Hydrogeeleissä

Hydrogeeli on kolmiulotteinen polymeriverkosto, joka kykenee sitomaan suuria määriä vettä. Vesipitoisuus on usein yli 90 prosenttia massasta, mikä antaa hydrogeelille pehmeän, joustavan ja usein läpinäkyvän rakenteen. Hydrogeelit voivat olla sekä luonnollisia että synteettisiä, ja niitä käytetään laajasti lääketieteessä, biologiassa ja teollisuudessa.

Ristisidos määrittää hydrogeelin ominaisuudet. Kemialliset ristisidokset tuottavat vakaamman ja vähemmän hajoavan verkoston, kun taas fyysiset sidokset, kuten vetysidokset tai ionisidokset, tekevät verkosta herkemän ympäristön muutoksille. Syntetisoinnissa ja rakenteen suunnittelussa korostuvat verkon tiheys, molekyylipainot ja vesipitoisuus. Luonnolliset hydrogeelit, kuten alginaatit ja kollageeni, sekä synteettiset aineet, kuten polyakrylaatit ja polyetyleeniglykoli, voivat muodostaa erilaisia geelejä. Moni hydrogeeli on myösstimulus-reaktiivinen, esimerkiksi lämpötila- tai pH-herkkä.

Sovellukset ovat moninaisia: lääketieteessä hydrogeelejä käytetään lääkkeiden ja kivunlievityksen annostelussa, haavojen hoidossa sekä kudosinsinöörissä, piilolinsseissä ja erilaisissa biosensorisovelluksissa. Maataloudessa ne voivat parantaa kastelua ja maaperän kosteudenhallintaa. Teollisuudessa niillä on rooleja esimerkiksi eristeissä ja annostelutekniikoissa.

Hydrogeeleissä kulkeutuminen ja vapautuminen riippuvat verkon silmäkoosta, vesipitoisuudesta sekä sähköisistä ja kemiallisista vuorovaikutuksista. Diffuusiovakio kasvaa löysemmässä tai suurikokoisemmassa verkossa, ja pienenee tiheässä verkossa. Vapautumista voidaan hallita suunnittelemalla verkon rakennesuhteita sekä käyttämällä stimuloituvia koostumuksia.

Haasteina ovat mekaaninen kestävyys, kuivuminen sekä sterilointi- ja biosafety-yhteensopivuus.