Biyobozunur polimerler, geleneksel polimerlerin petrol içermesi ve doğada uzun yıllar kaybolmaması gibi dezavantajları sebebiyle son yıllarda ilgi çeken bir konu. Fosil yakıtların yerine bitkisel yağ, mısır nişastası veya mikrobiyota kullanılarak elde edilen biyobozunur polimerler; bakteri, mantar gibi biyolojik ajanlarla bozunurlar. Bozunma sonucunda karbondioksit, metan, su, inorganik bileşikler ortaya çıkar.
Biyobozunma Nasıl Gerçekleşir?
“Biyobozunur” kelimesi farklı araştırmacılar tarafından aşağıdaki gibi açıklanmıştır:
- Doğal ortamda, mikroorganizmalar tarafından gerçekleştirilen enzimatik reaksiyon ile karbondioksit ve su gibi basit moleküllere dönüşebilen malzemeler (Armentano ve ark., 2013)
- Yeşil bitkiler, hayvanlar, bakteriler ve mantarlar tarafından, yaşam döngüsü esnasında doğal yolla üretilen polimerler (Singh, 2011)
- Doğal süreç içerisinde biyokütle tarafından meydana getirilen, ortamda bulunan mikroorganizmalar tarafından parçalanarak bileşenlerine ayrışan ve çevreye zarar vermeyen malzemeler (Yoruç&Uğraşkan, 2017)
American Society for Testing Materials (ASTM), doğada bulunan bakteri, mantar, alg, maya ve diğer mikroorganizmaların etkisi ile bozunabilen polimerleri biyobozunur polimer olarak tanımlamıştır. Biyobozunmanın gerçekleşmesi için 3 temel şart gerçekleşmelidir. Bunlar; organizma, substrat ve çevredir. Bu şartlardan herhangi biri sağlanmadığında bozunma gerçekleşmez. Biyobozunma hücre içi ve hücre dışı olarak iki aşamada gerçekleşir. Hücre dışında polimer aerobik veya anaerobik koşullarda mikroorganizmanın ürettiği endo veya ekzoenzimlerle katalizlenen biyokimyasal tepkimelerle bozunmaya uğrar. Hücre içinde ise hücreye girebilecek kadar küçük oligomerler sayesinde organizma enerji kazanır ve aynı zamanda karbondioksit, metan, azot, su, gibi bileşenler açığa çıkar. Bu işleme mineralizasyon denir.
Biyobozunur Polimerlerin Sınıflandırılması
Biyobozunur polimerler elde edildikleri kaynağa göre Doğal ve Sentetik Polimerler olarak sınıflandırılır.
Doğal biyobozunur polimerler selüloz, kitin, nişasta, hyaluronik asit, aljinat, kolajen, jelatin, fibrin, fibrinojen, ipek, gluten olarak örneklendirilebilir. Bu sınıfa ait polimerler biyokütle, tarımsal veya mikroorganizma kaynaklı olabilir.
Sentetik biyobozunur polimerlere ise polilaktik asit (PLA), poliglikolik asit (PGA), polikaprolakton (PCL), poliüretan, poliesteramid gibi örnekler verilebilir. Bu sınıf polimerlerden PLA ve PGA biyokaynaklı monomerlerin polimerizasyonu ile üretilirken PCL ve PU petrol kaynaklı ürünlerden elde edilir. Bu polimerler kimyasal hidroliz yoluyla parçalanır ve vücut içerisindeki enzimatik olaylara karşı duyarsızdır. Bu sebeple biyomedikal uygulamalarda kullanılırken vücut içindeki bozunmaları değişmez. Yani her hastada aynı etkiyi gösterir. PLA ve PGA, FDA (ABD Gıda ve İlaç İdaresi) tarafından onaylı sentetik biyobozunur polimerlerdir.
Biyobozunur Polimer Çeşitlerine Göre Kullanım Alanları
Biyobozunur polimerlerin geleneksel polimerlere göre birçok avantajı olması sebeiyle oldukça yaygın kullanım alanları vardır.
- Doğal polimerlerden kolajen, glikozaminoglikan, nişasta, kitin gibi polimerler kıkırdakları ve kemikleri onarmak ve cildi sıkılaştırarak daha genç görünüm vermek için kullanılır.
- Kolajen ve fibrinojen, biyomedikal uygulamalarda doku iskelesi oluşturmada kullanılır. Biyomalzeme olarak doku nakillerinde sıklıkla tercih edilir.
- Nişasta, bitki yapraklarından veya tohumlarından elde edildiği için bulunması kolay ve oldukça verimli bir polimerdir. Granülleri su ile ısıtıldığında şişer ve jelatinleşir. Ayrıca yenilenebilir ve ucuz olması gibi sebeplerle kağıt, plastik ambalaj, ilaç, tekstil ve gıda sanayi gibi birçok alanda kullanılır.
- PGA, diğer biyobozunur polimerlere göre kristalleşmesi yüksek bir polimerdir. Bu sebeple organik çözücüde çözünmez ve hidrofilik yapıya sahiptir. Cerrahi dikiş ipliklerinde kullanılır. İmplantasyon sonrası 2-4 hafta içinde bozunur
- PLA, mükemmel şeffaflığa sahiptir. Şeffaflığından dolayı amorf özelliğe sahiptir ve ısı direnci zayıftır. Bu nedenle ısı ile işlenen ambalajlarda kullanılmazlar. İçecek ve kozmetik şişelerinde ve zirai alanda fidelerin etrafına sarılan filmlerde kullanılır.
- PCL, klorlu çözücülerle çözünebilir. Biyobozunması diğer polimerlere göre yavaş gerçekleşir. Yapıştırıcılarda, ilaç sanayi, boya ve ambalaj sektörlerinde kullanılır.
Kaynaklar
- Mühendislik Alanında Yeni Ufuklar, Bölüm 11-Mithat ÇELEBİ, İdris KARAGÖZ
- Biyobozunur Plastik Ambalaj Malzemeleri- Prof. Dr. Baki HAZER
- essentialchemicalindustry.org
- wasterecyclingmachines.com
