Hydrożel ? budowa, właściwości

Najprostszym przykładem hydrożelu jest galaretka z żelatyny. Hydrożel jest to dwu lub więcej kompartmentowa substancja, która składa się z trójwymiarowej sieci łańcuchów polimerowych (substancja żelująca) i wody, która wypełnia przestrzenie pomiędzy makrocząsteczkami . Ze względu na dużą zawartość wody w swojej strukturze, ich elastyczność przypomina tkanki miękkie.

W hydrożelach poddanych sorpcji nie można wyodrębnić, tak jak w przypadku zawiesin czy emulsji, fazy rozpraszającej, gdyż woda i polimer wzajemnie się przenikają.

Uzyskanie błyskawicznie regenerujących się żeli było przedtem niemożliwe, przez co ich zastosowania były w dużym stopniu ograniczone. Zespół z San Diego tworząc hydrożel o nazwie A6ACA poradził sobie z tym wyzwaniem, wykorzystując wolne łańcuchy boczne. Wystają one ze struktury pierwotnej (pierwszorzędowej) i mogą się wzajemnie o siebie zaczepiać.

Podczas projektowania cząsteczek łańcuchów bocznych zespół wykorzystał symulacje komputerowe. Ujawniły one, że zdolność hydrożelu do samonaprawy zależy od długości łańcuchów bocznych. Hydrożele o optymalnej długości łańcuchów bocznych cząsteczek wykazują się najsilniejszymi właściwościami regeneracyjnymi. Jeżeli łańcuchy polimerowe są zbyt krótkie, nie są w stanie stworzyć dwóch hydrożelowych, naprzeciwległych powierzchni. Zaś jeżeli są zbyt długie, powrócą z powrotem do hydrożelu poprzez zjawisko zwane hydrofobowością. Podobnie jak olej nie miesza się z wodą, w długich łańcuchach bocznych cząsteczki nie oddziałują z cząsteczkami wody, ponieważ nie mogą osiągnąć na całej powierzchni hydrożelu zdolności do tworzenia wiązań.

Kiedy w kwasowym roztworze umieszczano dwa cylindry z hydrożelu z łańcuchami bocznymi o optymalnej długości, natychmiast do siebie przywierały. Zachowanie się hydrożelu można zaobserwować w filmie na stronie pod adresem: http://www.youtube.com/watch?v=wZhwGfOnydY.

Dalsze próby pokazały, że manipulując pH roztworu, kawałki hydrożelu można łatwo spajać przy niskim pH lub rozłączać (pH wysokie). Co ważne proces wielokrotnie powtarzano, bez szkody dla siły związania.

Zastosowania hydrożelu

Bioinżynierowie stworzyli żel, który posiada właściwości tkanek biologicznych, jest to niewątpliwie jedno z ważniejszych odkryć w dziedzinie inżynierii materiałowej. Taki produkt będzie miał  zatem wiele potencjalnych zastosowań. Z wielu wysuwanych propozycji, główną rolę odgrywają te na polu medycyny, są to między innymi: miękkie soczewki kontaktowe, opatrunki ran i oparzeń, kleje chirurgiczne, medyczne implanty i systemy, które będą odpowiedzialne za systematyczne dostarczania leków. Natomiast specjaliści sugerują, że to dopiero początek zastosowań tego wszechstronnego materiału.

Ten nowy rodzaj inteligentnego biomateriału może stworzyć ekscytujące możliwości nie tylko w dziedzinie ochrony zdrowia, ale także przemysłu i badań naukowych. Na przykład w tworzeniu obudów do telefonów, laptopów i innych urządzeń z samo naprawiającego się plastiku, co oznaczałoby brak rys oraz uszkodzeń. Kolejnym zastosowaniem może być wykorzystanie takiego materiału jako uszczelniacza przemysłowego do uszczelniania pojemników z różnymi niebezpiecznymi substancjami.

Wysoka wytrzymałość i elastyczność hydrożelu w środowisku kwaśnym, takim jak w żołądku, stwarza możliwości radzenia sobie z takimi problemami jakimi są łatanie perforacji żołądka, oraz leczenie wrzodów (przez systematyczne dostarczanie leków).

Największym wyzwaniem Amerykańskich naukowców w przyszłości będzie opracowanie hydrożeli działających także przy innych niż kwasowych wartościach pH.