Structure-property relations of biosynthesized P(3HB-co-4HB):expanding the compositional range

This thesis project investigates the structure-property relationships of biosynthesized poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) (P(3HB-co-4HB)) using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and dynamic scanning calorimetry (DSC). Commercial P(3HB-co-4HB) copolymers have limited chemical diversity and may contain additives, necessitating the biosynthesis and extraction of samples in the lab to accurately study their properties. The project faces challenges in directing biosynthesis towards specific compositions, especially those with high 4-hydroxybutyrate (4HB) content, and in dealing with the broad compositional distribution of the samples. To address this, solvent fractionation and variation in procedure parameters will be employed to obtain fractions with narrower compositional distributions. NMR spectroscopy will determine the composition of these fractions, while DSC will analyze their thermal properties. By integrating these techniques, the project aims to elucidate the correlations between molecular structure, thermal properties, and material behavior of P(3HB-co-4HB), thereby enhancing its potential applications in biomedicine and other industries.

Questa tesi esplora le relazioni struttura-proprietà del poli(3-idrossibutirrato-co-4-idrossibutirrato) (P(3HB-co-4HB)) biosintetizzato utilizzando la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e la calorimetria a scansione dinamica (DSC). I campioni commerciali di P(3HB-co-4HB) sono chimicamente limitati e spesso contengono additivi, rendendo necessaria la biosintesi e l'estrazione laboriosa di campioni puri in laboratorio. Il progetto mira a superare le sfide nella biosintesi orientata verso composizioni specifiche, in particolare con un alto contenuto di 4-idrossibutirrato (4HB), e nella gestione della vasta distribuzione composizionale dei campioni biosintetizzati. La frazionamento con solvente e, successivamente la variazione di alcuni parametri nella procedure, sarà utilizzata per separare il P(3HB-co-4HB) in frazioni con distribuzioni composizionali più strette. L'NMR valuterà la composizione di queste frazioni e la DSC analizzerà le loro proprietà termiche. Questo approccio combinato mira a rivelare le correlazioni tra la struttura molecolare, il comportamento termico e le proprietà dei materiali, fondamentali per espandere le applicazioni di questo copolimero biodegradabile e biocompatibile in biomedicina e in altri settori.