जैवबहुलक

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जैवबहुलक (Biopolymers) प्राकृतिक पॉलिमर होते हैं जो जीवित जीवों की कोशिकाओं द्वारा उत्पादित होते हैं। अन्य बहुलकों की तरह, जैवबहुलक मोनोमेरिक इकाइयों से बने होते हैं जो बड़ी अणु बनाने के लिए सहसंयोजक रूप से बंधे होते हैं। जैवबहुलकों के तीन मुख्य वर्ग हैं, जिन्हें उपयोग किए गए एकलक और निर्मित जैवबहुलक की संरचना के अनुसार वर्गीकृत किया गया है: पॉलीन्यूक्लियोटाइड, पॉलीपेप्टाइड, और पॉलीसैकराइड। पॉलीन्यूक्लियोटाइड, RNA और DNA, न्यूक्लियोटाइड के लंबे बहुलक हैं। पॉलीपेप्टाइड में प्रोटीन और अमीनो एसिड के छोटे बहुलक शामिल हैं; कुछ प्रमुख उदाहरणों में कोलेजन, एक्टिन और फाइब्रिन शामिल हैं। पॉलीसैकराइड शर्करा कार्बोहाइड्रेट की रैखिक या शाखित श्रृंखलाएं हैं; उदाहरणों में स्टार्च, सेलुलोज और एल्गिनेट शामिल हैं। जैवबहुलकों के अन्य उदाहरणों में प्राकृतिक रबर (आइसोप्रीन के बहुलक), सुबेरिन और लिग्निन (जटिल पॉलीफेनोलिक बहुलक), क्यूटिन और क्यूटान (लंबी श्रृंखला वाले फैटी एसिड के जटिल बहुलक), मेलानिन और पॉलीहाइड्रॉक्सीअल्कानोएट्स (PHAs) शामिल हैं।

जीवित जीवों में अपनी कई आवश्यक भूमिकाओं के अलावा, जैवबहुलकों के खाद्य उद्योग, विनिर्माण, पैकेजिंग और बायोमेडिकल इंजीनियरिंग सहित कई क्षेत्रों में अनुप्रयोग हैं।[1]

DNA की संरचना में जैवबहुलकों की एक जोड़ी, पॉलीन्यूक्लियोटाइड, डबल हेलिक्स संरचना बनाती है

35%

जैवबहुलक बनाम सिंथेटिक बहुलक

जैवबहुलकों और सिंथेटिक बहुलकों के बीच एक प्रमुख परिभाषित अंतर उनकी संरचनाओं में पाया जा सकता है। सभी बहुलक मोनोमर नामक दोहराव वाली इकाइयों से बने होते हैं। जैवबहुलकों की संरचना अक्सर सुस्पष्ट होती है, हालांकि यह एक परिभाषित विशेषता नहीं है (उदाहरण: लिग्नोसेलुलोज): सटीक रासायनिक संरचना और वह क्रम जिसमें ये इकाइयां व्यवस्थित होती हैं, उसे प्रोटीन के मामले में प्राथमिक संरचना कहा जाता है। कई जैवबहुलक अनायास ही विशिष्ट कॉम्पैक्ट आकृतियों में मुड़ जाते हैं (देखें "प्रोटीन फोल्डिंग" के साथ-साथ द्वितीयक संरचना और तृतीयक संरचना), जो उनके जैविक कार्यों को निर्धारित करते हैं और उनकी प्राथमिक संरचनाओं पर जटिल तरीके से निर्भर करते हैं। संरचनात्मक जीवविज्ञान जैवबहुलकों के संरचनात्मक गुणों का अध्ययन है। इसके विपरीत, अधिकांश सिंथेटिक बहुलकों की संरचनाएं बहुत सरल और अधिक यादृच्छिक (या स्टोकेस्टिक) होती हैं। यह तथ्य एक आणविक द्रव्यमान वितरण की ओर ले जाता है जो जैवबहुलकों में अनुपस्थित होता है। वास्तव में, चूंकि उनका संश्लेषण अधिकांश इन विवो प्रणालियों में एक टेम्पलेट-निर्देशित प्रक्रिया द्वारा नियंत्रित होता है, इसलिए एक प्रकार के सभी जैवबहुलक (जैसे एक विशिष्ट प्रोटीन) सभी समान होते हैं: वे सभी समान अनुक्रम और मोनोमर की संख्या रखते हैं और इस प्रकार सभी का द्रव्यमान समान होता है। इस घटना को सिंथेटिक बहुलकों में पाई जाने वाली पॉलीडिस्पर्सिटी के विपरीत मोनोडिस्पर्सिटी कहा जाता है। परिणामस्वरूप, जैवबहुलकों की डिस्पर्सिटी 1 होती है।[2]

परंपराएं और नामकरण

पॉलीपेप्टाइड

एक पॉलीपेप्टाइड के लिए परंपरा यह है कि इसके घटक अमीनो एसिड अवशेषों को अमीनो टर्मिनस से कार्बोक्सिलिक एसिड टर्मिनस तक सूचीबद्ध किया जाए। अमीनो एसिड अवशेष हमेशा पेप्टाइड बंधों द्वारा जुड़े होते हैं। प्रोटीन, हालांकि बोलचाल की भाषा में किसी भी पॉलीपेप्टाइड को संदर्भित करने के लिए उपयोग किया जाता है, बड़े या पूरी तरह कार्यात्मक रूपों को संदर्भित करता है और इसमें एकल श्रृंखलाओं के साथ-साथ कई पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाएं हो सकती हैं। प्रोटीनों को गैर-पेप्टाइड घटकों, जैसे सैकराइड श्रृंखलाओं और लिपिड को शामिल करने के लिए भी संशोधित किया जा सकता है।[3]

न्यूक्लिक एसिड

एक न्यूक्लिक एसिड अनुक्रम के लिए परंपरा यह है कि न्यूक्लियोटाइड्स को बहुलक श्रृंखला के 5' सिरे से 3' सिरे तक सूचीबद्ध किया जाए, जहां 5' और 3' राइबोज रिंग के चारों ओर कार्बन की संख्या को संदर्भित करते हैं जो श्रृंखला के फॉस्फेट डाइएस्टर लिंकेज बनाने में भाग लेते हैं। ऐसे अनुक्रम को जैवबहुलक की प्राथमिक संरचना कहा जाता है।[4]

पॉलीसैकराइड

पॉलीसैकराइड (शर्करा बहुलक) रैखिक या शाखित हो सकते हैं और आमतौर पर ग्लाइकोसिडिक बंधों के साथ जुड़े होते हैं। लिंकेज का सटीक स्थान भिन्न हो सकता है, और लिंकिंग कार्यात्मक समूहों का अभिविन्यास भी महत्वपूर्ण है, जिसके परिणामस्वरूप α- और β-ग्लाइकोसिडिक बंध बनते हैं, जिसमें रिंग में लिंकिंग कार्बन के स्थान की संख्या निश्चित होती है। इसके अलावा, कई सैकराइड इकाइयां विभिन्न रासायनिक संशोधनों से गुजर सकती हैं, जैसे कि एमिनेशन, और अन्य अणुओं के हिस्से भी बना सकती हैं, जैसे कि ग्लाइकोप्रोटीन।

संरचनात्मक लक्षण वर्णन

अनुक्रम जानकारी निर्धारित करने के लिए कई जैवभौतिकीय तकनीकें हैं। प्रोटीन अनुक्रम को एडमैन डिग्रेडेशन द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, जिसमें N-टर्मिनल अवशेषों को एक-एक करके श्रृंखला से हाइड्रोलाइज किया जाता है, व्युत्पन्न किया जाता है, और फिर पहचाना जाता है। मास स्पेक्ट्रोमीटर तकनीकों का भी उपयोग किया जा सकता है। न्यूक्लिक एसिड अनुक्रम को जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस और केशिका इलेक्ट्रोफोरेसिस का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है। अंत में, इन जैवबहुलकों के यांत्रिक गुणों को अक्सर ऑप्टिकल चिमटी या परमाणु बल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके मापा जा सकता है। डुअल-पोलराइजेशन इंटरफेरोमेट्री का उपयोग इन सामग्रियों के संरचनात्मक परिवर्तनों या स्व-संयोजन को मापने के लिए किया जा सकता है जब वे pH, तापमान, आयनिक शक्ति या अन्य बाइंडिंग भागीदारों द्वारा उत्तेजित होते हैं।[5]

सामान्य जैवबहुलक

कोलेजन:[6] कोलेजन कशेरुकियों की प्राथमिक संरचना है और स्तनधारियों में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला प्रोटीन है। इस कारण से, कोलेजन सबसे आसानी से प्राप्त होने वाले जैवबहुलकों में से एक है, और कई शोध उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है। अपनी यांत्रिक संरचना के कारण, कोलेजन में उच्च तन्यता ताकत होती है और यह एक गैर-विषाक्त, आसानी से अवशोषित होने वाली, बायोडिग्रेडेबल और बायोकम्पैटिबल सामग्री है। इसलिए, इसका उपयोग कई चिकित्सा अनुप्रयोगों जैसे कि ऊतक संक्रमण के उपचार, दवा वितरण प्रणाली और जीन थेरेपी में किया गया है।

सिल्क फाइब्रोइन:[7] सिल्क फाइब्रोइन (SF) एक और प्रोटीन युक्त जैवबहुलक है जिसे विभिन्न रेशमकीट प्रजातियों से प्राप्त किया जा सकता है, जैसे कि शहतूत का कीड़ा बॉम्बेक्स मोरी। कोलेजन के विपरीत, SF में कम तन्यता ताकत होती है लेकिन इसकी अघुलनशील और रेशेदार प्रोटीन संरचना के कारण इसमें मजबूत चिपकने वाले गुण होते हैं। हाल के अध्ययनों में, सिल्क फाइब्रोइन में एंटीकोआगुलेशन गुण और प्लेटलेट आसंजन पाए गए हैं। सिल्क फाइब्रोइन को इन विट्रो में स्टेम सेल प्रसार का समर्थन करने के लिए भी पाया गया है।

जिलेटिन: जिलेटिन सिस्टीन से युक्त टाइप I कोलेजन से प्राप्त होता है, और इसे जानवरों की हड्डियों, ऊतकों और त्वचा से कोलेजन के आंशिक हाइड्रोलिसिस द्वारा उत्पादित किया जाता है।[8] जिलेटिन दो प्रकार के होते हैं, टाइप A और टाइप B। टाइप A कोलेजन, कोलेजन के एसिड हाइड्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है और इसमें 18.5% नाइट्रोजन होता है। टाइप B क्षारीय हाइड्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है जिसमें 18% नाइट्रोजन होता है और इसमें कोई एमाइड समूह नहीं होता है। उच्च तापमान जिलेटिन को पिघला देता है और यह कुंडलित (coils) अवस्था में रहता है, जबकि कम तापमान के परिणामस्वरूप कुंडल से हेलिक्स में परिवर्तन होता है। जिलेटिन में NH2, SH, और COOH जैसे कई कार्यात्मक समूह होते हैं जो जिलेटिन को नैनोपार्टिकल (nanoparticles) और जैव-अणुओं का उपयोग करके संशोधित करने की अनुमति देते हैं। जिलेटिन एक एक्स्ट्रासेलुलर मैट्रिक्स प्रोटीन है जो इसे घाव की ड्रेसिंग, दवा वितरण और जीन ट्रांसफेक्शन जैसे अनुप्रयोगों के लिए उपयोग करने योग्य बनाता है।

स्टार्च: स्टार्च एक सस्ता बायोडिग्रेडेबल बायोबहुलक (biopolymer) है और प्रचुर मात्रा में उपलब्ध है। स्टार्च की लचीलेपन और मजबूती में सुधार करके इसके यांत्रिक गुणों को बढ़ाने के लिए बहुलक मैट्रिक्स में नैनोफाइबर और माइक्रोफाइबर जोड़े जा सकते हैं। फाइबर के बिना, नमी के प्रति संवेदनशीलता के कारण स्टार्च के यांत्रिक गुण खराब होते हैं। बायोडिग्रेडेबल और नवीकरणीय होने के कारण स्टार्च का उपयोग प्लास्टिक और दवा की गोलियों सहित कई अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।[9]

सेलुलोज: सेलुलोज बहुत ही संरचित होता है जिसमें स्टैक्ड चेन (stacked chains) होती हैं जो स्थिरता और मजबूती प्रदान करती हैं। यह मजबूती और स्थिरता सेलुलोज के सीधे आकार से आती है, जो ग्लाइकोजन[10] बॉन्ड द्वारा जुड़े ग्लूकोज मोनोमर के कारण होता है। सीधा आकार अणुओं को बारीकी से पैक होने की अनुमति देता है। सेलुलोज अपनी प्रचुर आपूर्ति, जैव-अनुकूलता (biocompatibility) और पर्यावरण के अनुकूल होने के कारण अनुप्रयोगों में बहुत आम है। सेलुलोज का उपयोग बड़े पैमाने पर नैनो-सेलुलोज नामक नैनो-फाइब्रिल के रूप में किया जाता है। कम सांद्रता पर प्रस्तुत नैनो-सेलुलोज एक पारदर्शी जेल सामग्री का उत्पादन करता है। इस सामग्री का उपयोग बायोडिग्रेडेबल, समांगी, घनी फिल्मों के लिए किया जा सकता है जो बायोमेडिकल क्षेत्र में बहुत उपयोगी हैं।

एल्जिनेट: एल्जिनेट भूरे समुद्री शैवाल से प्राप्त सबसे प्रचुर समुद्री प्राकृतिक बहुलक है। एल्जिनेट बायोबहुलक के अनुप्रयोग पैकेजिंग, कपड़ा और खाद्य उद्योग से लेकर बायोमेडिकल और केमिकल इंजीनियरिंग तक फैले हुए हैं। एल्जिनेट का पहला अनुप्रयोग घाव की ड्रेसिंग के रूप में था, जहाँ इसके जेल-जैसे और शोषक गुणों की खोज की गई थी। जब घावों पर लगाया जाता है, तो एल्जिनेट एक सुरक्षात्मक जेल परत बनाता है जो उपचार और ऊतक पुनर्जनन के लिए इष्टतम है, और एक स्थिर तापमान वातावरण बनाए रखता है। इसके अतिरिक्त, दवा वितरण माध्यम के रूप में एल्जिनेट के साथ विकास हुआ है, क्योंकि विभिन्न प्रकार के एल्जिनेट घनत्व और रेशेदार संरचना के कारण दवा रिलीज की दर को आसानी से नियंत्रित किया जा सकता है।

बायोबहुलक अनुप्रयोग

बायोबहुलक के अनुप्रयोगों को दो मुख्य क्षेत्रों के अंतर्गत वर्गीकृत किया जा सकता है, जो उनके बायोमेडिकल और औद्योगिक उपयोग के कारण भिन्न हैं।[1]

बायोमेडिकल

चूंकि बायोमेडिकल इंजीनियरिंग के मुख्य उद्देश्यों में से एक सामान्य शारीरिक कार्यों को बनाए रखने के लिए शरीर के अंगों की नकल करना है, इसलिए उनके जैव-अनुकूल गुणों के कारण, बायोबहुलक का उपयोग बड़े पैमाने पर ऊतक इंजीनियरिंग (tissue engineering), चिकित्सा उपकरणों और दवा उद्योग के लिए किया जाता है।[6] कई बायोबहुलक का उपयोग उनके यांत्रिक गुणों के कारण पुनर्योजी चिकित्सा (regenerative medicine), ऊतक इंजीनियरिंग, दवा वितरण और समग्र चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। वे घाव भरने, जैव-सक्रियता के उत्प्रेरण और गैर-विषाक्तता जैसी विशेषताएं प्रदान करते हैं। सिंथेटिक बहुलकों की तुलना में, जो गिरावट के बाद इम्यूनोजेनिक अस्वीकृति और विषाक्तता जैसी विभिन्न कमियां पेश कर सकते हैं, कई बायोबहुलक आमतौर पर शारीरिक एकीकरण के साथ बेहतर होते हैं क्योंकि उनमें मानव शरीर के समान अधिक जटिल संरचनाएं होती हैं।

अधिक विशेष रूप से, कोलेजन और रेशम जैसे पॉलीपेप्टाइड्स, जैव-अनुकूल सामग्री हैं जिनका उपयोग अभूतपूर्व अनुसंधान में किया जा रहा है, क्योंकि ये सस्ती और आसानी से प्राप्त होने वाली सामग्री हैं। जिलेटिन बहुलक का उपयोग अक्सर घावों की ड्रेसिंग पर किया जाता है जहाँ यह एक चिपकने वाले के रूप में कार्य करता है। जिलेटिन के साथ मचान (scaffolds) और फिल्में मचान को दवाओं और अन्य पोषक तत्वों को रखने की अनुमति देती हैं जिनका उपयोग उपचार के लिए घाव तक पहुँचाने के लिए किया जा सकता है।

चूंकि कोलेजन बायोमेडिकल विज्ञान में उपयोग किए जाने वाले अधिक लोकप्रिय बायोबहुलक में से एक है, इसलिए उनके उपयोग के कुछ उदाहरण यहां दिए गए हैं:

कोलेजन आधारित दवा वितरण प्रणाली: कोलेजन फिल्में एक बाधा झिल्ली (barrier membrane) की तरह कार्य करती हैं और संक्रमित कॉर्नियल ऊतक या लिवर कैंसर जैसे ऊतक संक्रमणों के इलाज के लिए उपयोग की जाती हैं।[11] कोलेजन फिल्मों का उपयोग जीन वितरण वाहकों के लिए भी किया गया है जो हड्डी के निर्माण को बढ़ावा दे सकते हैं।

कोलेजन स्पंज: कोलेजन स्पंज का उपयोग जलने के शिकार लोगों और अन्य गंभीर घावों के इलाज के लिए ड्रेसिंग के रूप में किया जाता है। कोलेजन आधारित प्रत्यारोपण का उपयोग संवर्धित त्वचा कोशिकाओं या दवा वाहकों के लिए किया जाता है जिनका उपयोग जले हुए घावों और त्वचा को बदलने के लिए किया जाता है।[11]

हेमोस्टैट के रूप में कोलेजन: जब कोलेजन प्लेटलेट के साथ संपर्क करता है तो यह रक्त का तेजी से जमाव (coagulation) करता है। यह तेजी से जमाव एक अस्थायी ढांचा तैयार करता है ताकि रेशेदार स्ट्रोमा को मेजबान कोशिकाओं द्वारा पुनर्जीवित किया जा सके। कोलेजन आधारित हेमोस्टैट ऊतकों में रक्त की हानि को कम करता है और लिवर और प्लीहा जैसे अंगों में रक्तस्राव को प्रबंधित करने में मदद करता है।

काइटोसन (Chitosan) बायोमेडिकल अनुसंधान में एक और लोकप्रिय बायोबहुलक है।June 2022 काइटोसन काइटिन से प्राप्त होता है, जो क्रस्टेशियंस और कीड़ों के बाह्यकंकाल (exoskeleton) का मुख्य घटक है और दुनिया में दूसरा सबसे प्रचुर बायोबहुलक है।[6] काइटोसन में बायोमेडिकल विज्ञान के लिए कई उत्कृष्ट विशेषताएं हैं। काइटोसन जैव-अनुकूल है, यह अत्यधिक जैव-सक्रिय है, जिसका अर्थ है कि यह शरीर से एक लाभकारी प्रतिक्रिया को उत्तेजित करता है, यह बायोडिग्रेड हो सकता है जो प्रत्यारोपण अनुप्रयोगों में दूसरी सर्जरी को समाप्त कर सकता है, जेल और फिल्में बना सकता है, और अर्धपारगम्य झिल्ली (selectively permeable) है। ये गुण काइटोसन के विभिन्न बायोमेडिकल अनुप्रयोगों की अनुमति देते हैं।

दवा वितरण के रूप में काइटोसन: काइटोसन का उपयोग मुख्य रूप से दवा लक्ष्यीकरण के साथ किया जाता है क्योंकि इसमें दवा के अवशोषण और स्थिरता में सुधार करने की क्षमता है। इसके अलावा, कैंसर विरोधी एजेंटों के साथ संयुग्मित काइटोसन कैंसरयुक्त ऊतक में मुक्त दवा की क्रमिक रिहाई का कारण बनकर बेहतर कैंसर विरोधी प्रभाव भी पैदा कर सकता है।[12]

एंटी-माइक्रोबियल एजेंट के रूप में काइटोसन: काइटोसन का उपयोग सूक्ष्मजीवों के विकास को रोकने के लिए किया जाता है। यह शैवाल, कवक, बैक्टीरिया और विभिन्न खमीर प्रजातियों के ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया जैसे सूक्ष्मजीवों में रोगाणुरोधी कार्य करता है।

ऊतक इंजीनियरिंग के लिए काइटोसन कंपोजिट: एल्जिनेट के साथ मिश्रित काइटोसन पाउडर का उपयोग कार्यात्मक घाव ड्रेसिंग बनाने के लिए किया जाता है। ये ड्रेसिंग एक नम, जैव-अनुकूल वातावरण बनाती हैं जो उपचार प्रक्रिया में सहायता करती हैं। यह घाव ड्रेसिंग बायोडिग्रेडेबल भी है और इसमें छिद्रपूर्ण संरचनाएं हैं जो कोशिकाओं को ड्रेसिंग में बढ़ने की अनुमति देती हैं।[6] इसके अलावा, थियोलेटेड काइटोसन (देखें थियोमर) का उपयोग ऊतक इंजीनियरिंग और घाव भरने के लिए किया जाता है, क्योंकि ये बायोबहुलक डाइसल्फाइड बॉन्ड के माध्यम से क्रॉसलिंक करने में सक्षम हैं जो स्थिर त्रि-आयामी नेटवर्क बनाते हैं।

औद्योगिक

खाद्य: बायोबहुलक का उपयोग खाद्य उद्योग में पैकेजिंग, खाद्य एनकैप्सुलेशन फिल्मों और कोटिंग खाद्य पदार्थों जैसी चीजों के लिए किया जा रहा है। पॉलीलैक्टिक एसिड (PLA) अपने स्पष्ट रंग और पानी के प्रतिरोध के कारण खाद्य उद्योग में बहुत आम है। हालांकि, अधिकांश बहुलकों की हाइड्रोफिलिक प्रकृति होती है और नमी के संपर्क में आने पर वे खराब होने लगते हैं। बायोबहुलक का उपयोग खाद्य पदार्थों को एनकैप्सुलेट करने वाली खाद्य फिल्मों के रूप में भी किया जा रहा है। ये फिल्में एंटीऑक्सीडेंट, एंजाइम, प्रोबायोटिक्स, खनिज और विटामिन जैसी चीजें ले जा सकती हैं। बायोबहुलक फिल्म के साथ एनकैप्सुलेटेड उपभोग किया गया भोजन शरीर को ये चीजें प्रदान कर सकता है।

पैकेजिंग: पैकेजिंग में उपयोग किए जाने वाले सबसे सामान्य बायो-पॉलिमर पॉलीहाइड्रॉक्सीअल्कानोएट्स (PHAs), पॉलीलैक्टिक एसिड (PLA), और स्टार्च हैं। स्टार्च और PLA व्यावसायिक रूप से उपलब्ध और बायोडिग्रेडेबल (जैवनिम्नीकरणीय) हैं, जो उन्हें पैकेजिंग के लिए एक सामान्य विकल्प बनाते हैं। हालाँकि, उनके अवरोधक गुण (नमी-अवरोधक या गैस-अवरोधक गुण) और तापीय गुण आदर्श नहीं हैं। हाइड्रोफिलिक पॉलिमर जल-प्रतिरोधी नहीं होते हैं और पानी को पैकेजिंग के माध्यम से अंदर आने देते हैं, जो पैकेज की सामग्री को प्रभावित कर सकता है। पॉलीग्लाइकोलिक एसिड (PGA) एक ऐसा बायो-पॉलिमर है जिसमें बेहतरीन अवरोधक विशेषताएँ होती हैं और अब इसका उपयोग PLA और स्टार्च की अवरोधक बाधाओं को ठीक करने के लिए किया जा रहा है।

जल शोधन: काइटोसन (Chitosan) का उपयोग जल शोधन के लिए किया गया है। इसका उपयोग एक फ्लोक्युलेंट (flocculant) के रूप में किया जाता है जो पर्यावरण में विघटित होने में वर्षों के बजाय केवल कुछ सप्ताह या महीने लेता है। काइटोसन कीलेशन (chelation) द्वारा पानी को शुद्ध करता है। यह वह प्रक्रिया है जिसमें पॉलिमर श्रृंखला के साथ मौजूद बाइंडिंग साइटें पानी में मौजूद धातु आयनों के साथ जुड़कर कीलेट (chelates) बनाती हैं। काइटोसन को तूफान और अपशिष्ट जल उपचार में उपयोग के लिए एक उत्कृष्ट उम्मीदवार के रूप में दिखाया गया है।[13]

सामग्रियों के रूप में

कुछ बायो-पॉलिमर- जैसे कि PLA, प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला ज़ीन (zein), और पॉली-3-हाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट का उपयोग प्लास्टिक के रूप में किया जा सकता है, जो पॉलीस्टाइनिन या पॉलीइथिलीन आधारित प्लास्टिक की आवश्यकता को प्रतिस्थापित करते हैं।

कुछ प्लास्टिक को अब 'डिग्रेडेबल' (विघटनशील), 'ऑक्सी-डिग्रेडेबल' या 'यूवी-डिग्रेडेबल' कहा जाता है। इसका मतलब यह है कि वे प्रकाश या हवा के संपर्क में आने पर टूट जाते हैं, लेकिन ये प्लास्टिक अभी भी मुख्य रूप से (98 प्रतिशत तक) तेल-आधारित हैं और वर्तमान में पैकेजिंग और पैकेजिंग कचरे पर यूरोपीय संघ के निर्देश (94/62/EC) के तहत 'बायोडिग्रेडेबल' के रूप में प्रमाणित नहीं हैं। बायो-पॉलिमर टूट जाएंगे, और कुछ घरेलू कंपोस्टिंग (खाद बनाने) के लिए उपयुक्त हैं।[14]

बायो-पॉलिमर (जिन्हें नवीकरणीय पॉलिमर भी कहा जाता है) का उत्पादन पैकेजिंग उद्योग में उपयोग के लिए बायोमास से किया जाता है। बायोमास चीनी चुकंदर, आलू या गेहूं जैसी फसलों से आता है: जब इनका उपयोग बायो-पॉलिमर बनाने के लिए किया जाता है, तो इन्हें गैर-खाद्य फसलें के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। इन्हें निम्नलिखित मार्गों में परिवर्तित किया जा सकता है:

चीनी चुकंदर > ग्लाइकोनिक एसिड > पॉलीग्लाइकोनिक एसिड

स्टार्च > (किण्वन) > लैक्टिक एसिड > पॉलीलैक्टिक एसिड (PLA)

बायोमास > (किण्वन) > बायोएथेनॉल > एथीन > पॉलीइथिलीन

बायो-पॉलिमर से कई प्रकार की पैकेजिंग बनाई जा सकती है: खाद्य ट्रे, नाजुक सामान भेजने के लिए ब्लोन स्टार्च छर्रे (pellets), लपेटने के लिए पतली फिल्में।

पर्यावरणीय प्रभाव

बायो-पॉलिमर टिकाऊ, कार्बन न्यूट्रल हो सकते हैं और हमेशा नवीकरणीय होते हैं, क्योंकि वे पौधे या पशु सामग्री से बने होते हैं जिन्हें अनिश्चित काल तक उगाया जा सकता है। चूंकि ये सामग्रियां कृषि फसलों से आती हैं, इसलिए इनका उपयोग एक टिकाऊ उद्योग बना सकता है। इसके विपरीत, पेट्रोकेमिकल्स से प्राप्त पॉलिमर के लिए फीडस्टॉक अंततः समाप्त हो जाएंगे। इसके अलावा, बायो-पॉलिमर में कार्बन उत्सर्जन में कटौती करने और वायुमंडल में CO2 की मात्रा को कम करने की क्षमता है: ऐसा इसलिए है क्योंकि उनके विघटित होने पर निकलने वाली CO2 को उन्हें बदलने के लिए उगाई गई फसलों द्वारा पुन: अवशोषित किया जा सकता है: यह उन्हें कार्बन न्यूट्रल के करीब बनाता है।

लगभग सभी बायो-पॉलिमर प्राकृतिक वातावरण में बायोडिग्रेडेबल होते हैं: वे सूक्ष्मजीवों द्वारा CO2 और पानी में टूट जाते हैं। ये बायोडिग्रेडेबल बायो-पॉलिमर कंपोस्टेबल (खाद बनाने योग्य) भी होते हैं: इन्हें औद्योगिक कंपोस्टिंग प्रक्रिया में डाला जा सकता है और ये छह महीने के भीतर 90% तक टूट जाएंगे। ऐसा करने वाले बायो-पॉलिमर को यूरोपीय मानक EN 13432 (2000) के तहत 'कंपोस्टेबल' प्रतीक के साथ चिह्नित किया जा सकता है। इस प्रतीक के साथ चिह्नित पैकेजिंग को औद्योगिक कंपोस्टिंग प्रक्रियाओं में डाला जा सकता है और यह छह महीने या उससे कम समय में टूट जाएगी। कंपोस्टेबल पॉलिमर का एक उदाहरण 20μm से कम मोटी PLA फिल्म है: जो फिल्में इससे अधिक मोटी होती हैं, वे कंपोस्टेबल के रूप में योग्य नहीं होती हैं, भले ही वे "बायोडिग्रेडेबल" हों।[15] यूरोप में एक घरेलू कंपोस्टिंग मानक और संबंधित लोगो है जो उपभोक्ताओं को पैकेजिंग की पहचान करने और उसे अपने खाद के ढेर में निपटाने में सक्षम बनाता है।

संदर्भ

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  2. ↑ Stupp, S.I and Braun, P.V., "Role of Proteins in Microstructural Control: Biomaterials, Ceramics & Semiconductors", Science, Vol. 277, p. 1242 (1997)
  3. ↑ O'Lenick, Anthony; Jr.; LLC, Siltech. (2010-01-20). Comparatively Speaking: Proteins vs. DNA vs. Sugars. Cosmetics & Toiletries.
  4. ↑ Minchin, Steve; Lodge, Julia. (2019-10-16). Understanding biochemistry: structure and function of nucleic acids. Essays in Biochemistry. 63 (4) 433–456. doi:10.1042/EBC20180038.
  5. ↑ Sauer, Sascha; Reinhardt, Richard; Lehrach, Hans; Gut, Ivo G.. (November 2006). Single-nucleotide polymorphisms: analysis by mass spectrometry. Nature Protocols. 1 (4) 1761–1771. doi:10.1038/nprot.2006.257.
  6. ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 (2015). "Biomedical Biopolymers, their Origin and Evolution in Biomedical Sciences: A Systematic Review". Journal of Clinical and Diagnostic Research. 9 (9) ZE21–ZE25. doi:10.7860/JCDR/2015/13907.6565.
  7. ↑ (2007-04-01). Carbon fiber from natural biopolymer Bombyx mori silk fibroin with iodine treatment. Carbon. 45 (5) 1035–1042. doi:10.1016/j.carbon.2006.12.015.
  8. ↑ (2016-03-09). Biopolymers – Application in Nanoscience and Nanotechnology. Recent Advances in Biopolymers. ISBN 978-953-51-4613-1. doi:10.5772/62225.
  9. ↑ Araújo, Renan N.; Bitencourt, Bruna S.; de Aguiar, Samile B.; Sponchiado, Pedro A. I.; Kirsten, Petrus N.; Tessaro, Larissa; Ramos, Ana Paula; Augusto, Pedro E. D.; Maniglia, Bianca C.. (2026-04-08). Recent Advances on Starch-Based Biomaterials: A Review. ACS Polymers Au. 6 (2) 520–534. doi:10.1021/acspolymersau.5c00188.
  10. ↑ (2026-05-05). Cellulose. Wikipedia.
  11. ↑ 11.0 11.1 (September 2015). "Biomedical Biopolymers, their Origin and Evolution in Biomedical Sciences: A Systematic Review". Journal of Clinical and Diagnostic Research. 9 (9) ZE21–ZE25. doi:10.7860/JCDR/2015/13907.6565.
  12. ↑ (2012). "Chitosan-based drug delivery systems". European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 81 (3) 463–469. doi:10.1016/j.ejpb.2012.04.007.
  13. ↑ (2018). "Chitosan for wastewater treatment". Polymer International. 67 (1) 7–14. doi:10.1002/pi.5464.
  14. ↑ NNFCC Renewable Polymers Factsheet: Bioplastics.
  15. ↑ NNFCC Newsletter – Issue 5. Biopolymers: A Renewable Resource for the Plastics Industry.

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Biopolymer” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Biopolymer यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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