Гидрогель (Hydrogel) - чрезвычайно гидрофильный трехмерный сетевой гель, который быстро растворяется в воде и в этом растворенном состоянии может удерживать большое количество воды без растворения.

Классификация гидрогелей

Из - за наличия сети соединений гидрогель может растворяться и удерживать большое количество воды, а поглощение воды тесно связано с степенью соединения. Чем выше степень сцепления, тем ниже всасывание воды. Эта особенность очень похожа на мягкую ткань. Содержание воды в гидрогеле может быть на несколько процентов ниже или до 99%. Агрегация геля не является ни твердой, ни жидкой. Поведение твердого тела при определенных условиях может поддерживать определенную форму и объем, поведение жидкости заключается в том, что раствор может распространяться или проникать из гидрогеля.

Все водорастворимые или гидрофильные высокомолекулы могут образовывать гидрогель посредством определенного химического или физического скрещивания. Эти высокомолекулы в зависимости от их происхождения можно разделить на две основные категории: естественные и синтетические. Природные гидрофильные высокомолекулы включают полигликопластыри (крахмал, целлюлозу, водоросли, гиалуроновую кислоту, панцирный полисахарид и т.д.) и полипептиды (коллаген, полиL - лизин, полиL - глютамин и т.д.). Синтетические гидрофильные высокомолекулы включают спирты, акриловые кислоты и их производные (полиакриловые кислоты, полиметилакриловые кислоты, полиакриламиды, полиN - полиакриламиды и т.д.).

01 Физические и химические гели

Гидрогель имеет различные классификации, в зависимости от сетевых соединений гидрогеля, которые можно разделить на физические и химические гели. Физический гель формируется физическими силами, такими как электростатическое действие, водородные связи, обмотка цепи и т. Д., Этот гель не является постоянным 1 и может быть преобразован в раствор путем нагрева геля, поэтому он также известен как псевдогель или термореактивный гель. Многие природные высокомолекулы при комнатной температуре имеют стабильную коагуляцию, такую как клей с угловой вилкой типа K2, агар и так далее; В синтетических полимерах поливиниловый спирт (ПВА) является типичным примером того, как после замораживания и таяния можно получить стабильный гидрогель ниже 60°C. Химический гель представляет собой трехмерный сетевой полимер, образованный химическими связями, который является постоянным и также известен как истинный гель.

02 Макрогель и микрогель

В зависимости от размера и формы гидрогеля, есть макроггель и микроскопический гель (микросфера), в зависимости от формы различных макроггелей можно разделить на цилиндрические, пористые губки, волокнистые, мембранные, сферические и т. Д., Подготовленные микросферы имеют микрон и наноуровень.

3 Традиционные и экологически чувствительные гидрогели

В зависимости от реакции гидрогеля на внешние раздражители его можно разделить на две основные категории традиционные гидрогели и экологически чувствительные гидрогели. Традиционный гидрогель не чувствителен к изменениям окружающей среды, таким как температура или pH, в то время как чувствительный к окружающей среде гидрогель относится к типу высокомолекулярного геля, который может воспринимать небольшие изменения или раздражения внешней среды (например, температуры, pH, света, электричества, давления и т. Д.) и может генерировать соответствующие изменения физической структуры и химических свойств или даже мутации. Характерной особенностью таких гелей являются значительные изменения в их растворительном поведении во время реакции на окружающую среду, которые могут быть использованы в качестве датчиков, контрольных переключателей и т. Д. Это одна из самых интересных тем для исследователей с 1985 года.

04 Синтетические и природные полимерные гидрогели

В зависимости от синтетических материалов гидрогель делится на синтетический полимерный гидрогель и природный полимерный гидрогель. Природные полимеры привлекают все большее внимание ученых благодаря лучшей биосовместимости, чувствительности к окружающей среде, а также обилию источников и низкой цене. Однако природные высокомолекулярные материалы менее стабильны и подвержены разложению.

Применение гидрогеля

Как высоковсасывающий и высоководоудерживающий материал, гидрогель широко используется в различных областях, таких как: засухоустойчивость в засушливых районах, маски в косметике, жаропонижающие наклейки, болеутоляющие наклейки, сельскохозяйственные пленки, противоросовые средства в строительстве, увлажнители, регуляторы заторов в нефтехимической промышленности, обезвоживание сырой нефти или нефтепродуктов, пылеулавляющие средства в горнодобывающей промышленности, консерванты в пищевых продуктах, загустители, фармацевтические носители в медицине и так далее. Стоит отметить, что в различных областях применения следует выбирать различные высокомолекулярные ингредиенты для удовлетворения различных потребностей.

Биологическая совместимость гидрогеля, биоразлагаемость, высокая всасываемость, водоудерживающие свойства делают его широко применимым во многих областях, таких как экологическая инженерия, гибкое зондирование, электрохимия и т. Д. Особенно в области биомедицины, включая тканевую инженерию, системы доставки лекарств, раневые повязки, биодатчики, контактные линзы, искусственные клетки и т. Д. Широко используются.

Например, трехмерная структура гидрогеля похожа на внеклеточную матрицу многих тканей, в то время как в тканевой инженерии конкретные клетки должны культивироваться как соответствующий орган на подходящем стенте, когда гидрогель является идеальным материалом для стента.

В системе введения, которая может использоваться для медленного высвобождения лекарств и точечного высвобождения, контролируемая пористая структура гидрогеля позволяет ему легко переносить несколько лекарств и перемещаться в определенные участки. В то же время интеллектуальный гидрогель вызывает различные реакции растворения после того, как он стимулируется окружающей средой, такой как pH, ферменты и т.д., тем самым высвобождая лекарства с разной скоростью.

Гидрогель, как новый функциональный материал, обладает высокой водоудерживающей способностью, хорошей биологической совместимостью, гибкостью и другими характеристиками, благодаря выбору различных материалов, а также модификации, композиции и другим средствам, чтобы дать ему конкретные характеристики, такие как самовосстанавливающаяся способность, характеристики реакции на окружающую среду и так далее. Таким образом, существует множество исследований гидрогеля. В то же время гидрогель и его производные все шире используются в различных областях, и его исследовательская ценность не ограничивается этим, что также является причиной его пожара.

Лаборатория замораживания.

Экспериментальный образец: гидрогель

Экспериментальная цель: заморозить и высушить всю воду в виде губки

Экспериментальное оборудование: серия Mercury

Экспериментальный процесс:

1. Гидрогель - 80°C предварительно заморожен на 4h или жидкий азот быстро замерзает.

2. Включите охлаждение морозильной сушилки, поместите предварительно замороженный гидрогель на перегородку, откройте вакуум.

3.Процедура замораживания и сушки: процедура сублимации - 40°C ~ 25°C, вакуум 2Pa, время 30h.

4. После завершения процедуры декомпрессионное извлечение замороженных и высохших образцов, хранение или проведение последующих экспериментов.

Перед заморозкой:

Замороженно высыхает:

После высыхания:

Гидрогель SEM

После замораживания и высыхания он становится губчатым, достигая желаемого эффекта.