Полигидроксибутират
Полигидроксибутират ( ПГБ ) представляет собой полигидроксиалканоат (ПНА), полимер, принадлежащий к классу полиэфиров , которые представляют интерес как биопроизводные и биоразлагаемые пластики . [1] Поли-3-гидроксибутиратная (P3HB) форма ПОБ, вероятно, является наиболее распространенным типом полигидроксиалканоата, но другие полимеры этого класса продуцируются различными организмами: к ним относятся поли-4-гидроксибутират (P4HB), полигидроксивалерат (PHV) , полигидроксигексаноат (ПХГ), полигидроксиоктаноат (ПО) и их сополимеры .
Биосинтез [ править ]
ПОБ продуцируется микроорганизмами (такими как Cupriavidus necator , Mmethylobacterium rhodesianum или Bacillus megaterium ), по-видимому, в ответ на условия физиологического стресса; [2] в основном условия, в которых питательные вещества ограничены. Полимер в первую очередь является продуктом ассимиляции углерода (из глюкозы или крахмала ) и используется микроорганизмами в качестве молекулы, запасающей энергию, которая метаболизируется, когда другие распространенные источники энергии недоступны. [ нужна ссылка ]
Микробный биосинтез ПОБ начинается с конденсации двух молекул ацетил-КоА с образованием ацетоацетил-КоА, который впоследствии восстанавливается до гидроксибутирил-КоА. Это последнее соединение затем используется в качестве мономера для полимеризации ПОБ. [3] Гранулы PHA затем восстанавливаются путем разрушения клеток. [4]
Термопластичный полимер [ править ]
Большинство коммерческих пластмасс представляют собой синтетические полимеры, полученные из нефтехимических продуктов . Они имеют тенденцию сопротивляться биоразложению . Пластмассы, полученные из ПОБ, привлекательны тем, что они подлежат компостированию , производятся из возобновляемых источников энергии и являются биоразлагаемыми.
Компания ICI разработала этот материал для стадии пилотного производства в 1980-х годах, но интерес угас, когда стало ясно, что стоимость материала слишком высока, а его свойства не могут сравниться со свойствами полипропилена . Некоторые флаконы были изготовлены для серии шампуней Wella Sanara; пример использования торговой марки «Биопол» находится в коллекции Музея науки Лондоне в .
В 1996 году компания Monsanto (которая продавала ПГБ как сополимер с ПГВ) выкупила все патенты на производство полимера у ICI/Zeneca, включая торговую марку «Биопол» [1] . Однако права Monsanto на Biopol были проданы американской компании Metabolix в 2001 году, а ферментеры Monsanto, производящие ПГБ из бактерий, были закрыты в начале 2004 года. Монсанто начала концентрироваться на производстве ПГБ из растений, а не из бактерий. [5] Но теперь, когда средства массовой информации уделяют так много внимания ГМ-культурам, новостей о планах Monsanto в отношении PHB мало. [6]
Биопол в настоящее время используется в медицинской промышленности для наложения внутренних швов . Он нетоксичен и биоразлагаем, поэтому после восстановления его не нужно удалять. [7]
TephaFLEX — это поли-4-гидроксибутират бактериального происхождения, производимый с использованием процесса рекомбинантной ферментации компанией Tepha Medical Devices и предназначенный для различных медицинских применений, требующих биоразлагаемых материалов, таких как рассасывающиеся шовные материалы . [8]
Свойства [ править ]
- Нерастворим в воде и относительно устойчив к гидролитическому разложению. Это отличает ПОБ от большинства других доступных в настоящее время биоразлагаемых пластиков , которые либо водорастворимы, либо чувствительны к влаге.
- Хорошая кислородопроницаемость.
- Хорошая устойчивость к ультрафиолету, но плохая устойчивость к кислотам и щелочам.
- Растворим в хлороформе и других хлорированных углеводородах. [9]
- Биосовместим и, следовательно, пригоден для медицинского применения.
- Температура плавления 175°С, температура стеклования 2°С.
- Прочность на разрыв 40 МПа , близка к полипропилену.
- Тонет в воде (в то время как полипропилен плавает), способствуя его анаэробному биоразложению в осадках.
- Нетоксичный.
- Менее липкий при плавлении.
История [ править ]
Полигидроксибутират был впервые выделен и охарактеризован в 1925 году французским микробиологом Морисом Лемуаном . [10]
Биодеградация [ править ]
Фирмикуты и протеобактерии могут разлагать ПОБ. Виды Bacillus , Pseudomonas и Streptomyces могут разлагать ПОБ. Pseudomonas lemoigne , Comamonas sp. Acidovorax faecalis , Aspergillus fumigatus и Variovorax paradoxus — почвенные микробы, способные к разложению. Alcaligenes faecalis , Pseudomonas и Illyobacter delafieldi получают из анаэробного ила. Comamonas testosteroni и Pseudomonas stutzeri были получены из морской воды. Лишь немногие из них способны разлагаться при более высоких температурах; особенно за исключением термофильных Streptomyces sp. и термофильный штамм Aspergillus sp. [11]
Ссылки [ править ]
- ^ Лихтенталер, Фридер В. (2010). «Углеводы как органическое сырье». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.n05_n07 . ISBN 978-3-527-30673-2 .
- ^ Акерманн, Йорг-уве; Мюллер, Сюзанна; Лёше, Андреас; Блей, Томас; Бабель, Вольфганг (1995). «Клетки Mmethylobacterium rhodesianum имеют тенденцию удваивать содержание ДНК в условиях ограничений роста и накапливать PHB». Журнал биотехнологии . 39 (1): 9–20. дои : 10.1016/0168-1656(94)00138-3 .
- ^ Штайнбюхель, Александр (2002). Биополимеры, 10 томов с указателем . Вайли-ВЧ . ISBN 978-3-527-30290-1 . [ нужна страница ]
- ^ Жакель, Николя; Ло, Чи-Вэй; Вэй, Ю-Хонг; Ву, Хо-Шинг; Ван, Шоу С. (2008). «Выделение и очистка бактериальных поли(3-гидроксиалканоатов)». Журнал биохимической инженерии . 39 (1): 15–27. Бибкод : 2008BioEJ..39...15J . дои : 10.1016/j.bej.2007.11.029 .
- ^ Пуарье, Ив; Сомервилл, Крис; Шехтман, Ли А.; Сатковски, Майкл М.; Нода, Исао (1995). «Синтез высокомолекулярного поли([r]-(-)-3-гидроксибутирата) в трансгенных растительных клетках Arabidopsis thaliana». Международный журнал биологических макромолекул . 17 (1): 7–12. дои : 10.1016/0141-8130(95)93511-У . ПМИД 7772565 .
- ^ «Пластик, который можно есть» . Проверено 17 ноября 2005 г.
- ^ Каридураганавар, Махадеваппа Ю.; Киттур, Арджуманд А.; Камбл, Равиндра Р. (2014). «Синтез и переработка полимеров». Природные и синтетические биомедицинские полимеры . стр. 1–31. дои : 10.1016/B978-0-12-396983-5.00001-6 . ISBN 9780123969835 .
- ^ Обзор технологий медицинского оборудования Tepha
- ^ Жакель, Николя; Ло, Чи-Вэй; Ву, Хо-Шинг; Вэй, Ю-Хонг; Ван, Шоу С. (2007). «Растворимость полигидроксиалканоатов экспериментально и термодинамические корреляции» . Журнал Айше . 53 (10): 2704–14. Бибкод : 2007AIChE..53.2704J . дои : 10.1002/aic.11274 . ИНИСТ 19110437 .
- ^ Лемуань, М. (1926). «Продукты дегидратации и полимеризации β-оксимасляной кислоты» [Продукт дегидратации и полимеризации β-оксимасляной кислоты]. Бык. Соц. Хим. Биол. (на французском языке). 8 : 770–82.
- ^ Токива, Ютака; Калабия, Буэнавентурада П.; Угву, Чарльз У.; Айба, Сейичи (2009). «Биоразлагаемость пластмасс» . Международный журнал молекулярных наук . 10 (9): 3722–42. дои : 10.3390/ijms10093722 . ПМК 2769161 . ПМИД 19865515 .