Igor Petrushenko /

Polymere gibt es in vielen Formen. Viele Menschen kennen die synthetischen, vom Menschen hergestellten Polymere, die im Alltag zu sehen sind – häufig in Form von Kunststoffprodukten -, aber es gibt auch eine Fülle natürlicher und biologischer Polymermaterialien. Innerhalb natürlicher und biologischer Polymere gibt es eine bestimmte Klasse, die als Kohlenhydratpolymere bekannt ist, und in diesem Artikel werden wir uns einige der Anwendungen ansehen, bei denen Kohlenhydratpolymere verwendet werden.

Es gibt viele verschiedene Arten von Kohlenhydratpolymeren, die im ganzen Körper und in anderen biologischen Materialien vorkommen, oft in Form von Polysacchariden – langen Ketten cyclischer Zuckergruppen, die über eine Sauerstoffbrücke verbunden sind. Kohlenhydrate sind häufig Disaccharide, bei denen es sich um zwei miteinander verbundene cyclische Zuckereinheiten handelt, und diese Kohlenhydratmoleküle können weiter zu Polysaccharid-Biomolekülen erweitert werden. Diese Polysaccharide können sehr lange Moleküllängen haben und werden oft als Kohlenhydratpolymere bezeichnet.Während es viele verschiedene Kohlenhydratpolymere gibt, werden sie oft in Reserve-Kohlenhydratpolymere, strukturelle Kohlenhydratpolymere und schützende Kohlenhydratpolymere gruppiert; abhängig von der Funktion im Körper, die sie ausführen. Die häufigsten Kohlenhydratpolymere, die in der Natur vorkommen, sind Cellulose, Stärke, Dextrine und Cyclodextrine, Chitin und Chitosan, Hyaluronsäure und verschiedene Gummis (Carrageen, Xanthan usw.).Kohlenhydratpolymere sind eine umweltfreundliche Antwort auf synthetische Polymere, haben niedrige Kosten, sind im Überfluss vorhanden, sind erneuerbar und können leicht modifiziert werden, um Materialien mit überlegenen Eigenschaften herzustellen. Aus diesen Gründen gab es in den letzten Jahren ein großes Interesse an der Verwendung von Kohlenhydratpolymeren in verschiedenen kommerziellen Anwendungen.

Im Folgenden werden wir uns einige der am weitesten verbreiteten Anwendungen dieser gängigen Kohlenhydratpolymere ansehen, aber es ist keine erschöpfende Liste.

Drug Delivery

Da Kohlenhydratpolymere Biomoleküle sind, die im Körper vorkommen, haben sie aufgrund ihrer inhärenten Biokompatibilität und Fähigkeit, nach der Verabreichung der Arzneimittel aus dem Körper ausgeschieden zu werden, das Potenzial, ausgezeichnete Arzneimittelabgabegefäße zu sein.

Sie müssen zuerst modifiziert werden, aber als rohes Ausgangsmaterial haben bestimmte Materialien ein großes Potenzial, wobei Hyaluronsäure und Chitosan führend sind. Diese Materialien wurden verwendet, um Hydrogele, Liposomen, Mikropartikel und Granulate herzustellen, die eine breite Palette von Arzneimitteln über dermale und orale Verabreichungswege transportieren können.

Neben der Abgabe von Medikamenten und immer noch im medizinischen Bereich wurde Hyaluronsäure auch in medizinischen Wundauflagen verwendet.

Korrosionsbeständigkeit

Kohlenhydratpolymere wurden auch als eine Klasse von Molekülen angepriesen, die das Korrodieren von Metallen verhindern können, indem sie als chemischer Inhibitor wirken. Chemische Inhibitoren können verwendet werden, um Metalle vor Änderungen des pH-Werts, der Temperatur und der Feuchtigkeit sowie vor Änderungen des Geräts, in dem sie verwendet werden, zu schützen, z. B. vor Änderungen des Elektrolyten in einem Batteriesystem.

Kohlenhydratpolymere werden gegenüber anderen Chemikalien getestet, da sie weniger toxisch sind, kostengünstiger sind, nach dem Gebrauch weniger umweltschädlich (umweltfreundlicher) sind und leicht verfügbar sind. Viele Kohlenhydratpolymere haben einen einzigartigen Hemmmechanismus, um Korrosion entgegenzuwirken, wo sie spezifische Absorptionszentren haben, die verschiedene Moleküle absorbieren können, die das Metall korrodieren lassen würden.

Das hemmende Zentrum ist darauf zurückzuführen, dass die cyclischen Ringe in den langen Ketten Bindungen mit den ankommenden Molekülen eingehen können und so die korrosionsinduzierenden Moleküle einfangen.

Katalyse

Kohlenhydratpolymere haben auch Potenzial in der heterogenen Katalyse – d.h. Katalyse, bei der sich der Katalysator in einem anderen Aggregatzustand/einer anderen Phase als die Reaktanten befindet, z.B., eine feste Oberfläche mit flüssigen Reaktanten.Die Verwendung von Kohlenhydratpolymeren hat sich auf die Verwendung von Stärke, Cellulose und Chitosan als katalytische Oberflächen ausgeweitet, wobei die Kohlenhydratpolymere als Trägeroberfläche für die Reaktion dienen.Es gibt viele Gründe für die Erprobung von Kohlenhydratpolymeren in Katalyseanwendungen, einschließlich der Leichtigkeit, mit der die physikalischen und chemischen Eigenschaften eingestellt werden können, das Vorhandensein wünschenswerter funktioneller Gruppen, geringe Toxizität und hohe thermische Stabilität.

Brennstoffzellen

Ein weiteres Interessensgebiet sind Brennstoffzellen. In Brennstoffzellenanwendungen wurden Chitosan, Stärke, Cellulose und Glykogenkohlenhydratpolymer als Ausgangsmaterial für alternative Synthesewege verwendet, um neue kostengünstige und umweltfreundlichere Polymerelektrolyte zu erhalten. Bei diesen Anwendungen ist es nicht das Ziel, effizienter zu sein, sondern eine weniger toxische und billigere Alternative zum Status Quo zu bieten.Chitosan wurde auch als Material angepriesen, das in der Protonenaustauschermembran in Brennstoffzellen verwendet werden kann, da seine physikalischen und chemischen Eigenschaften leicht an die Anforderungen dieser Membranen angepasst werden können, wie z. B. geringe Methanolpermeabilität und Hydrophobie.

Quellen und weiterführende Literatur

• „Recent Developments on the Application of Carbohydrate Polymers“- Olatunde O. C. und Azeez M. A., IOSR Journal of Applied Chemistry, 2018, DOI: 10.9790/5736-1107016880

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