Naukowcy z Łukasiewicz - IChP przełamali kluczową barierę w produkcji biodegradowalnego tworzywa P3HB

• Strona główna
• Artykuły
• Naukowcy z Łukasiewicz - IChP przełamali kluczową barierę w produkcji biodegradowalnego tworzywa P3HB

2026-03-26

Jak tłumaczą przedstawiciele Instytut, presja regulacyjna i społeczna na redukcję odpadów tworzyw sztucznych stała się trwałą zmianą warunków rynkowych. Dyrektywa Single - Use Plastics, rozporządzenie PPWR oraz rosnące wymagania łańcuchów dostaw w farmacji i branży opakowaniowej tworzą realny popyt na materiały biodegradowalne, biokompatybilne i jednocześnie przydatne przemysłowo.

P3HB należy do grupy polihydroksyalkanianów (PHA) i jest naturalnie wytwarzany przez niektóre bakterie jako materiał zapasowy. Charakteryzuje się właściwościami fizykochemicznymi bardzo zbliżonymi do polipropylenu, z jedną kluczową przewagą - ulega pełnej biodegradacji zarówno w środowiskach tlenowych, jak i beztlenowych.

Przez dekady rozwój przemysłowego zastosowania P3HB hamowała jednak podstawowa bariera materiałowa: wysoka krystaliczność powodująca kruchość oraz wąskie okno przetwórcze. Temperatura topnienia polimeru jest niebezpiecznie bliska temperaturze jego termicznej degradacji, co sprawia, że procesy wytłaczania, formowania wtryskowego czy termoformowania wymagają ekstremalnie precyzyjnej kontroli parametrów. W warunkach przemysłowych jest to kosztowne i mało niezawodne.

Dotychczasowe próby poprawy przetwórczości poprzez dodatek plastyfikatorów lub kopolimeryzację prowadziły do utraty jednorodności chemicznej materiału. Skutkowało to zaburzeniem przebiegu biodegradacji i ograniczeniem możliwości stosowania P3HB w najbardziej wymagających aplikacjach, takich jak systemy dostarczania leków czy implanty medyczne.

Naukowcy z Łukasiewicz - IChP opracowali technologię kontrolowanej degradacji biopolimeru wysokocząsteczkowego (h-P3HB, masa cząsteczkowa powyżej 200 kDa) do niskocząsteczkowej formy (l-P3HB, poniżej 10 kDa). Uzyskana frakcja niskocząsteczkowa działa jako efektywny modyfikator reologii.

Największą zaletą rozwiązania jest fakt, że modyfikator pochodzi z tego samego polimeru co matryca podstawowa – nie wprowadza żadnych obcych substancji. Dzięki temu materiał zachowuje pełną jednorodność chemiczną. Obecność l-P3HB zakłóca uporządkowaną strukturę krystaliczną h-P3HB, obniża temperatury przemian fazowych, redukuje podatność na wtórną krystalizację i znacząco poszerza okno przetwórcze.

W rezultacie otrzymano materiał bardziej elastyczny, znacznie łatwiejszy w przetwórstwie przemysłowym, a jednocześnie w pełni biodegradowalny i chemicznie jednorodny – bez potrzeby stosowania zewnętrznych plastyfikatorów. Innowacja jest chroniona zgłoszeniami patentowymi krajowymi oraz europejskim.

Technologia wyróżnia się również na etapie produkcji biopolimeru. Zamiast trudnych w hodowli i skalowaniu bakterii naturalnych (takich jak Cupriavidus necator), naukowcy wykorzystali dobrze poznany szczep Escherichia coli. Do bakterii wprowadzono plazmid pIBA-phaCAB zawierający operon phaCAB z C. necator, odpowiedzialny za biosyntezę P3HB. Hybrydowy układ promotorów zapewnia wysoki i stabilny poziom ekspresji genów niezależnie od warunków hodowli.

Opracowane rozwiązanie otwiera P3HB drogę do wielu sektorów:

• Farmacja i biomedycyna - mikrosfery do kontrolowanego uwalniania leków (Drug Delivery Systems). Naukowcy z powodzeniem zastosowali techniki emulsyjne (o/w oraz w/o/w), uzyskując mikrosfery z wysoką zawartością substancji czynnej (API).
• Opakowania - folie i elementy opakowaniowe wytłaczane na standardowych liniach produkcyjnych. W przeciwieństwie do PLA, P3HB biodegraduje w glebie, wodzie i warunkach beztlenowych.
• Rolnictwo - folie mulczujące, kapsułki nawozowe, osłony nasion i matryce do kontrolowanego uwalniania pestycydów, które rozkładają się bezpośrednio w glebie.
• Medycyna - implanty i rusztowania tkankowe oraz inne aplikacje wymagające materiału o ściśle określonym czasie życia.

Łukasiewicz – IChP jest otwarty na współpracę z firmami z sektora biotechnologicznego, farmaceutycznego, opakowaniowego, rolniczego i materiałowego, które chcą rozwijać technologie biodegradowalnych polimerów. Możliwe formy partnerstwa to licencjonowanie technologii, wspólne projekty B+R oraz udział w konsorcjach w ramach programów KPO, Horyzont Europa i FENG.

Łukasiewicz - Instytut Chemii Przemysłowejbadania i rozwójtworzywa sztuczneinnowacyjność