Біополімери
Біополіме́ри, приро́дні поліме́ри — макромолекулярні сполуки біологічного походження.
Зміст
Характеристика
Формують будову й життєдіяльність живих організмів планети. Структуротвірні полімери у складі рослин і тварин становлять переважну масу щорічно синтезованих на Землі високомолекулярних сполук органічних. До біополімерів належать білки, кислоти нуклеїнові й полісахариди; змішані типи — нуклеопротеїди, глікопротеїди, ліпопротеїди, ліпосахариди тощо. У рослинах структуротвірну функцію виконують полісахариди, здебільшого целюлоза. У тваринних організмах таку роль грають і полісахариди (наприклад, хітин — екзоскелет безхребетних), і білки (колаген, кератин — головні структуротвірні білки хребетних).
Основні класи
За типом хімічних зв’язків у головних ланцюгах макромолекул біополімери утворюють кілька основних класів:
- вуглеводи (целюлоза, крохмаль, хітин тощо);
- вуглеводні (натуральний каучук, гутаперча);
- білки;
- кислоти нуклеїнові;
- поліфеноли (лігніни);
- аліфатичні поліетери.
Крім того, біополімери поділяють за типом сполуки:
- індивідуальні — полісахариди, нуклеїнові кислоти, білки (ферменти, деякі гормони тощо);
- змішані — ліпополісахариди (молекули складаються з олігосахаридів, полісахаридів і ліпідів), ліпопротеїни (комплексні сполуки білків і ліпідів, нековалентно зв’язані за рахунок гідрофобної взаємодії), глікопротеїни (містять ковалентно зв’язані пептидні й полісахаридні ланцюги).
Процеси біохімічних перетворень цих полімерів визначають формування біосфери.
Функції
- будівельна,
- енергетична,
- регуляторна,
- захисна,
- інформаційна,
- запаслива.
Синтетичні біополімери
До синтетичних біополімерів (так званих біопластиків, отриманих із відновлюваної біомаси) належать біорозкладні полімери. Їхніми представниками є полігліколева кислота (ПГК), полімолочна кислота (ПМК), полі-2-гідроксибутират (ПГБ), полікапролактон (ПКЛ), полігідроксіалканоат (ПГА), а також їхні співполімери.
ПГА, ПМК і ПКЛ синтезують способом кислотно-каталізованої полімеризаціїз розкриттям кільця циклічних естерів. ПГБ отримують із цукрів і крохмалю під дією бактерій.
Дослідження синтетичних біополімерів — динамічна інноваційна галузь науки про полімери, де вчені розробляють і синтезують полімери зі специфічними властивостями для вирішення широкого спектру сучасних завдань. Сконструйовані біополімери набули популярності завдяки універсальності, здатності до біологічного розкладання й потенціалу для пом’якшення екологічних проблем.
Застосування
Унікальні властивості біополімерів (біосумісність і здатність до біологічного розкладання) широко застосовують у різних галузях — охороні здоров’я, фармацевтичній промисловості, біомедицині, тканинній інженерії, сільському господарстві, виробництві медичних пристроїв і пакувальних матеріалів. На відміну від синтетичних полімерів, використання яких у медицині обмежене через імуногенне відторгнення й токсичність після деградації, біополімери здебільшого краще інтегруються в людський організм, оскільки мають схожу будову. Зокрема біосумісними матеріалами є поліпептиди, колаген і шовк (до того ж недорогими й доступними). Полімер желатину як сполучний компонент використовують для лікування ран. Системи доставки ліків на основі колагену (колагенові плівки), що діють як бар’єрні мембрани, застосовують для лікування опіків, ракових й інфекційних хвороб; доставки генів, що сприяє формуванню уражених кісток. Імплантати на основі колагену використовують для культивування клітин шкіри. Колаген взаємодіє із тромбоцитами і сприяє згортанню крові. Швидка коагуляція утворює тимчасовий каркас, в якому клітини здатні регенерувати фіброзну строму. Гемостатик на основі колагену зменшує втрату крові в тканинах і допомагає контролювати кровотечі в таких органах, як печінка й селезінка. Хітозан — біосумісний, біологічно активний і біорозкладний полімер, що має антимікробні властивості і здатність сповільнювати розмноження хвороботворних мікроорганізмів, використовують у вигляді гелів і плівок.
Біополімери застовують у харчовій промисловості як пакувальні та їстівні плівки для інкапсуляції харчових продуктів. Такі плівки можуть містити допоміжні речовини: антиоксиданти, ферменти, пробіотики, мінерали й вітаміни. Для виробництва упаковки найчастіше використовують ПГА; комерційно доступні і біологічно розкладні полімери ПМК і крохмаль. ПГК має чудові бар’єрні характеристики (непроникність для вологи і газів) і не поступається синтетичним полімерам. Деякі біополімери, такі як ПМК, природний зеїн і полі-3-гідроксибутират, можна використовувати як заміну полістиролу чи поліетилену. Із біополімерів виготовляють багато різновидів упаковки: лотки і крохмальні гранули із роздувом для транспортування крихких товарів, тонку плівку для обгортання харчових продуктів. Біополімери застосовують для очищення води, наприклад хітозан — як флокулянт у відстійниках зливових і стічних вод для регенерації. У сільському господарстві використовують біорозкладні мульчі (див. Мульчування), виготовлені з крохмалю чи ПМК, які руйнуються у природних умовах, зменшуючи забруднення довкілля. На основі біополімерів виробляють упаковку для інкапсуляції і доставки добрив та інших агротехнічних реагентів.
Література
- Рябов С. В., Бойко В. В., Кобріна Л. В. Циклодекстрини та функціональні полімерні матеріали на їх основі. Київ : Наукова думка, 2019. 128 с.
- Sinelnikov S., Orel L., Kobrina L. et al. Polymer Matrices on the Basis of Polyacrylamide and β- Cyclodextrin-Containing Pseudorotaxane for Prolonged Drug Release: Synthesis and Properties // Journal of Applied Polymer Science. 2021. Vol. 138. Is. 23. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/app.50554
- Applied Biopolymer Technology and Bioplastics: Sustainable Development by Green Engineering Materials / Ed.: N. Rawat, T. Volova, A. Haghi. Burlington : Apple Academic Press, 2022. 292 p.
- Biopolymer-Based Food Packaging: Innovations and Technology Applications / Ed.: S. Kumar, A. Mukherjee, J. Dutta. Hoboken : John Wiley & Sons, 2022. 490 p.
- Biopolymers: Recent Updates, Challenges and Opportunities. Springer Series on Polymer and Composite Materials / Ed.: A. Nadda, Sw. Sharma, R. Bhat. Cham : Springer, 2022. 424 p.
- Biopolymers: Synthesis, Properties, and Emerging Applications. Amsterdam : Elsevier, 2022. 478 p.
- Бойко В. В., Рябов С. В., Кобріна Л. В. Біорозкладні полімери. частина 1: полімери з природно-відновлюваної сировини // Полімерний журнал. 2024. Т. 46. № 4. С. 243.
- Biopolymers for Water Purification / Ed.: S. Thomas, G. Vadakkekara, H. Maria. Boca Raton : John Wiley & Sons, 2025. 258 p.
- Chatterjee N., Nandi S., Dhar P. The Future of Green Biopolymers in Packaging Applications // Green Biopolymers for Packaging Applications. Boca Raton : CRC Press, 2025. P. 378–402.
- Lalonde J., Pilania Gh., Marrone B. Materials Designed to Degrade: Structure, Properties, Processing, and Performance Relationships in Polyhydroxyalkanoate Biopolymers // Polymer Chemistry. 2025. № 16 (3). P. 235–265.
- Nguyen T. D., Lee J. S. Dynamic Bonds in Biopolymers: Enhancing Performance and Properties // Polymers. 2025. № 17 (4). P. 1–23. URL: https://www.mdpi.com/2073-4360/17/4/457
- Steiger B., Solgi M., Wilson L. Biopolymers to Composite Adsorbents for sulfate Removal: From Conventional to Sustainable Systems // Advances in Colloid and Interface Science. 2025. № 340. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000186862500051X?via%3Dihub
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Бойко В.В., Рябов С.В. Біополімери // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Біополімери (дата звернення: 11.10.2026).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 26.03.2025
