امروزه توجه زیادی به حفظ و نگهداری سیستم های اکولوژیکی می شود. اما اکثر پلیمرهایی که مورد استفاده قرار می گیرند حاصل از شیمی نفت هستند و پلیمرهای زیستی استفاده کمی دارند. پلیمرهای زیستی محیط زیست را آلوده نمی کنند، به موجودات زنده آسیب نمی رسانند و در طبیعت وجود دارند. برای مثال پاکت های پلیمری که در طبیعت تخریب نمی شوند زندگی موجودات دریایی را به مخاطره می اندازند. امروزه این مطلب پذیرفته شده است که استفاده از پلیمرهای با طول عمر بالا برای تهیه محصولاتی با طول عمر کوتاه، مانند استفاده در کاربردهای مهندسی، بسته بندی، صنایع غذایی، جراحی و لوازم بهداشتی مناسب و کافی نیستند. علاوه بر این، رها کردن این مواد پلاستیکی که در طبیعت تخریب نمی شوند باعث ایجاد طبیعتی مسموم خواهد شد. مواد زیست تخریب پذیر از نظر زیست محیطی بسیار ارزشمند هستند. سبز بودن آن ها سبب می شود که استفاده از آن ها به شدت افزایش پیدا کند. پلیمرهای زیست تخریب پذیر امروزه مورد توجه بسیاری از محققین بوده و استفاده از آن ها به عنوان بسترهای پلیمری جامد برای نشاندن گروه های عاملی آلی و فلزات واسطه زمینه تحقیقاتی بسیاری از دانشمندان است.
پلیمرهای زیستی در سال های اخیر رشد بسیار زیادی داشته اند. تعداد زیادی از پلیمرهای زیست تخریب پذیر (سلولز، کیتین، نشاسته، پلی هیدروکسی الکانوات ها، پلی کاپرولاکتون، کلاژن و پلی پپتیدهای دیگر …) وجود دارند که از طبیعت استخراج می شوند یا می توانند سنتز شوند. این پلیمرها می توانند به دو دسته کلی اگرو پلیمرها (مانند پلی ساکاریدها و پروتئین ها) و پلی-استرهای زیست تخریب پذیر (پلی هیدروکسی الکانوات ها، پلی لاکتیک اسیدها و …) تقسیم بندی شوند. متاسفانه برای بسیاری از کاربردها این پلیمرها قابل مقایسه با پلیمرهای سنتزی نیستند و برخی از خواص آن ها بسیار ضعیف تر از این پلیمرها می باشند. بنابراین جهت بهبود خواص این پلیمرها از مواد نانوسایز استفاده می شود (خواصی شامل: سختی، نفوذپذیری، بلورینگی، مقاومت گرمایی و …). پلی ساکاریدها فراوان ترین بزرگ مولکول های موجود در طبیعت می باشند. این کربوهیدرات های پیچیده مجموعه ای از پیوندهای گلیکوزیدی می باشند که اغلب ساختار اصلی پوشش خارجی گیاهان و حیوانات می باشند (سلولز، کیتین و …)، در این قسمت توضیح بیشتری در مورد کیتین و کیتوسان ارائه می شود .

  کیتین و کیتوسان

کیتین دومین پلیمر زیستی از نظر فراوانی است. کیتین یک پلی ساکارید طبیعی است و به طور برجسته در پوسته سخت پوستانی مثل خرچنگ و میگو، کوتیکولحشرات و دیواره سلولی قارچ ها یافت می شود. تاریخچه کیتین و کیتوسان به قرن 19 برمی گردد. در سال 1811 اولین بار یک دانشمند فرانسوی به نام براکونوت کیتین را از قارچ استخراج کرد. سپس روگت در سال 1895 کیتوسان را از فرایند استیل زدایی بازی کیتین در حضور هیدروکسید پتاسیم به دست آورد و در نهایت در سال 1950 ساختار آن به طور کامل کشف شد. کیتین و کیتوسان به عنوان یک آمینو پلی ساکارید طبیعی که دارای ساختمان بی نظیر و خصوصیاتی چند منظوره هستند به طور وسیعی در پزشکی و صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله خصوصیات بارز آن ها می توان به سازگاری زیستی بالا، زیست تخریب پذیری قابل قبول در کنار سمیت پایین، همچنین خواص آنتی باکتریال و ضدحساسیت آن ها اشاره کرد.
سلولز و کیتین هر دو پلی ساکاریدهایی هستند که نقش حفاظتی را به ترتیب برای گیاهان و جانوران ایفا می کنند، به طوری که گیاهان، سلولز را در دیواره سلولی و حشرات و سخت پوستان کیتین را در پوسته خود تولید می کنند. ساختارهای سلولز و کیتین شباهت بسیار زیادی با یکدیگر دارند، در سلولز، گروه های هیدروکسی در موقعیت کربن شماره 2 با گروه های استامید جایگزین شده و در مورد کیتوسان گروه های آمین جایگزین گروه های هیدروکسی در سلولز شده اند .

کیتوسان مشتقی از کیتین است. تعداد گروه های استیل موجود روی زنجیر پلیمر، تفاوت بین این دو پلیمر را مشخص می کند .


پلیمری که 100 درصد گروه های آمین آن استیل دار شده باشد را کیتین و پلیمری بدون گروه های آمیدی (100درصد گروه آمین( را کیتوسان می نامند. به طور قراردادی وجود 50 درصد گروه های آمیدی به عنوان مرز بین کیتین و کیتوسان در نظر گرفته می شود. کیتین در حالت جامد دارای سه شکل متفاوت است که با آلفا (α)، بتا (β) و گاما (γ) طبقه بندی می شود. درصد فراوانی α-کیتین در طبیعت از دو حالت -β و -γ کیتین بیشتر است. α-کیتین از دیواره سلولی قارچ ها و پوسته سخت پوستانی چون میگو و خرچنگ و β-کیتین از دیاتومه و بازوهای ماهی مرکب استخراج می شود. -γکیتین که درصد اندکی در طبیعت وجود دارد به صورت ترکیبی از α و -βکیتین شناخته شده است. جهت گیری متفاوت زنجیره های پلیمری باعث بروز چنین اختلافی در کیتین ها شده است به طوری که گروه های استیل با ایجاد پیوند هیدروژنی درون زنجیره ای و برون زنجیره ای بین گروه های استیل کربن شماره 2 و گروه های هیدروکسی موجود در پلیمر، نقش مهمی در این شکل گیری ایفا می کنند. اگر جهت گیری تمام زنجیره-های پلیمری در یک راستا باشند آن را به اصطلاح -αکیتین می نامند. در این حالت زنجیره ها می توانند علاوه بر پیوندهای هیدروژنی درون زنجیره ای، پیوندهای هیدروژنی برون زنجیره ای نیز داشته باشند و باعث افزایش استحکام ساختار شوند. ولی در مورد -βکیتین اجازه تشکیل پیوندهای هیدروژنی درون زنجیره ای می دهد. در مورد γ-کیتین جهت گیری زنجیره ها به صورت تصادفی است (شکل زیر).

بیشتر پلی ساکاریدهای موجود در طبیعت از جمله سلولز، دکسترین، پکتین، آلژینیک اسید، آگار، آگاروز و کاراجینان به صورت خنثی و اسیدی می باشند. درحالی که کیتین و کیتوسان به صورت بازی در طبیعت موجود است. وجود همین خصوصیت منحصر به فرد است که آن ها را قادر می سازد تا به صورت شیمیایی با چربی ها، کلسترول، پروتئین ها،DNA ،RNA و یون های فلزی پیوند تشکیل دهند. کیتین به دلیل خاصیت چربی دوستی بالا در آب و بسیاری از حلال های آلی نامحلول و کیتوسان در محلول اسیدهای رقیق در pH<6 قابل حل است. اصلی ترین پارامترهایی که تاثیر مستقیم بر خواص کیتین و کیتوسان دارند عبارتند از: وزن مولکولی، درجه استیل زدایی و میزان بلورینگی. اما برای کاربردهای انسانی از جمله صنایع غذایی و پزشکی علاوه بر موارد بالا، درصد خلوص، میزان رطوبت، محتوای فلزات سنگین و میزان پروتئین آن ها نیز تعیین می شود .
زمانیکه خواص گفته شده در خصوص کیتین را به ویژگی های ترکیبی مانند اکسید روی با کاربردهای عملی متعدد اضافه کنیم تبدیل به ساختاری می شود که باعث می شود به عنوان کاتالیزگری مفید و قابل بازیافت در واکنش های شیمیایی استفاده گردد.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *