מדע פופולרי פשוט: מבין מהו הידרוג'ל בדקה אחת? למה זה משמש?

[הגדרת מדע]

הידרוג'לים הם רשתות של שרשראות פולימר הידרופיליות, הנקראות ג'לים קולוידאליים, בהן מים הם אמצעי הפיזור. תוכנה תלת מימדית נובעת מרשתות הפולימר ההידרופיליות המוחזקות זו בזו על ידי הצמדה. בשל הקישור הצלב, השלמות המבנית של רשת ההידרוג'ל לא תתמוסס בריכוזים גבוהים של מים (doi: 10.1021/acs.jchemed.6b00389). הידרוג'לים הם גם סופגים מאוד (הם יכולים להכיל יותר מ -90% מים) רשתות פולימריות טבעיות או סינתטיות. המונח "הידרוג'ל הופיע לראשונה בספרות בשנת 1894 (doi: 10.1007/BF01830147). בתחילה, מחקר על הידרוג'לים התמקד ברשת פולימרית צולבת פשוטה יחסית יחסית זו כדי ללמוד את המאפיינים הבסיסיים שלה, כגון קינטיקה של נפיחות/נפיחות ושיווי משקל, דיפוזיה מומסת, מעבר שלב נפח וחיכוך הזזה וחקר יישומים כאלה. כגון רפואת עיניים והעברת תרופות. עם ההתפתחות המתמשכת של מחקר ההידרוג'ל, המיקוד שלו עבר מרשתות פשוטות לרשתות "תגובה". בשלב זה פותחו הידרוגלים שונים שיכולים להגיב לשינויים בתנאי הסביבה כגון pH, טמפרטורה ושדות חשמליים ומגנטיים. מוצע מפעיל הידרוג'ל המגיב לשדות חשמליים ומגנטיים. עם זאת, ההידרוג'לים באותה תקופה היו בדרך כלל רכים מדי או שבירים מדי מבחינה מכנית, מה שהגביל מאוד את היישומים הפוטנציאליים שלהם. עם כניסת האלף החדש, הידרוג'לים נכנסו גם הם לעידן חדש, עם שיפורים פורצי דרך בתכונותיהם המכניות. הצלחה זו הובילה למחקרים בין -תחומיים רבים של הידרוג'לים. כיום ניתן להשתמש במגוון שיטות כימיות בעלות מבנים צורכי אנרגיה לייצור הידרוגלים חזקים יותר משרירים וסחוסים. בנוסף, הוא משיג פונקציות אחרות, כגון ריפוי עצמי, תגובות גירוי מרובות, הידבקות, רטיבות-על וכו '. הפיתוח החדשני של הידרוג'ל חזק הרחיב מאוד את היישומים הפוטנציאליים של חומר זה בתחומים שונים, כולל רובוטים רכים, מלאכותיים איברים, רפואה רגנרטיבית וכו '(doi: /10.1021/acs.macromol.0c00238).

【המטרה העיקרית】

1. פיגום בהנדסת רקמות (doi: 10.1002/advs.201801664).

2. כאשר הוא משמש כפיגום, ההידרוג'ל עשוי להכיל תאים אנושיים לתיקון רקמות. הם מחקים את המיקרו -סביבה התלת -ממדית של תאים (doi: 10.1039/C4RA12215).

3. השתמש בארות מצופות הידרוג'ל לתרבית תאים (doi: 10.1126/science.1116995).

4. הידרוגים רגישים לסביבה (נקראים גם "ג'לים חכמים" או "ג'לים חכמים"). להידלוגים אלה יש יכולת לחוש שינויים ב- pH, בטמפרטורה או בריכוז המטבוליטים ולשחרר שינויים כאלה (doi: 10.1016/j.jconrel.2015.09.011).

5. הידרוג'ל הניתן להזרקה, שיכול לשמש כנושא תרופות לטיפול במחלות או כנשא תאים לצורכי התחדשות או הנדסת רקמות (doi: 10.1021/acs.biomac.9b00769).

6. מערכת אספקת תרופות בשחרור ממושך. ניתן להשתמש בחוזק יוני, ב- pH ובטמפרטורה כמפעילים לשליטה על שחרור התרופות (doi: 10.1016/j.cocis.2010.05.016).

7. מספקים ספיגה של רקמות נמק ופיברוטיות, שומנים וניתקים

8. הידרוגלים המגיבים למולקולות ספציפיות (כגון גלוקוז או אנטיגנים) יכולים לשמש כחיישן או DDS (doi: 10.1021/cr500116a).

9. חיתולים חד פעמיים יכולים לספוג שתן או לשים במפיות סניטריות (doi: 10.1016/j.eurpolymj.2014.11.024).

10. עדשות מגע (הידרוג'ל סיליקון, פוליאקרילאמיד, הידרוג'ל המכיל סיליקון).

11. אלקטרודות רפואיות EEG ו- ECG תוך שימוש בהידרוג'לים המורכבים מפולימרים צולבים (פוליאתילן אוקסיד, polyAMPS ו polyvinylpyrrolidone).

12. חומרי נפץ הידרוג'ל.

13. ניהול ואבחון רקטאלי.

14. אריזה של נקודות קוונטיות.

15. שתלי חזה (שיפור חזה).

16. הדבק.

17. חלקיקים המשמשים לשמירה על לחות הקרקע באזורים צחיחים.

18. תחבושות לריפוי כוויות או פצעים קשים לריפוי. ג'ל פצע עוזר מאוד ביצירה או שמירה על סביבה לחה.

19. אחסון תרופות לשימוש חיצוני; במיוחד תרופות יוניות המועברות על ידי יונטופורזה.

20. חומר המדמה רקמות ריריות של בעלי חיים, המשמש לבדיקת תכונות ההדבקה הרירית של מערכות הובלת תרופות (doi: 10.1039/C5CC02428E).

21. ייצור חשמל תרמי. בשילוב עם יונים, הוא יכול לפזר חום ממכשירים אלקטרוניים וסוללות, ולהמיר חילופי חום למטען חשמלי.

【ההתקדמות הנוכחית שלנו】

נכון לעכשיו, יישומי ההידרוג'ל שלנו משמשים בעיקר בקוסמטיקה וטיפול רפואי, ושומרים על המיקום המוביל בתעשיית ההידרוג'ל בבית ומחוצה לה מבחינת טכנולוגיה, ו- QA \ QC נשארים יציבים.