Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Полимер
Polymer
Полигидроксибутират (PHB) – полигидроксиалканоат (PHA) болып табылады, ол биологиялық шикізаттан алынып, био ыдырайтын пластик ретінде қызығушылық тудыратын полиэстерлер класына жататын полимер. PHB-ның поли-3 гидроксибутират (P3HB) түрі полигидроксиалканоаттың ең көп таралған түрі, бірақ осы кластағы басқа полимерлерді түрлі организмдер өндіреді: оларға поли-4 гидроксибутират (P4HB), полигидроксиваленрат (PHV), полигидроксигексаноат (PHH), полигидроксиоктаноат (PHO) және олардың сополимерлері жатады.
Polyhydroxybutyrate (PHB) is a polyhydroxyalkanoate (PHA), a polymer belonging to the polyesters class that are of interest as bio derived and biodegradable plastics. The poly 3 hydroxybutyrate (P3HB) form of PHB is probably the most common type of polyhydroxyalkanoate, but other polymers of this class are produced by a variety of organisms: these include poly 4 hydroxybutyrate (P4HB), polyhydroxyvalerate (PHV), polyhydroxyhexanoate (PHH), polyhydroxyoctanoate (PHO) and their copolymers.
Биосинтез
PHB микроорганизмдер (мысалы, Cupriavidus necator, Methylobacterium rhodesianum немесе Bacillus megaterium) физиологиялық стресс жағдайларына, негізінен қоректік заттардың жетіспеуіне жауап ретінде өндіреді. Полимер көбінесе көміртектің (глюкоза немесе крахмал) сіңірілуі нәтижесінде пайда болады және микроорганизмдер оны басқа энергия көздері болмағанда пайдалану үшін энергияны сақтау молекуласы ретінде қолданады. PHB-ның микробиологиялық синтезі екі ацетил-CoA молекуласының конденсациясынан басталып, ацетоацетил-CoA түзіледі, ол кейіннен гидроксибутирил-CoA-ға тотықтырылады. Бұл соңғы қосылыс PHB-ны полимерлеу үшін мономер ретінде қолданылады. PHA бөлшектері жасушаларды бұзу арқылы алынады.
PHB is produced by microorganisms (such as Cupriavidus necator, Methylobacterium rhodesianum or Bacillus megaterium) apparently in response to conditions of physiological stress; mainly conditions in which nutrients are limited. The polymer is primarily a product of carbon assimilation (from glucose or starch) and is employed by microorganisms as a form of energy storage molecule to be metabolized when other common energy sources are not available. Microbial biosynthesis of PHB starts with the condensation of two molecules of acetyl CoA to give acetoacetyl CoA which is subsequently reduced to hydroxybutyryl CoA. This latter compound is then used as a monomer to polymerize PHB. PHAs granules are then recovered by disrupting the cells.
Термопластикалық полимер
Көптеген коммерциялық пластиктер мұнай-химиялық шикізаттан алынған синтетикалық полимерлер болып табылады. Олар биологиялық ыдырауға қарсы тұрады. PHB-дан алынған пластиктер компостталуға жарамды, жаңартылатын ресурстардан шығарылған және биологиялық түрде ыдырайтындықтан тартымды. ICI компаниясы 1980-ші жылдары осы материалды пилоттық өндіріс деңгейіне жеткізді, бірақ материалдың өндіріс құны тым жоғары екені және оның қасиеттері полипропиленге жете алмайтыны анықталған соң қызығушылық азайды. Wella компаниясының "Sanara" шампуньдері үшін бірнеше бөтелкелер жасалды; "Biopol" тауарлық атауымен жасалған мысалы Лондонның Ғылым мұражайының қорында сақтаулы. 1996 жылы Monsanto (PHB-ді PHV-мен сополимер ретінде сатқан) ICI/Zeneca-дан полимерді өндіруге қатысты барлық патенттерді, соның ішінде "Biopol" тауарлық белгісін сатып алды. Алайда, 2001 жылы Monsanto-ның Biopol құқықтары американдық Metabolix компаниясына сатылды, ал 2004 жылдың басында Monsanto-ның бактериялар арқылы PHB өндіретін ферментаторлары жабылды. Monsanto бактериялардың орнына өсімдіктерден PHB өндіруге көшті. Бірақ қазір гендік модификацияланған өсімдіктерге көп назар аударылып жатқандықтан, Monsanto-ның PHB жоспарлары туралы ақпарат аз. Biopol қазіргі уақытта медицинада ішкі тігістер үшін қолданылады. Ол улы емес және биологиялық ыдырайтындықтан, жазылғаннан кейін оны алып тастау қажет емес. TephaFLEX – бактериялар арқылы алынған поли-4 гидроксибутират, Tepha Medical Devices компаниясы рекомбинантты ферментация процесі арқылы өндіреді және сіңірілетін тігістер сияқты биологиялық ыдырайтын материалдарды қажет ететін медициналық қолданулар үшін арналған.
Most commercial plastics are synthetic polymers derived from petrochemicals. They tend to resist biodegradation. PHB derived plastics are attractive because they are compostable and derived from renewables and are bio degradable. ICI had developed the material to pilot plant stage in the 1980s, but interest faded when it became clear that the cost of material was too high, and its properties could not match those of polypropylene. Some bottles were made for Wella's "Sanara" range of shampoo; an example using the tradename "Biopol" is in the collection of the Science Museum, London. In 1996 Monsanto (who sold PHB as a copolymer with PHV) bought all patents for making the polymer from ICI/Zeneca including the trademark "Biopol". However, Monsanto's rights to Biopol were sold to the American company Metabolix in 2001 and Monsanto's fermenters producing PHB from bacteria were closed down at the start of 2004. Monsanto began to focus on producing PHB from plants instead of bacteria. But now with so much media attention on GM crops, there has been little news of Monsanto's plans for PHB. Biopol is currently used in the medical industry for internal suture. It is nontoxic and biodegradable, so it does not have to be removed after recovery. TephaFLEX is a bacterially derived poly 4 hydroxybutyrate, manufactured using a recombinant fermentation process by Tepha Medical Devices, intended for a variety of medical applications that require biodegradable materials such as absorbable sutures.
Қасиеттері
Суда ерімейтін және гидролиттік ыдырауға салыстырмалы түрде төзімді. Бұл PHB-ді қазіргі кезде қолданыстағы көптеген суға ерігіш немесе ылғалға сезімтал биоыдырағыш пластиктерден ерекшелендіреді. Оттегі өткізгіштігі жақсы. Күлдізгі сәулелерге жақсы төзімді, бірақ қышқылдар мен сілтілерге төзімділігі нашар. Хлороформ және басқа хлорланған көмірсутектерде ериді. Биоүйлесімді, сондықтан медициналық қолдануға жарамды. Еріту температурасы 175 °C, шыны тәрізді күйге өту температурасы 2 °C. Тартылу күші 40 МПа, полипропиленге жуық. Суға батып кетеді (ал полипропилен жүзіп отырады), шөгінділерде анаэробты ыдырау процесін жеңілдетеді. Уытты емес. Еріген кезде жабысқақ емес.
Water insoluble and relatively resistant to hydrolytic degradation. This differentiates PHB from most other currently available biodegradable plastics, which are either water soluble or moisture sensitive. Good oxygen permeability. Good ultra violet resistance but poor resistance to acids and bases. Soluble in chloroform and other chlorinated hydrocarbons. Biocompatible and hence is suitable for medical applications. Melting point 175 °C., and glass transition temperature 2 °C. Tensile strength 40 MPa, close to that of polypropylene. Sinks in water (while polypropylene floats), facilitating its anaerobic biodegradation in sediments. Nontoxic. Less 'sticky' when melted.
Тарих
Полигидроксибутират алғаш рет 1925 жылы француз микробиологы Морис Лемонь тарапынан оқшауланып, сипатталды.
Polyhydroxybutyrate was first isolated and characterized in 1925 by French microbiologist Maurice Lemoigne.
Биологиялық ыдырау
Фирмикуттар мен протеобактериялар PHB-ны ыдырата алады. Bacillus, Pseudomonas және Streptomyces түрлері PHB-ны ыдыратады. Pseudomonas lemoigne, Comamonas sp., Acidovorax faecalis, Aspergillus fumigatus және Variovorax paradoxus – топырақ микробы, олар ыдыратуға қабілетті. Alcaligenes faecalis, Pseudomonas және Illyobacter delafieldi анаэробты лайдан алынған. Comamonas testosteroni және Pseudomonas stutzeri теңіз суынан алынған. Бұл микроорганизмдердің азасы жоғары температурада ыдырата алады; ерекше атап айтқанда, термофильді Streptomyces sp. және Aspergillus sp. термофильді штаммы.
Firmicutes and proteobacteria can degrade PHB. Bacillus, Pseudomonas and Streptomyces species can degrade PHB. Pseudomonas lemoigne, Comamonas sp. Acidovorax faecalis, Aspergillus fumigatus and Variovorax paradoxus are soil microbes capable of degradation. Alcaligenes faecalis, Pseudomonas, and Illyobacter delafieldi, are obtained from anaerobic sludge. Comamonas testosteroni and Pseudomonas stutzeri were obtained from sea water. Few of these are capable of degrading at higher temperatures; notably excepting thermophilic Streptomyces sp. and a thermophilic strain of Aspergillus sp.