Predstavljaju važan dio u području polimera sa svojstvima biorazgradivosti i biokompatibilnosti, a imaju primjenu u biotehnološkim, biomedicinskim, znanostima kao i u tkivnom inženjeringu. Zbog velike pozornosti u istraživanjima, te korištenju u regeneraciji tkiva sa mogućnošću razgradnje in vivo enzimima ili neenzimatski. U primjeni su zbog kemijskih i mehaničkih svojstava, koja se mogu prilagođavati ovisno o zahtjevima i namjeni te funkcionalnim aplikacijama. Istraživanja motivirana u polimernom području iz obnovljivih izvora kao što je biomasa, imaju pregled i smisao u razvoju inovativnih metodologija te određuju buduće smjerove i trendove.
Sa svestranim oblikovanjem izvanstaničnog matriksa koji može podržati regeneraciju tkiva. Posljednjih desetljeća proizvodnja bioaktivnih materijala na bazi prirodnih polimera kao što su; derivati proteina, na bazi polisaharida je sve intenzivnija. Upotreba takvih materijala postaje izazov u području zdravstva gdje se vrši regeneracija tkiva kože, sa postizanjem najvišeg stupnja biomimikrije. Biopolimeri dobiveni prirodnim putem sa ECM podrškom kao što su (kolagen, želatina, hijaluronska kiselina, hitozan i alginat); sa antibakterijskim i protuupalnim svojstvima.
Kolagen kao najzastupljeniji protein sa identificiranih 29 vrsta, uz izvrsna mehanička svojstva, trostruko spiralne tercijalne strukture jedan je od najviše korištenih biomaterijala. Samo nekoliko njih je u upotrebi zbog alergijskih reakcija i prijenosa patogena, s obzirom da je to protein životinjskog podrijetla. Alternativa može biti kolagen iz stanica sisavaca, insekata i kvasaca, iz heterologne ekspresije ili proizveden od strane bakterijske vrste Escherichia coli. Kolagen se istražuje u smislu isporuke lokaliziranih lijekova sa niskom molekulskom masom kao što su antibiotici. Keratin kao netopljivi protein i kao strukturna komponenta (vune, perja, kose i dr.), koristi se nakon ekstrakcije iz biomase. Hijaluronska kiselina kao polisaharid sastavljena od glukuronske kiseline korištena je za stvaranje hidrogelova i kao platforma za isporuku lijekova. Hitozan je derivat hitina i kao netoksičan za primjenu ima odobrenje od FDA (Food and Drug Administration); kao dodatak hrani.
Biokompatibilan sa anitimikrobnim svojstvima, uz mogućnost adsorpcije iona teških metala kao i svojstvima hidratacije ima primjenu u kozmetičkoj industriji i tkivnom inženjerstvu. Celuloza i škrob kao najvažniji polisaharidi, a uz njih postoji velik interes i za kompleksnije ugljikohidrate (proizvedene od strane bakterija i gljivica); kao što su (ksantan, pululan i hijaluronska kiselina). Gdje je zastupljeno više vrsta ugljikohidrata. Zbog takvih razlika i enzimi koji kataliziraju reakcije hidrolize kod biorazgradnje pojedine vrste polisaharida mogu se međusobno zamijeniti.
Škrob kao materijal brojnih biljnih vrsta proizveden u obliku granula različitog sastava. Zagrijavanjem pod tlakom se razara kristalna struktura škroba i dobiva se amorfni-termoplastični škrob. Geliranjem, ekstrudiranjem, te homogenizacijom sa plastifikatorom dobiva se konačna verzija molekularne strukture. Primjenjuje se u poljoprivredi, medicini i prehrambenoj industriji. Celuloza prisutna u strukturi biljaka kao polisaharid kristalne strukture slična je škrobu, a njezinom kemijskom modifikacijom dobivaju se najvažnije skupine celuloznih polimera (celulozni nitrat, celulozni acetat, celulozni eteri-karboksimetilna celuloza i regenerirana celuloza).
Tijekom intenzivnih istraživanja na područjima polimera iz bioosnove dobiveni su organsko-celulozni esteri, od kojih su najvažniji; celulozni acetat (CA), celulozni acetat-propionat (CAP) i celulozni acetat butirat (CAB). Regenerirana celuloza je najprimjenjivaniji polimer na bioosnovi u proizvodnji vlakana. Proteini glutena iz vrste roda Triticum, a gluten i srodni proteini iz drugih žitarica klasificirani su kao “prolamini„ koje Osborne klasificira na temelju njihove ekstrakcije u otapalima. Razlikuju se četiri vrste; albumin globulin, glijadin i glutenin.
Proteinski materijal kao što je želatina sa naprednim tehnologijama projektira se i proizvodi kao funkcionalni protein-rekombinantni, u regeneraciji tkiva i kao biosenzor. U prehrani gdje se najviše koristi u dodacima kao i u drugim specijaliziranim primjenama.
Cilj istraživačkih trendova na području biorazgradivih polimera i kompozita je njihova primjena sa poboljšanjem svojstava i funkcionalnosti od laboratorija do industrije. A s obzirom na njihove ograničene količine kao i visoku cijenu, na tržištu su još uvijek prisutne ograničene količine. Zbog sve manje korištenja mikroplastike kao i zbog politike u smjeru razvoja biorazgradivih polimera kao nove genaracije ˵pametnih˵ biomaterijala. Može se očekivati njihovo stalno korištenje u staničnim pokusima (tkivnom inženjerstvu); i biomedicinskoj primjeni. U istraživačkim studijama sa ciljem boljeg povezivanja materijala sa stanicama ili u interakcijama s biomolekulama.
Petra Vinceković dipl.ing.agr., Doktoranda
