Fabrication and Degradation of Electrospun Polyhydroxyalkanoate Film

Abstract

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are a family of biopolymers with good biodegradability. Poly(3- hydroxybutyrate) [P(3HB)], poly(3-hydroxybutyrate-co-25 mol % 4-hydroxybutyrate) [P(3HBco- 25 mol % 4HB)] and poly(3-hydroxybutyrate-co-75 mol % 4-hydroxybutyrate) [P(3HB-co-75 mol % 4HB)] were fabricated using the electrospinning technique to obtain fibers. Electrospun P(3HB) showed formation of fibers when 30 kV voltage was applied to 4 % P(3HB) extruded at 60 μL/min with prior heating for 15 min at 60 °C. Fabricated P(3HB-co-4HB) showed a continuous polymer mat with embedded beads formation. P(3HB) fabricated at different time of electrospinning (5, 10, 15 and 20 min) and concentrations (1 %, 2 %, 3 % and 4 %) subjected to in vitro enzymatic degradation by PHA depolymerase showed decrease in polymer weight. The highest rate of degradation was exhibited by 2 % P(3HB) electrospun for 15 min. Films of 1 % P(3HB-co-25 mol % 4HB) and 1 % P(3HBco- 75 mol % 4HB) subjected to in vitro lipase degradation also exhibited decrease in polymer weight. P(3HB-co-75 mol % 4HB) films showed significant decrease in weight compared to P(3HB-co-25 mol % 4HB). Degraded P(3HB) had fibril-like structures whereas P(3HB-co-4HB) surface structure became more porous. Environmental degradation of these polymers was successful with P(3HB-co- 4HB) being better degraded

Полигидроксиалканоаты (ПГА) представляют собой семейство биополимеров c хорошей биоразлагаемостью. С использованием электростатического формования были получены пленки из волокон поли-3-гидроксибутирата [П(3ГБ)], поли-3-гидроксибутирата-co-4- гидроксибутирата с содержанием 25 молярных % 4ГБ [П(3ГБ-co-25 мол. % 4ГБ)] и поли-3- гидроксибутирата-co-4-гидроксибутирата с содержанием 75 мол. % 4-гидроксибутирата [П(3ГБ-co-75 мол. % 4ГБ)]. Электростатическое формование П(3ГБ) после предварительного нагрева в течение 15 минут при температуре 60 °C продемонстрировало формирование волокон при воздействии напряжения 30 кВ на 4%-ный раствор П(3ГБ) при скорости подачи раствора 60 мкл/мин. Полученный П(3ГБ-co-4ГБ) представлял собой непрерывный полимерный мат с вкрапленными гранулами. П(3ГБ), спряденный при различной продолжительности электростатического формования (5, 10, 15 и 20 мин) и при разной концентрации растворов (1, 2, 3 и 4 %), подвергнутый ферментативной деградации in vitro с использованием ПГА- деполимеразы, показал уменьшение массы полимера. Наибольшая скорость деградации была достигнута при электроформовании 2 % П(3ГБ) в течение 15 минут. У пленок из 1 % П(3ГБ- co-25 мол. % 4ГБ) и 1 % П(3ГБ-co-75 мол. % 4ГБ), подвергнутых деградации липазой in vitro, также было отмечено уменьшение массы полимера. Пленки из П(3ГБ-co-75 мол. % 4ГБ) продемонстрировали значительное сокращение массы по сравнению с пленками из П(3ГБ- co-25 мол. % 4ГБ). Деградированная полимерная пленка из П(3ГБ) имела фибриллярную структуру, в то время как структура поверхности П(3ГБ-co-4ГБ) стала более пористой. Данные полимеры успешно деградировали в окружающей среде, причем для П(3ГБ-co-4ГБ) отмечалась более быстрая деградация