne, a także otrzymywane przez modyfikację polimerów biodegradowalnych oraz wytworzone różnymi metodami syntezy chemicznej i w procesach biotechnologicznych. Pierwszym na świecie polimerem biodegradowalnym otrzymanym metodą biotechnologiczną był BIPOL, który jest poliestrem składającym się z kwasu 3-hydroksymasłowego i kwasu 3-hydroksywalerianowego. W pierwszej połowie XX wieku otrzymano także materiał biodegradowalny z kwasu glikolowego i innych kwasów a-hydroksykarboksylowych. Polimery zbudowane z kwasu mlekowego i gliko-

ł

lowego znalazły zastosowanie w medycynie i farmacji.

Aby wykorzystać polimer biodegradowalny jako nośnik komórek w hodowli (matryca, rusztowanie), szczególną uwagę należy zwrócić na właściwości mechaniczne oraz na czas degradacji polimeru. Idealny polimer biodegradowalny do zastosowania w medycynie powinien charakteryzować się dobrymi właściwości mechanicznymi oraz stanowić dobre podłoże dla wzrostu komórek. Ponadto wykazać się musi brakiem toksyczności produktów rozkładu, biozgodnością, a także łatwością sterylizacj i.

3. Biodegradacja polimerów

Wszystkie polimery biodegradowalne zawierają wiązania chemiczne podatne na biodegradację.

Istnieją dwie drogi rozkładu wiązań chemicznych w polimerach poprzez: degradację enzymatyczną pod wpływem mikroorganizmów, takich jak bakterie, grzyby i glony oraz

degradację hydrolityczną polegającą na rozkładzie polimerów pod wpływem wody, kwasów lub zasad.

Degradacji enzymatycznej podlegają naturalne biopolimery, np. polisacharydy, polipeptydy, proteiny (żelatyna i kolagen) i poli(kwasyp-hydroksylowe).

Degradacja enzymatyczna polimerów dzieli się na aerobową oraz anaerobo-wą.

•    Tlenowa (aerobowa) biodegradacja przebiega następująco:

Polimer biodegradowalny + 0₂-» C0₂ + H₂0 + BIOMASA + pozostałość.

•    Beztlenowa (anaerobowa) biodegradacja przebiega wg równiania: Polimer biodegradowalny -> CO.. + (.'1l₄ + I 1.0 + BIOMASA + pozostałość.

Degradacji hydrolitycznej ulegają głównie polimery kondensacyjne, takie |uk: poliestry, poliamidy, poliuretany i poliwęglany. Wszystkie one zawierają polarne heteroatomy w polimerowym łańcuchu głównym. Dzięki temu polimery hydrofitowe absorbują duże ilości wody, przez co stają się bardziej podatne na degradację hydrol i tyczną. Polimery lipofilowe nie absorbują dużych ilości wody, dzięki czemu są mniej podatne na degradację hydrolityczną.

Z polimerów o łańcuchu całkowicie węglowym jedynie poli(alkohol winylowy - PAV) ulega degradacji hydrolitycznej (ryc. 3.1). Degradacja hydrolitycz-lin tego polimeru przebiega dwuetapowo. Pierwszy etap to kontakt polimeru z llcnem, w którym grupy hydroksylowe PAV ulegają utlenieniu do grup karbony-lowych, zaś w drugim etapie pod wpływem wody następuje rozpad polimeru do mniejszych fragmentów zakończonych grupami karboksylowymi oraz fragmentów posiadających grupy karbonylowe.

¹ -'CHr

CH-

I

OH

CHr

-CH

OH

CH>¹

*2^0

^Chlr

c

II

o

■chr

T

CHj>

' ' ’^CHł c Ct* c CH,'-->    ^    —- I—'CtąCOOH H₃C-C-CH;'----

o    o    8

Hyc, 3.1 . Degradacja hydrolityczną polialkoholu winylowego) wg Kozłowskiego, J998

Biodegradacja polimerów w środowisku naturalnym zależy od:

•    struktury fizycznej polimerów (mały stopień krystaliczności, duży udział luzy amorficznej),

•    dużej hydrofilności łańcucha (obecność grup chemicznych podatnych na działanie enzymów),

•    dużej hydrofilności grup końcowych łańcucha,

•    dużej porowatości polimeru,

•    niskiego ciężaru cząsteczkowego (mikroorganizmy nie degradują syntetycznych polimerów o ciężarze cząsteczkowym wyższym od 20 000),

•    /uwartości struktur rozgałęzionych (mały stopień krystaliczności).

Typ wiązania chemicznego określa głównie podatność polimeru na degrada-ijv. Najhardziej podatne na degradację są wiązania bezwodnikowe, estrowe, a tlilklępnie amidów