اختصاصی بسپار/ زیست‌پلاستیک‌ها در صنعت پزشکی: آیا آینده‌ی سبز یک واقعیت است؟
بسپار/ایران پلیمر در سال‌های اخیر، تولید و استفاده از زیست‌پلاستیک‌ها رشد چشمگیری داشته است. این رشد ناشی از افزایش تقاضا برای مواد زیست‌پایدار، به ویژه در اقتصادهای توسعه‌یافته است. بر اساس گزارش انجمن زیستپلاستیکهای اروپا، ظرفیت تولید جهانی زیست‌پلاستیک‌ها در سال 2023، 18/2 میلیون تن بوده است و پیش‌بینی می‌شود تا سال 2028 به حدود 43/7 میلیون تن برسد. این رشد عمدتا ناشی از زیست‌بسپارهای زیست‌تخریب‌پذیر بوده است، به‌طوری که پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات‌ها (PHA) و پلیلاکتیک اسید (PLA) پیشتاز این روند هستند. در طول پنج سال گذشته، ظرفیت تولید PHA به میزان شش برابر (حدود 10 کیلوتن) رشد کرده است، در حالی که تولید PLA دو برابر شده است (حدود 60 کیلوتن).
زیست‌پلاستیک‌ها در صنعت پزشکی
زیست‌پلاستیک‌ها مدت‌هاست که جزء جدایی‌ناپذیر بخش پزشکی بوده‌اند و به دلیل زیست‌سازگاری، ویژگی‌های خاص و خویشکاری‌های خود، مزایای متمایزی را ارائه میدهند. کاربردهای پزشکی زیست‌پلاستیک‌ها از بخیه‌های جراحی گرفته تا داربست‌های مهندسی بافت متغیر است و موادی مانند PLA و چندسازه‌هایی از جنس نشاسته نقش‌های کلیدی ایفا می‌کنند. به عنوان مثال، هم‌بسپار دسته‌ای پلی‌اتر-آمید (PEBAX) زیست‌پایه به طور گسترده در کاتترها (نازک‌لوله‌هایی مثل آنژیوکت) استفاده می‌شود. PLA به‌طور روزافزونی در مدیریت زخم‌ها، از جمله بخیه‌های جراحی، ترمیم زخم‌های دندانی و پیشگیری از چسبندگی پس از عمل استفاده می‌شود. استفاده از این ماده به ویژه در وسایل پزشکی غالب است و 40 درصد از کل زیست‌بسپارهای زیست‌تخریب‌پذیر را تشکیل می‌دهد. PLA به دلیل زیست‌سازگاری و زیست‌تخریب‌پذیری خود و به‌عنوان بسپاری سخت و با استحکام، به‌طور روزافزونی در وسایل پزشکی یک‌بار مصرف مانند سرنگ‌ها و کاتترها استفاده می‌شود.
فراتر از PLA، سایر زیست‌پلاستیک‌ها مانند پلی‌کاپرولاکتون (PCL)، پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات‌ها (PHA) و هم‌بسپار دسته‌ای پلی(لاکتیک-گلیکولیک اسید) (PLGA) نیز جایگاه خود را در کاربردهای پزشکی پیدا می‌کنند. PCL به دلیل آهنگ تخریب آهسته و سازگاری با بافت‌های زیستی، در مهندسی بافت و دارورسانی استفاده می‌شود. PHA که از تخمیر با باکتری تولید می‌شود، در کاشتینههای جراحی قابل جذب کاربرد دارد. پلی-3-هیدروکسی‌بوتیرات (PHB) به دلیل زیست‌تخریب‌پذیری کنترل‌شده، برای صفحات osteosynthesis (جا انداختن انتهاهای استخوان شکسته از طریق جراحی باز) ایده‌آل است. PLGA که توسط FDA و کارگزار دارویی اروپا تایید شده است، اغلب در کنار موادی مانند سرامیک‌ها برای تقویت بازسازی استخوان و ترمیم بافت استفاده می‌شود. پلی آمید 11 زیست‌پایه (PA 11) که از روغن‌های گیاهی مشتق شده است، یکی دیگر از زیستپلاستیکهای مورد توجه است که در کاربردهای پزشکی استفاده می‌شود. PA 11 به دلیل خواص مکانیکی عالی خود شناخته شده است و برای ابزارهای جراحی ایده‌آل است. زیست‌پلاستیک‌ها هم‌چنین در بسته‌بندی وسایل پزشکی با ارائه‌ی جایگزینی زیست‌پایدارتر برای مواد سنتی روز‌به‌روز بیش‌تر محبوب میشوند.
زیست‌پلاستیک‌ها: تولید و زیست‌پایداری
زیست‌پلاستیک‌ها با استفاده از منابع تجدیدپذیر تولید میشوند که در مقایسه با پلاستیکهای سنتی، انتشار گازهای گلخانه‌ای را می‌کاهد زیرا این مواد از گیاهانی مانند ذرت، چغندر قند یا سویا به دست می‌آیند. آن‌ها را می‌توان با روش‌های مختلفی مانند پوسانش (composting) و گوارش بی‌هوازی دفع کرد که مدیریت پسماندهای پزشکی را بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، زیست‌پلاستیک‌ها می‌توانند انتشار کربن دی اکسید را حداقل 30 درصد و ردپای کربن را 42 درصد بکاهند، در حالی که 65 درصد انرژی کم‌تری نسبت به پلاستیکهای سنتی مصرف می‌کنند. استفاده از زیست‌پلاستیک‌ها در بخش پزشکی، جایگزینی زیست‌پایدار برای پلاستیکهای معمولی ارائه می‌دهد، بنابراین به‌طور قابل توجهی اثرات زیست‌محیطی را می‌کاهد و آینده‌ای سبزتر را ترویج می‌کند. تولید زیست‌پلاستیک‌ها در سراسر جهان چالش‌برانگیز نیست، اما استفاده از آن‌ها در وسایل و کاشتینههای پزشکی هنوز در دست پژوهش و منتظر پذیرش قانونی و تجاری است. جالب توجه است که تمام زیست‌پلاستیک‌ها به اندازه‌ی زیادی زیست‌تخریب‌پذیر نیستند که این امر استفاده از آن‌ها را در کاربردهای صنعتی چالش‌برانگیز می‌کند. به عنوان مثال، زیست‌تخریب‌پذیری PLA آن‌طور که به نظر می‌رسد کامل نیست، زیرا به دمای بالاتر از 50 تا 60 درجه‌ی سلسیوس نیاز دارد. هم‌چنین، بسته به محیط، تخریب PLA با سرعت متفاوتی رخ می‌دهد و فرایند تخریب را طولانی و غیرموثر می‌کند.
هنگامی که صحبت از کاربردهای پزشکی به میان می‌آید، آمیزه‌ای از بسپارهای زیست‌پایه‌ی مختلف اهمیت بیش‌تری پیدا می‌کند و پتانسیل بهتری را نشان می‌دهد. یک نمونه از این موارد، هم‌بسپار لیگنین-PHB است که در آن تُردی PHB با لیگنین خنثی می‌شود و خواص پاداکسندگی و استحکام مکانیکی عالی را فراهم می‌کند.
استفاده از زیست‌پلاستیک‌ها در حوزه‌ی پزشکی نیازمند درکی کامل از آمیزه‌هایی است که برای استفاده داخلی یا خارجی در بدن انسان بهترین عملکرد را دارند. برخی از زیستپلاستیکهای موجود هنوز نتوانسته‌اند الزامات عملکردی را برآورده کنند، که مستلزم تلاش‌هایی در جهت تحقیق و توسعه‌ی بیش‌تر از سوی ذی‌نفعان است.
تحولات و نوآوری‌های بازار
عملکرد مورد نیاز و مورد پذیرش در بخش پزشکی می‌تواند مانع از پذیرش گسترده‌ی زیست‌پلاستیک‌ها شود. به عنوان مثال، هر زیست‌پلاستیکی که در بازار موجود است برای تحمل دماهای بالا ساخته نشده است. با این حال، شرکت‌هایی مانند Total Corbion، انواع پلیلاکتیک اسید گرماتاب (PLA high-heat) را تولید کرده‌اند که می‌توانند دماهای بالاتر از 100 درجه‌ی سلسیوس را تحمل کنند. NatureWorks، تولیدکننده‌ی بین‌المللی زیست‌پلاستیک، در سال 2022 اعلام کرد که در حال ساخت کارخانه‌ای در تایلند است تا ظرفیت تولید خود را 50 درصد افزایش دهد. اخیرا، این شرکت حدود 350 میلیون دلار از بانک بودجه دریافت کرده است تا نوآوری و تولید زیست‌پلاستیک‌ها را تسریع کند. Ingeo به‌عنوان مجموعه‌ی کاملا یکپارچه‌ی تولید PLA با ظرفیت سالانه 75000 تن زیست‌بسپار، پیش‌بینی می‌شود تا سال 2025 به بهره‌برداری برسد. این محصول، جایگزینی کم‌‌کربن است. زیرا از مواد اولیه‌‌ی زیست‌پایه و تجدیدپذیر و منابع با تایید اخلاقی ساخته شده است. آسیا در حال بهره‌برداری از این فرصت است تا خود را به‌عنوان قطب بالقوه‌ی تولید زیست‌پلاستیک مطرح کند. هیئت سرمایهگذاری تایلند (BOI) از تلاش‌های صنعتی برای تبدیل این کشور به یک مرکز اصلی برای تولید پلاستیکهای زیست‌تخریب‌پذیر حمایت و به حفظ محیط زیست کمک می‌کند. صنعت پلاستیکهای زیست‌تخریب‌پذیر در 5 سال گذشته بیش از 1/1 میلیارد دلار سرمایهگذاری داشته است. پیشرفت‌های مشابهی در آمریکای شمالی و اروپا نیز از نظر تولید و نیز از نظر مصرف در حال انجام است.
بازار در حال حاضر به دنبال منابع زیست‌پایدار و بهترین فناوری تولید برای خلق زیستپلاستیکهای آینده است. لیزوزیم، آنزیمی که در سفیده‌ی تخم مرغ یافت می شود، به دلیل قابلیت مهار رشد باکتری‌‌ها شناخته شده است. پژوهشگران دانشگاه جورجیا، در حال بررسی استفاده از سفیده تخم مرغ برای تولید زیستپلاستیکهای ضدباکتری هستند. هدف پژوهشگران، استفاده از این زیست‌پلاستیک‌ها در کاربردهای مختلف پزشکی مانند پانسمان زخم، نخ بخیه، لوله های سوند و ابزارهای دارورسانی است.
شرکت SymbioTex، که به دلیل نوآوری در مواد برای تولید زیستپلاستیکهای صنعت پزشکی شناخته شده است، در حال بررسی استفاده از جلبک دریایی به عنوان ماده‌ی اولیه برای ساخت تجهیزات و وسایل پزشکی است. در حال حاضر، این شرکت در مرحله تحقیق و آزمایش است و پتانسیل پلاستیک‌‌هایی از جنس جلبک دریایی را به عنوان جایگزینی برای پلاستیکهای سنتی بررسی می‌کند. زیستپلاستیکهای جلبک‌پایه، امکانات هیجان‌‌انگیزی را برای تولید ابزار‌‌ها و کاشتینههای پزشکی که به‌طور طبیعی تجزیه (decomposing) میشوند، ارائه میدهند.
بخش پزشکی هم‌چنان شاهد پیشرفت‌های امیدوارکننده‌ای در زمینه‌ی زیست‌پلاستیک‌ها، به ویژه با ادغام فناوری‌های پیشرفته مانند نانوفناوری و چاپ سه‌بعدی است. این نوآوری‌ها، امکان ایجاد کاشتینه‌‌ها و ابزارهای جراحی سفارشی را فراهم می‌کنند و هم‌چنین چالش‌هایی مانند بازگشت فنری لوله‌های توری (stent) بسپاری و ترومبوز ناشی از لخته خون را برطرف می‌کنند. به طور خاص، پژوهشگران فرانسوی لوله‌های توری کروم-پلاتینیوم را با پوشش‌های PLA برای رهاسازی داروهای ضد-تنگی مجدد عروق ترکیب کرده‌اند و یک گروه هلندی نمونه‌ی اولیه‌ای از لوله‌ی توری زیست‌تخریب‌پذیر برای جراحی عصبی-رگی ساخته‌اند. علاوه بر این، زیستپلاستیکهای هوشمند دارای حافظه‌ی شکلی برای استفاده در لوله‌های توری و وسایل انسداد رگ‌برآمدگی (aneurysm) و خارج کردن لخته خون در حال بررسی هستند.
مهندس عطیه پیراسته
[email protected]
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 271 ماهنامه بسپار که در نیمه اردیبهشت ماه32 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
