پلی هیدروکسی بوتیرات کووالرات (PHBV) یک بایوپلیمر گرمانرم و زیست تخریب پذیر است که بوسیله گونه ای از باکتری ها تولید می شود. این بایو پلیمر به دلیل خواص مشابه با پلی پروپیلن بسیار مورد توجه مجامع علمی و صنعتی واقع شده است. با وجود مزایای زیاد PHBV نسبت به پلیمرهای پتروشیمیایی، استفاده از آن به علت هزینه بر بودن فرایند تولید و همچنین پایین بودن برخی خواص فیزیکی و مکانیکی، محدود می باشد. یکی از روشهای برطرف کردن این مشکل استفاده از نانو ذرات بعنوان تقویت کننده است. در این پژوهش، فیلم های نانوکامپوزیت PHBV حاوی نانوکریستال سلولز (CNC)، تهیه شد. تاثیر افزودن CNC بر ویژگی های مکانیکی شامل استحکام کششی و ازدیاد طول پارگی و ویژگی های دینامیکی-مکانیکی شامل مدول ذخیره و تانژانت دلتا و ویژگی های مرفولوژی سطحی توسط میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) و نهایتا ویژگی های حرارتی توسط آنالیزگرماسنجی تفاضلی (DSC) بر اساس استانداردهای مربوطه مورد ارزیابی قرار گرفت. نانو کریستال سلولز با نسبت های صفر، 1، 3 و 5 درصد وزنی به بایو پلیمراضافه شد و فیلم نانوکامپوزیت به روش قالبگیری محلول تهیه شد. نتایج آزمون های مکانیکی نشان داد که استحکام کششی با افزایش نانو کریستال سلولز تا 1 درصد افزایش یافت اما با افزدون مقادیر بالاتر، استحکام کششی کاهش یافت. همچنین تغییر طول در نقطه شکست با افزایش نانو ذرات کاهش یافت. نتایج حاصل از میکروسکوپ الکترونی پویشی حاکی از پراکنش بسیار خوب نانو ذرات در سطح 1 درصد می باشد. نتایج آزمون دینامیکی-مکانیکی نیز نشان داد که با افزایش درصد نانو ذرات در دماهای پایین مدول ذخیره نانوکامپوزیت ها افزایش می یابد و با افزایش دما مدول ذخیره کاهش می یابد. نتایج آزمون گرماسنجی تفاضلی نیز نشان داد افزودن نانو ذرات دمای انتقال شیشه ای را افزایش می دهد که احتمالا به علت ایجاد پیوندهای قوی بین پلیمر و نانو کریستال سلولز و همچنین بلورینگی بالای CNC می باشد.

مقدمه: بیوپلاستیک پلی هیدروکسی بوتیرات کاربرد گسترده در صنایع مختلف و ساخت تجهیزات پزشکی دارد. هزینه های استخراج و تخلیص پلی هیدروکسی بوتیرات در اشریشیا کولی، بخش اعظم هزینه های تولید را به خود اختصاص داده است. ژن E باکتریوفاژ Фx174 با ایجاد تونل غشایی برای لیز باکتری میزبان استفاده می شود. هدف از انجام این مطالعه، بررسی عملکرد ژن E در ایجاد تونل غشایی و رهاسازی پلی هیدروکسی بوتیرات تولیدشده در اشریشیا کولی می باشد.مواد و روش ها: در این مطالعه، اپران پلی هیدروکسی بوتیرات بعد تکثیر اولیه با واکنش زنجیره پلی مراز توسط پلاسمید pUC18 کلون و تحت کنترل پروموتور اپران بیان شد. ژن E نیز پس از تکثیر با واکنش زنجیره پلی مراز توسط پلاسمید pMR103 کلون و تحت کنترل پروموتور T7 بیان گردید. برای بررسی تشکیل تونل غشایی در باکتری میزبان از میکروسکوپ الکترونی استفاده شد. ارزیابی پلی هیدروکسی بوتیرات تولیدی با کروماتوگرافی گازی و رنگ آمیزی سودان سیاه انجام شد.یافته ها: با فعال شدن ژن E و لیز باکتری، جذب نوری نمونه کاهش یافت. در بررسی بقایای باکتریایی به دست آمده از محیط کشت باکتری نوترکیب با میکروسکوپ الکترونی، منافذ غشایی در باکتری های لیز شده دیده شد. نتایج رنگ آمیزی سودان سیاه و کروماتوگرافی گازی نشان داد که گرانول های پلی هیدروکسی بوتیرات در اثر ایجاد تونل های غشایی در محیط کشت آزاد شده است.نتیجه گیری: ژن لیز E می تواند برای کاهش هزینه و تسهیل استحصال پلی هیدروکسی بوتیرات در باکتری دراشریشیا کولی به کار رود که می تواند در ساخت تجهیزات یکبار مصرف پزشکی و اتاق عمل مورد استفاده قرار گیرد.

با هدف غلبه بر مشکلات زیست محیطی ناشی از تجمع پلاستیک های مصنوعی در طبیعت، فعالیت های پژوهشی گسترده ای در زمینه پلیمرهای زیست تخریب پذیر در حال انجام است. بخش عمده ای از این پژوهش ها برروی تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر با استفاده از منابع کربن ارزان قیمت، جداسازی ریزسازواره های جدید با سرعت رشد و تولید بالا و نیز ابداع روش های جدید استخراج با هدف کاهش قیمت تمام شده پلیمر، متمرکز است. در این مقاله علاوه بر معرفی اجمالی انواع پلیمرهای زیست تخریب پذیر، تولید پلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات به عنوان مشهورترین عضو گروه پلی هیدروکسی آلکانوآت ها به طور خاص مورد بررسی قرار گرفته است. پس از اشاره به تاریخچه تولید آن، مروری بر انواع ریزسازواره های مولد با استفاده از منابع کربن مختلف در سامانه های پیوسته، ناپیوسته و ناپیوسته خوراک دهی شده صورت گرفته، و سامانه های یاد شده از لحاظ بهره دهی تولید و نقاط ضعف مقایسه شده اند. همچنین انواع روش های موجود برای جداسازی پلیمر معرفی و محدودیت های هر یک به طور جداگانه بیان شده است.

هیدروکسی آپاتیت به خاطر توانایی که در بازسازی استخوان دارد در مهندسی بافت استخوان نقش مهمی را ایفا می کند. در این تحقیق ابتدا پودر نانوکریستال هیدروکسی آپاتیت (HAp) به روش تجزیه گرمایی از استخوان ران گاو در دمای 900 oC تهیه و سپس داربست متخلخل سرامیکی هیدروکسی آپاتیت با درصدهای وزنی 40، 50 و 60 به روش تکرارپذیری اسفنج پلی یورتان ساخته شد. سپس داربست ها توسط محلول پلی هیدروکسی بوتیرات (P3HB) در زمان های 30 ثانیه و 1 دقیقه پوشش دهی شدند. برای مطالعات فازی، ریخت شناسی و تعیین گروه های عاملی به ترتیب از دستگاه های مشخصه یابی XRD، SEM، TEM و FT-IR استفاده شد، در نتیجه با توجه به وجود هیدروکسی آپاتیت طبیعی با اندازه ذرات 85 nm، داربستی با درصد وزنی 50 و درصد تخلخل حدود 90% و اندازه بین 100 تا 400 mm بدست آمد که می تواند در مهندسی بافت استخوان کاربرد داشته باشد.

در این مطالعه به منظور دستیابی به داربست های با خواص مطلوب از نقطه نظرهای خواص مکانیکی و زیستی، با بکار گیری پلیمرهای PCL و PHBV به مهندسی بافت استخوان پرداخته شده است. برای ساخت داربست ها از روش الکتروریسی به صورت هسته-پوسته استفاده شده است. پلی کاپرولاکتون پلیمر هسته و PHBV پلیمر پوسته را تشکیل داده است. نتایج خواص مکانیکی نمونه ها نشان داد که افزودن گرافن اکسید سبب بهبود قابل توجه خواص الاستیک داربست ها بخصوص مدول الاستیک تا MPa 14/61 و استحکام کششی تا MPa 24/3 شده است. نتایج آزمون سمیت سلولی با روش MTT، به خوبی نشان داد که نمونه ها در مقایسه با نمونه کنترل برای زمان های 1، 3، 5 و 7 روز زنده مانی سلولی بهتری داشته که نشان از چسبندگی و رشد سلولی مناسب بر روی داربست های ساخته شده بوده است. همچنین به منظور ارزیابی توانمندی داربست ها در تمایز سلولی از آزمون فعالیت آلکالین فسفاتاز (ALP) استفاده شد و میزان ALP نمونه ها در روز 7، 14 و 21 از کشت سلولی مورد بررسی قرار گرفت که نتایج حاکی از افزایش میزان ALP تا روز 14 بخصوص برای نمونه BS3 بوده است که مویید صحت تمایز سلول ها بوده است. همچنین از آزمون رنگ آمیزی آلیزارین قرمز (ARS) برای تایید تمایز سلولی و معدنی شدن داربست ها استفاده شد، که این آزمون هم فرآیند معدنی شدن برای نمونه ها را نشان داد.

باکتری رالستونیا -اتروفا (Ralstonia eutropha) قادر به تولید پلیمر زیست تخریب پذیر پلی- β- هیدروکسی بوتیرات به صورت درون سلولی است .به منظور کاهش قیمت PHB تولیدی، یکی از روش های موثر، پژوهش در خصوص فرایندهای نو، برای گسست دیواره سلولی است .در این میان استفاده از سیال فوق بحرانی، روشی مناسب برای جداسازی مولکول های زیستی است. مشکل عمده استفاده از سیال فوق بحرانی در مولکول های زیستی، به ویژه پلیمرها، اندازه گیری و پیش بینی حلالیت آنها در دما و فشارهای متفاوت در حلال های فوق بحرانی است. عدم وجود اطلاعات مربوط به پارامترهای انرژی بین مول کولی و ویژگی های بحرانی و فاکتورهای بی مرکزی، محققین را وادار ساخته در پیش بینی حلالیت پلیمرها به دنبال روش هایی باشند که حداقل وابستگی را به ویژگی های آنها داشته باشند. در این تحقیق از روش gE-EOS برای پیش بینی حلالیت PHB در فاز سیال فوق بحرانی CO2  و از نظریه های محلولهای با قاعده و فلوری هاگینز برای تابع انرژی مازاد گیبس استفاده شده است. نتیجه های به دست آمده در مقایسه با داده های آزمایشگاهی نشان می دهد که استفاده از پارامتر  bغیرخطی از دقت خیلی خوبی برخوردار است.

در آزمایش های به عمل آمده در این تحقیق از میکروارگانیسم Azotobacter Beijerinckii DSMZ 1041 که از بانک میکروبی آلمان تهیه شد، استفاده گردید. بر اساس گزارش هایی که قبلا ارایه شده و آزمایش های صورت گرفته مشخص شد که این میکروارگانیسم در شرایطی که منبع کربنی به میزان فراوان در محیط موجود بوده و منبع نیتروژنی محدود باشد، قابلیت تجمع گرانول های پلی هیدروکسی بوتیرات را دارا است. در این تحقیق منبع نیتروژنی (کلرید آمونیوم) با غلظت های 0.5 و 2 gr/L و منبع کربنی (گلوکز) با غلظت های 30، 40، 50 و 60 gr/L مورد استفاده قرار گرفت و تاثیر غلظت های این دو ماده بر وزن خشک توده سلولی، میزان مصرف قند توسط میکروارگانیسم و میزان تولید بیوپلیمر بررسی گردید. بیشترین میزان تولید بیوپلیمر در غلظت گلوکز 60 gr/L و کلرید آمونیوم 0.5 gr/L حاصل شد، لازم به ذکر است که غلظت های بالاتر گلوکز به علت بازدارندگی، میزان تولید بیوپلیمر را کاهش می دهد. بیشترین بازده بیوماس (Yx/s) در گلوکز 30 gr/L و کلرید آمونیوم 2 gr/L حاصل شد. بیشترین بازده تولید (Yp/s) در گلوکز و کلرید آمونیوم 30 و 0.5 gr/L حاصل شد و حداکثر بهره دهی (Qp) در گلوکز و کلرید آمونیوم 50 و 1 gr/L حاصل گردید. همچنین میزان بیوپلیمر به دست آمده از روش آزمایشگاهی با روش آماری پاسخ سطح مقایسه شده و دقت آزمایش های انجام شده بررسی گردید. پس از استحصال بیوپلیمر خالص، طیف های FT-IR و NMR نیز صحت ماده فوق را تایید نمود.

امروزه با توجه به مصرف بسیار زیاد پلیمرهای مقاوم به تخریب زیستی، مشکل بزرگ تجمع ضایعات پلیمری در طبیعت به وجود آمده است. پلی هیدروکسی آلکانوات ها ترکیبات تجزیه پذیر زیستی هستند که می توانند جایگزین پلاستیک شوند. در این مطالعه، اثر تنش غلظت های مختلف نمک های معدنی موجود در محیط کشت بر تولید پلی هیدروکسی بوتیرات توسط سیانوباکتری Spirulina sp. مورد بررسی قرار گرفت. اسپیرولینا در محیط کشت زاروک حاوی نمک های معدنی با غلظت های نصف ( )، برابر (X، به عنوان شاهد)، دو برابر (2X) و سه برابر (3X) به مدت 20 روز کشت داده شد. بررسی کیفی و کمی پلی هیدروکسی بوتیرات و اندازه گیری شاخص های رشد، محتوای پروتئین و پراکسیداسیون لیپیدی صورت گرفت. میزان رشد Spirulina sp. در محیط کشت حاوی غلظت های افزایشی و کاهشی نمک های موجود تغییر معنی داری نداشت. اما میزان پراکسیداسیون لیپیدی و میزان پروتئین با بیشتر شدن غلظت نمک تا 3 برابر در مقایسه با نمونه شاهد به ترتیب افزایش و کاهش یافت. مقدار پلی هیدروکسی بوتیرات در شرایط، X، 2X و 3X به ترتیب 011/0، 014/0، 019/0 و 006/0 گرم بر گرم وزن خشک سلول به دست آمد. در نتیجه تیمار با غلظت نمک 2X، تنش مناسب تری برای تولید پلی هیدروکسی بوتیرات نسبت به تیمارهای دیگر است.

پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) یک گرمانرم زیست سازگار و زیست تخریب پذیر است که به وسیله چند گونه از باکتری ها تولید می شود و به دلیل خواص مشابه با پلی پروپیلن بسیار مورد توجه واقع شده است. این پلیمر کاربردهای گسترده ای در صنعت، پزشکی و کشاورزی دارد. با وجود مزایای زیاد نسبت به پلیمرهای پتروشیمیایی، استفاده از آن به علت هزینه بری تولید محدود شده است. یکی از روش های معمول رفع این مشکل، استفاده از سوبسترای ارزان قیمت مانند متانول است. راه کار دیگر، افزایش مقدار بازده کربنی است که به طور مستقیم بر هزینه تولید موثر است. استفاده از سوبسترای مخلوط یکی از روش های افزایش بازده کربنی است. در این مطالعه، اثر سه منبع کربنی اتانول، سدیم استات و گلوکوز با سه غلظت متفاوت به عنوان سوبسترای مخلوط بر تولید PHB بررسی شده است. نتایج نشان می دهد، افزودن اتانول و سدیم استات غلظت و مقدارPHB  را افزایش می دهد و اضافه کردن گلوکوز اثر قابل ملاحظه ای بر مقدار تولید PHB ندارد. محاسبه بازده کربنی در بهترین حالت نشان می دهد، افزودن سدیم استات به عنوان سوبسترای مخلوط بازده کربنی را تا سه برابر افزایش می دهد.

متن کامل این مقاله به زبان انگلیسی می باشد. لطفا برای مشاهده متن کامل مقاله به بخش انگلیسی مراجعه فرمایید.لطفا برای مشاهده متن کامل این مقاله اینجا را کلیک کنید.