सिंथेटिक बायोडिग्रेडेबल पॉलीमर

विशेष रूप से ऊतक अभियांत्रिकी और नियंत्रित दवा वितरण के क्षेत्र में जैव चिकित्सा क्षेत्र में कृत्रिम यौगिक बायोडिग्रेडेबल पॉलीमर के अनुप्रयोग के लिए कई अवसर उपस्थित हैं। बायोमेडिसिन में गिरावट कई कारणों से रासायनिक अपघटन महत्वपूर्ण है। पॉलीमेरिक इम्प्लांट के खराब होने का अर्थ है कि इम्प्लांट को उसके कार्यात्मक जीवन के अंत में हटाने के लिए सर्जिकल हस्तक्षेप की आवश्यकता नहीं हो सकती है, जिससे दूसरी सर्जरी की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। ऊतक अभियांत्रिकी में, बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर को अनुमानित ऊतकों के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, एक बहुलक पाड़ प्रदान करना जो यांत्रिक तनाव का सामना कर सकता है, सेल लगाव और विकास के लिए एक उपयुक्त सतह प्रदान करता है, और एक ऐसी दर से नीचा दिखाना जो लोड को नए ऊतक में स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। नियंत्रित दवा वितरण के क्षेत्र में, बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर अकेले दवा वितरण प्रणाली के रूप में या चिकित्सा उपकरण के रूप में कार्य करने के संयोजन के रूप में जबरदस्त क्षमता प्रदान करते हैं।

बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर के अनुप्रयोगों के विकास में, संश्लेषण और गिरावट सहित कुछ पॉलिमर के रसायन विज्ञान की समीक्षा नीचे की गई है। उचित कृत्रिम नियंत्रणों जैसे कोपॉलीमर रचना, प्रसंस्करण और हैंडलिंग के लिए विशेष आवश्यकताओं और इन सामग्रियों पर आधारित कुछ व्यावसायिक उपकरणों द्वारा गुणों को कैसे नियंत्रित किया जा सकता है, इसका विवरण दिया गया है।

पॉलिमर रसायन और सामग्री चयन
बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए बहुलक के चयन की जांच करते समय, विचार करने के लिए महत्वपूर्ण मानदंड हैं; बायोडिग्रेडेबल पॉलीमर का यांत्रिक प्रदर्शन विभिन्न कारकों पर निर्भर करता है जिसमें मोनोमर चयन, आरंभकर्ता चयन, प्रक्रिया की स्थिति और योजक की उपस्थिति सम्मिलित है। ये कारक पॉलिमर क्रिस्टलीयता, द्रवित और कांच के संक्रमण तापमान और आणविक भार को प्रभावित करते हैं। इन कारकों में से प्रत्येक को मूल्यांकन करने की आवश्यकता है कि वे बहुलक के बायोडिग्रेडेशन को कैसे प्रभावित करते हैं। बैकबोन में हाइड्रोलाइटिक रूप से अस्थिर लिंकेज वाले पॉलिमर को संश्लेषित करके बायोडिग्रेडेशन को पूरा किया जा सकता है। यह सामान्यतः एस्टर, एनहाइड्रों, ऑर्थोएस्टर और एमाइड्स जैसे रासायनिक कार्यात्मक समूहों के उपयोग से प्राप्त होता है। अधिकांश बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर को रिंग ओपनिंग बहुलकीकरण द्वारा संश्लेषित किया जाता है।
 * यांत्रिक गुणों को अनुप्रयोग के समान होना चाहिए और नजदीक के ऊतक ठीक होने तक पर्याप्त रूप से मजबूत रहना चाहिए।
 * गिरावट का समय आवश्यक समय के समान होना चाहिए।
 * यह एक जहरीली प्रतिक्रिया का उपयोग नहीं करता है।
 * यह अपने उद्देश्य को पूरा करने के बाद शरीर में उपापचयित हो जाता है।
 * यह एक स्वीकार्य शेल्फ जीवन के साथ अंतिम उत्पाद के रूप में आसानी से नसबंदी (माइक्रोबायोलॉजी) संसाधित होता है और आसानी से विसंक्रमित होता है।

प्रसंस्करण
बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर को संपीड़न या अंतः क्षेपण ढलाई जैसे पारंपरिक विधियों से द्रवित किया जा सकता है। सामग्री से नमी को बाहर करने की आवश्यकता पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए। नमी को बाहर करने के लिए प्रसंस्करण से पहले पॉलिमर को सुखाने के लिए देखभाल की जानी चाहिए। जैसा कि अधिकांश बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर को रिंग ओपनिंग बहुलकीकरण द्वारा संश्लेषित किया गया है, एक थर्मोडायनामिक संतुलन आगे बहुलकीकरण अभिक्रिया और व्युत्क्रम अभिक्रिया के बीच उपस्थित होता है जिसके परिणामस्वरूप मोनोमर का निर्माण होता है। अत्यधिक उच्च प्रसंस्करण तापमान से बचने के लिए देखभाल की आवश्यकता होती है जिसके परिणामस्वरूप साँचे में ढालना और बाहर निकालने की प्रक्रिया के दौरान मोनोमर का गठन हो सकता है। इसका सावधानीपूर्वक पालन किया जाना चाहिए। पुन: अवशोषित होने वाले पॉलिमर को 3 डी द्वारा मुद्रित किया जा सकता हैं।

गिरावट
एक बार लगाए जाने के बाद, एकबायोडिग्रेडेबल डिवाइस को अपने यांत्रिक गुणों को तब तक बनाए रखना चाहिए जब तक कि इसकी आवश्यकता न हो और फिर शरीर द्वारा कोई निशान न छोड़ते हुए अवशोषित किया जाए। बहुलक की रीढ़ हाइड्रोलाइटिक रूप से अस्थिर है। अर्थात्, बहुलक जल आधारित वातावरण में अस्थिर होता है। यह पॉलिमर क्षरण के लिए प्रचलित तंत्र है। यह दो चरणों में होता है।

1. पानी उपकरण में बहुमात्रा में प्रवेश करता है, और अनाकार चरण में रासायनिक बंधनों पर हमला करता है और लंबी बहुलक श्रृंखलाओं को छोटे पानी में घुलनशील टुकड़ों में परिवर्तित करता है। यह भौतिक गुणों के नुकसान के बिना आणविक भार में कमी का कारण बनता है क्योंकि बहुलक अभी भी क्रिस्टलीय क्षेत्रों द्वारा एक साथ रखा जाता है। पानी उपकरण में प्रवेश करता है जिससे टुकड़ों का चयापचय होता है और बहुमात्रा में क्षरण होता है।

2. पॉलिमर का सतही क्षरण तब होता है जब उपकरण में प्रवेश करने वाले पानी की दर पॉलिमर के पानी में घुलनशील सामग्री में रूपांतरण की दर से धीमी होती है।

बायोमेडिकल इंजीनियर एक पॉलीमर को धीरे-धीरे नीचा दिखाने और तनाव को नजदीक के ऊतकों में उचित दर पर स्थानांतरित करने के लिए तैयार कर सकते हैं क्योंकि वे पॉलीमर बैकबोन की रासायनिक स्थिरता, उपकरण की ज्यामिति और उत्प्रेरक, एडिटिव्स या प्लास्टिसाइज़र की उपस्थिति को संतुलित करके ठीक करते हैं।

अनुप्रयोग
बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर बायोमेडिसिन के ऊतक अभियांत्रिकी और दवा वितरण क्षेत्र दोनों में व्यावसायिक रूप से उपयोग किए जाते हैं। विशिष्ट अनुप्रयोगों में सम्मिलित हैं।
 * सर्जिकल सिवनी
 * दंत चिकित्सा उपकरण (पीएलजीए)
 * हड्डी निर्धारण उपकरण
 * ऊतक अभियांत्रिकी मचान
 * बायोडिग्रेडेबल संवहनी स्टंट्स
 * बायोडिग्रेडेबल मुलायम ऊतक एंकर

अग्रिम पठन

 * Some biodegradable polymers, their properties and degradation times can be found in Table 2 in this document.
 * An example of the structure of some of the types of polymer degradation can be viewed in Fig. 1 in this article
 * Bellin, I., Kelch, S., Langer, R. & Lendlein, A. Polymeric triple-shape materials. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 18043-18047 (2006. Copyright (2006) National Academy of Sciences, U.S.A.
 * Lendlein, A., Jiang, H., Jünger, O. & Langer, R. Light-induced shape-memory polymers. Nature 434, 879–882 (2005).
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 * Damodaran, V., Bhatnagar, D., Murthy, Sanjeeva.: Biomedical Polymers Synthesis and Processing, SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology, DOI: 10.1007/978-3-319-32053-3 (2016).

बाहरी संबंध

 * Biodegradable plastics a year in review, Environment and Plastics Industry Council