gelnetwerken

Gelnetwerken zijn drie-dimensionale, kruisgelinkte polymeernetwerken die in water kunnen zwellen tot grote volumes. De structuur bestaat uit lange polymeerketens die via covalente of niet-kovalente interacties aan elkaar zijn gebonden, waardoor een continu netwerk ontstaat met een poreuze binnenruimte. Door de kruislinkingsdichtheid en de kwaliteit van het oplosmiddel bepalen zwellingsvermogen, mechanische sterkte en diffusie-eigenschappen. Gelnetwerken kunnen worden onderverdeeld in fysieke (reversibele) en chemische (permanente) netwerken.

Belangrijke eigenschappen zijn onder meer de zwellingsverhouding, de mechanische modulus en de porositeit, die samen transport- en responskenmerken bepalen voor water, opgeloste stoffen en macromoleculen. De zwellingsbalans bij evenwicht kan worden beschreven met de Flory-Rehner-theorie; voor complexere systemen bestaan andere benaderingen.

Vorming gebeurt op verschillende manieren: chemische crosslinking (vrije-radicalenpolymerisatie met een crosslinker), ionische crosslinking (bij voorbeeld alginaat met Ca2+), fysieke gelvorming (temperatuur, waterstofbruggen) en supramoleculaire self-assembly. Veelvoorkomende materialen zijn netwerken op basis van polyacrylamide, alginaat, gelatine en PEGDA, evenals mengsels en getunede copolymeren.

Toepassingen omvatten biomedische velden zoals weefselengineering en regeneratie, gecontroleerde medicijnafgifte, contactlenzen, wondverzorging, soft robotics en sensortechnologie. Uitdagingen zijn onder meer mechanische fragiliteit bij lage kruislinkingsdichtheid, tijdafhankelijke veroudering, biocompatibiliteit en stabiliteit onder fysiologische omstandigheden.

Zie ook: hydrogels, polymeernetwerken.