Hydrogeleistä

Hydrogeleistä ovat vesipitoisia polymeeriverkkoja, jotka voivat sitoa suuria määriä vettä. Ne muodostavat kolmiulotteisen, ristiinlinkittyneen polymeriverkon, jonka vesimäärä voi olla yli 90 prosenttia kuivattuun massaan verrattuna. Verkoston vesipitoisuus ja ristiinlinkityksen tiukkuus määrittävät hydrogeelin mekaaniset ominaisuudet sekä läpäisevyyden.

Ristiinlinkitys voi olla kemiallista (kovalenttinen) tai fysikaalista (esim. ioninen vahvistus, vetysidosrakenteet). Tämä mahdollistaa sekä pysyvästi että palautuvasti muodostuvat hydrogeleelit. Ominaisuuksiin kuuluvat korkea vesipitoisuus, pehmeä ja joustava rakenne sekä biokompatibiliteetti. Monia hydrogeleelejä voidaan muokata reagoiviksi, jolloin ne reagoivat esimerkiksi lämpötilan, pH:n, ionivahvuuden tai sähkön vaikutukseen, eli ne voivat olla älyhydrogeleitä.

Valmistus ja materiaalit tapahtuvat yleensä vesipohjaisissa olosuhteissa polymeroinnin tai gelation kautta. Esimerkkejä hydrogeelimateriaaleista ovat luonnonpolymereita kuten alginaatti, kitosaani ja gelatiini sekä synteettisiä kuten polyakrylaatit, polyvinyylialkoholi (PVA) ja poly(N-isopropylakrylaami) PNIPAM.

Sovellukset: lääketiede ja bioteknologia (lääkkeiden vapautumisen hallinta, kudosinsin scaffoldit sekä haavojen hoitotyö), sekä kontaktlinssit, jotka ovat hydrogeelin kaltaisia ja tarjoavat pehmeän, läpinäkyvän rakenteen. Myös maataloudessa ja teollisuudessa niitä käytetään veden pidättämiseen, sensorointiin sekä pehmeisiin robotiikkasovelluksiin.

Rajoitteita ovat alhainen mekaaninen kestävyys ja kuivumisriski sekä mahdolliset epäpuhtaudet tai residuaaliset monomeerit valmistusprosessissa. Tulevaisuudessa kehitetään älyhydrogeleitä, jotka reagoivat tarkasti ulkoisiin ärsykkeisiin ja soveltuvat paremmin biologiympäristöihin.