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Biopolímero

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A celulose é um biopolímero.

Biopolímeros são polímeros produzidos por seres vivos; os polímeros são compostos por unidades monoméricas. São exemplos de biopolímeros biossintetizados por organismos vivos: celulose, amido, quitina (formados pela ligação de açucares); proteínas, péptidos (formados pela ligação de aminoácidos); ADN e ARN (formados pela ligação de nucleotídeos). Biopolímeros, também podem ser sintetizados quimicamente a partir de materiais biológicos[1].

Devido a sua decomposição ser mais rápida, em condições favoráveis, os biopolímeros são uma das principais alternativas aos materiais plásticos derivados do petróleo. Muitos estudos estão ocorrendo na área a fim de viabilizar seu uso como produto final em diversas aplicações, pois essa classe de polímeros apresenta um grande potencial de substituição para os polímeros obtidos a partir de fontes fosseis. Exemplo de biopolímeros são: amido, o poli (ácido lático) – PLA, o polihidroxibutirato – PHB, e o poIihidroxibutirato-co-polihdroxihexanoato – PHBHx.[2]

Aplicações

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Capinha de celular

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Substituição de capinhas a base de TPU por capinhas a base de biopolímeros fabricados através de amido e seus impactos voltados a decomposição e propriedades mecânicas. As capinhas de celulares se popularizaram em meados de 2014, com a popularização do smartphone. Desde então a tendência tem aumentado cada vez mais, assim como os problemas ambientais advindos das mesmas. Para a fabricação das capinhas de celular é utilizado normalmente polímeros termorrígidos, que são prejudiciais ao meio ambiente, como o exemplo do TPU. Atualmente são descartadas de 1 a 2 bilhões de capinhas de celulares, muito desse dado é adivinho do fato de o tempo de utilização de uma capinha normalmente não ultrapassa dois anos. Fazendo com que essas sejam descartadas e acabem indo para lixões ou até mesma descartada em oceanos.

PLA + Amido

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O PLA ( Ácido Polilático) é um acido orgânico produzido através de origem biológica, que é obtido através de recursos renováveis. Esse misturado, ao amido torna possível a obtenção de um biopolímero com propriedades compatíveis ao TPU para ser utilizado na fabricação de capinhas de celular. Sendo possível, ir substituindo gradativamente a utilização de TPU no processo de fabricação de capinhas para futuramente os problemas ambientais sejam amenizados.

Propriedades Mecânicas

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O amido acrescentado a matriz polimérica do PLA trás propriedades mecânicas, que interferem na resistência do material, mensurado principalmente pelo Módulo de Young . Fazendo com que o mesmo fique com uma maior tenacidade e com propriedades que tornam viável sua utilização em capinhas de celular, para que a mesma proteja com eficiência

Aplicações dos Biopolímeros

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As aplicações dos biopolímeros podem ser classificadas em dois campos principais: biomédica e industrial.[3]

Biomédica

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Como um dos principais objetivos da engenharia biomédica é mimetizar partes do corpo para que mantenham as suas funções normais, devido às suas propriedades biocompatíveis, os biopolímeros são amplamente utilizados em engenharia de tecidos, dispositivos médicos e na indústria farmacêutica.[4] Muitos biopolímeros podem ser utilizados em medicina regenerativa, engenharia de tecidos, administração de fármacos e outras aplicações médicas devido às suas propriedades mecânicas. Oferecem características como facilitação da cicatrização de feridas, catálise por bioatividade e não toxicidade.[5] Em comparação com os polímeros sintéticos, que podem apresentar diversas desvantagens, como a rejeição imunogénica e a toxicidade após a degradação, muitos biopolímeros tendem a integrar-se melhor no organismo, uma vez que possuem estruturas mais complexas, semelhantes às do corpo humano. [carece de fontes?]

Mais concretamente, os polipeptídeos como o colagénio e a seda são materiais biocompatíveis que estão a ser utilizados em pesquisas pioneiras, por serem materiais baratos e de fácil obtenção. O polímero de gelatina é frequentemente utilizado em pensos, onde atua como adesivo. As estruturas e películas de gelatina permitem que as estruturas armazenem medicamentos e nutrientes que podem ser utilizados na cicatrização de feridas.

Sendo o colagénio um dos biopolímeros mais utilizados nas ciências biomédicas, explicaremos alguns exemplos das suas utilizações:

Sistemas de libertação de fármacos à base de colagénio: As películas de colagénio atuam como uma membrana de barreira e são utilizados para tratar infeções teciduais, como infeções do tecido da córnea ou cancro do fígado.[6] As películas de colagénio têm sido utilizados como transportadores para a entrega de genes que podem promover a formação de osso.

Esponjas de colagénio: As esponjas de colagénio são utilizadas como pensos para tratar vítimas de queimaduras e outros ferimentos graves. Os implantes à base de colagénio são utilizados para células de pele cultivadas ou transportadores de fármacos, utilizados em queimaduras de pele e substituição de enxertos de pele.[6]

Colagénio como hemostático: Quando o colagénio interage com as plaquetas, provoca uma rápida coagulação sanguínea. Esta coagulação rápida produz uma rede temporária para que o estroma fibroso possa ser regenerado pelas células hospedeiras. Os hemostatos à base de colagénio reduzem a perda de sangue dos tecidos e auxiliam no tratamento de órgãos com hemorragia, como o fígado e o baço.

A quitosana é outro biopolímero utilizado na investigação biomédica derivado da quitina, que é o principal componente do exoesqueleto dos artrópodes e o segundo biopolímero mais abundante no mundo. [4] A quitosana tem muitas características excelentes para a ciência biomédica: é biocompatível, altamente bioativa, o que significa que estimula uma resposta benéfica no corpo, pode ser biodegradável, o que pode eliminar a necessidade de uma segunda operação cirúrgica em aplicações de implantes, pode formar géis e películas e é seletivamente permeável.

Quitosana na administração de fármacos:' A quitosana é utilizada principalmente na administração de fármacos, uma vez que tem o potencial de melhorar a absorção e a estabilidade dos fármacos. Além disso, a quitosana conjugada com agentes anticancerígenos pode também produzir melhores efeitos anticancerígenos, provocando a libertação gradual dos fármacos nos tecidos cancerígenos.[7]

Quitosana como agente antimicrobiano: A quitosana é utilizada para interromper o crescimento de microrganismos. Desempenha funções antimicrobianas em microrganismos como algas, fungos e bactérias.

Mistura de quitosano para engenharia de tecidos:' O pó de quitosano misturado com alginato é utilizado para formar pensos funcionais. Estes pensos criam um ambiente húmido e biocompatível para auxiliar no processo de cicatrização. Estes pensos são também biodegradáveis ​​e possuem estruturas porosas que permitem o crescimento das células sobre o penso. [4] Além disso, as quitosanas tioladas (ver tiómeros) são utilizadas na engenharia de tecidos e na cicatrização de feridas, uma vez que estes biopolímeros podem reticular-se através de pontes dissulfeto para formar redes tridimensionais estáveis.[8][9]

Industrial

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Alimentos: Os biopolímeros são utilizados na indústria alimentar para embalagens, películas de encapsulamento comestíveis e revestimentos alimentares. O ácido polilático (PLA) é muito utilizado na indústria alimentar devido à sua cor clara e resistência à água. No entanto, a maioria dos polímeros é de natureza hidrófila e começa a deteriorar-se quando exposta à humidade. Os biopolímeros são também utilizados como películas comestíveis que encapsulam alimentos e estes películas podem conter antioxidantess, enzimass, probióticoss, minerais e vitaminass.

Embalagem: Os biopolímeros mais comuns utilizados para embalagens são os poli-hidroxialcanoatoss (PHAs), o ácido polilático (PLA) e o amido. O amido e o PLA estão disponíveis comercialmente e são biodegradáveis, o que os torna uma escolha comum para utilização em embalagens. No entanto, as suas propriedades de barreira (barreira à humidade ou barreira aos gases) e propriedades térmicas não são as ideais. Os polímeros hidrófilos não são resistentes à água, que pode penetrar na embalagem e afetar o seu conteúdo. O ácido poliglicólico (PGA) é um biopolímero com boas propriedades de barreira e está agora a ser utilizado em vez do PLA ou do amido.

Purificação da água: A quitosana tem sido utilizada para a purificação da água. É utilizada como um floculante que demora apenas alguns meses (em vez de anos) a degradar-se no ambiente. A quitosana purifica a água por quelação. Este é o processo pelo qual os sítios de ligação ao longo da cadeia do polímero se ligam aos iões metálicos da água para formar [[quelatos]. A quitosana é uma excelente candidata para utilização no tratamento de águas residuais e águas pluviais.[10]

Referências

  1. ↑ «Biopolymers». VEDANTU. Consultado em 8 de maio de 2022 
  2. ↑ BRITO, G.F, P. Agrawal, E. M. Araújo, T. J. A. Mélo. Biopolímeros, Polímeros Biodegradáveis e Polímeros Verdes. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, Campina Grande, v.6.2, 127-139, 2011.
  3. ↑ Erro de citação: Etiqueta <ref> inválida; não foi fornecido texto para as "refs" nomeadas Applications of Discrete Synthetic
  4. ↑ a b c Yadav, P.; Yadav, H.; Shah, V. G.; Shah, G.; Dhaka, G. (2015). «Biomedical Biopolymers, their Origin and Evolution in Biomedical Sciences: A Systematic Review». Journal of Clinical and Diagnostic Research. 9 (9): ZE21–ZE25. PMC 4606363Acessível livremente. PMID 26501034. doi:10.7860/JCDR/2015/13907.6565 
  5. ↑ Rebelo, Rita; Fernandes, Margarida; Fangueiro, Raul (1 de janeiro de 2017). «Biopolymers in Medical Implants: A Brief Review». Procedia Engineering. 3rd International Conference on Natural Fibers: Advanced Materials for a Greener World, ICNF 2017, 21–23 June 2017, Braga, Portugal (em inglês). 200: 236–243. ISSN 1877-7058. doi:10.1016/j.proeng.2017.07.034 
  6. ↑ a b Yadav, Preeti; Yadav, Harsh; Shah, Veena Gowri; Shah, Gaurav; Dhaka, Gaurav (setembro de 2015). «Biomedical Biopolymers, their Origin and Evolution in Biomedical Sciences: A Systematic Review». Journal of Clinical and Diagnostic Research. 9 (9): ZE21–ZE25. ISSN 2249-782X. PMC 4606363Acessível livremente. PMID 26501034. doi:10.7860/JCDR/2015/13907.6565 
  7. ↑ Bernkop-Schnürch, Andreas; Dünnhaupt, Sarah (2012). «Chitosan-based drug delivery systems». European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics (em inglês). 81 (3): 463–469. PMID 22561955. doi:10.1016/j.ejpb.2012.04.007 
  8. ↑ Federer, C; Kurpiers, M; Bernkop-Schnürch, A (2021). «Thiolated Chitosans: A Multi-talented Class of Polymers for Various Applications». Biomacromolecules. 22 (1): 24–56. PMC 7805012Acessível livremente. PMID 32567846. doi:10.1021/acs.biomac.0c00663 
  9. ↑ Leichner, C; Jelkmann, M; Bernkop-Schnürch, A (2019). «Thiolated polymers: Bioinspired polymers utilizing one of the most important bridging structures in nature». Adv Drug Deliv Rev. 151-152: 191–221. PMID 31028759. doi:10.1016/j.addr.2019.04.007 
  10. ↑ Desbrières, Jacques; Guibal, Eric (2018). «Chitosan for wastewater treatment». Polymer International (em inglês). 67 (1): 7–14. ISSN 1097-0126. doi:10.1002/pi.5464 
  • Poly(lactic acid)/starch composites: Effect of microstructure and morphology of starch granules on performance - Scientific Figure on ResearchGate. Available from: https://www.researchgate.net/figure/Effect-of-concentration-of-corn-starch-on-tensile-properties-of-PLA-starch-composites_fig4_318591542 [accessed 28 Jun, 2021]
  • Shirai, Marianne Ayumi et al. Poly(lactic acid)/thermoplastic starch sheets: effect of adipate esters on the morphological, mechanical and barrier properties. Polímeros [online]. 2016, v. 26, n. 1 [Accessed 28 June 2021] , pp. 66-73. Available from: <https://doi.org/10.1590/0104-1428.2123>. Epub 04 Mar 2016. ISSN 1678-5169. https://doi.org/10.1590/0104-1428.2123.
  • Matheus Pereira Ribeiro, Lucas de Mendonça Neuba, Pedro Henrique Poubel Mendonça da Silveira, Fernanda Santos da Luz, André Ben-Hur da Silva Figueiredo, Sergio Neves Monteiro, Mariane Oliveira Moreira, Mechanical, thermal and ballistic performance of epoxy composites reinforced with Cannabis sativa hemp fabric,Journal of Materials Research and Technology, Volume 12, 2021, Pages 221-233,
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