Gelstrukturen

Gelstrukturen bezeichnen die dreidimensionale Netzwerkstruktur eines Gels, in der vernetzte Polymerketten ein festes, meist wasserhaltiges Gel bilden. Die Struktur umfasst das Netzwerken der Moleküle sowie Poren, in denen das Lösungsmittel eingelagert ist. Je nach Art der Vernetzung können Gelstrukturen homogen oder heterogen, isotrop oder anisotrop sein. Sie bestimmen maßgeblich Transportprozesse, mechanische Eigenschaften und die Stabilität des Gels.

Gele entstehen durch chemische Vernetzung (kovalente Bindungen) oder durch physikalische Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrücken, Ionenbindung oder Phasenseparation. Wichtige Stellgrößen für die resultierende Struktur sind Vernetzungsdichte, Polymerkonzentration, Lösungsmittelqualität, Temperatur, pH-Wert und Ionenstärke. Die Porengröße und Verteilung beeinflussen Diffusion, Freisetzung von geladenen Spezies und die mechanische Steifigkeit.

Die Struktur kann durch Mikroskopie (Konfokale, Transmission), Streuungstechniken (SAXS, SANS) und durch Rheologie (Speicher- und Verlustmodul) beschrieben und charakterisiert werden. Auch Swellverhalten, Dichte und Frakturverhalten liefern Hinweise auf die Gelstrukturen.

Anwendungen finden sich in der Biotechnologie, Medizin, Lebensmitteltechnologie und Materialwissenschaft. Typische Beispiele sind Alginate- oder Kollagen-Gele in der Geweberegeneration, Polyacrylamid-Gele in der Biophysik, oder Hydrogelsysteme für kontrollierte Wirkstofffreisetzung und Sensorik.