Hydrogel (Hydrogel) là một loại gel cấu trúc mạng ba chiều cực kỳ ưa nước, nhanh chóng tan trong nước và ở trạng thái tan này có thể duy trì một lượng lớn nước mà không bị hòa tan.

Phân loại Hydrogel

Hydrogel có thể hòa tan và giữ một lượng lớn nước do sự hiện diện của một mạng lưới liên kết chéo, và lượng nước hấp thụ có liên quan chặt chẽ đến mức độ liên kết chéo. Độ liên kết chéo càng cao, lượng nước hấp thụ càng thấp. Đặc tính này giống như một mô mềm. Hàm lượng nước trong hydrogel có thể thấp tới vài phần trăm hoặc lên tới 99 phần trăm. Trạng thái kết tụ của gel không rắn cũng không lỏng. Hành vi của chất rắn là trong một số điều kiện nhất định có thể duy trì một hình dạng và khối lượng nhất định, hành vi của chất lỏng là chất tan có thể khuếch tán hoặc thâm nhập từ hydrogel.

Bất kỳ phân tử cao hòa tan trong nước hoặc ưa nước, thông qua một liên kết chéo hóa học hoặc vật lý nhất định, có thể hình thành hydrogel. Các phân tử cao này có thể được chia thành hai loại chính, tự nhiên và tổng hợp, dựa trên nguồn gốc của chúng. Các polymer ưa nước tự nhiên bao gồm polysaccharide (tinh bột, cellulose, alginic acid, hyaluronic acid, Shell, v.v.) và polypeptide (collagen, polyL-lysine, polyL-glutamic acid, v.v.). Các polymer ưa nước tổng hợp bao gồm rượu, acrylic và các dẫn xuất của chúng (polyacrylic, polymethyl acrylic, polyacrylamide, polyN-polyacrylamide, v.v.).

01 Gel vật lý và hóa học

Hydrogel có nhiều phương pháp phân loại khác nhau và có thể được chia thành gel vật lý và gel hóa học tùy thuộc vào liên kết mạng hydrogel. Gel vật lý được hình thành bởi các lực vật lý như tác dụng tĩnh điện, liên kết hydro, cuộn dây chuyền và như vậy, loại gel này không vĩnh cửu 1, bằng cách làm nóng gel có thể được chuyển đổi thành dung dịch, vì vậy nó còn được gọi là gel giả hoặc gel đảo ngược nhiệt. Nhiều phân tử cao tự nhiên ở trạng thái gel ổn định ở nhiệt độ bình thường, chẳng hạn như keo cải thìa loại k2, agar, v.v. Trong các polyme tổng hợp, rượu polyethylene (PVA) là một ví dụ điển hình, được xử lý bằng băng tan để tạo ra hydrogel ổn định dưới 60 ° C. Gel hóa học là một polymer mạng ba chiều được hình thành bởi liên kết chéo của các liên kết hóa học, vĩnh cửu 1, còn được gọi là gel thật.

02 Macrogel và Microgel

Theo hình dạng kích thước khác nhau của gel nước, có gel vĩ mô và gel vi mô (microspheres), theo hình dạng khác nhau của gel vĩ mô có thể được chia thành cột, xốp, sợi, màng, hình cầu và như vậy, microspheres chuẩn bị có micron và nano.

03 Hydrogel truyền thống và nhạy cảm với môi trường

Căn cứ vào phản ứng của gel nước đối với kích thích bên ngoài có thể chia làm hai loại chính là gel nước truyền thống và gel nước nhạy cảm với môi trường. Hydrogel thông thường không nhạy cảm với những thay đổi trong môi trường như nhiệt độ hoặc pH, trong khi hydrogel nhạy cảm với môi trường là một loại gel phân tử cao có thể cảm nhận được những thay đổi hoặc kích thích nhỏ trong môi trường bên ngoài (như nhiệt độ, pH, ánh sáng, điện, áp suất, v.v.) và có thể tạo ra những thay đổi tương ứng về cấu trúc vật lý và tính chất hóa học hoặc thậm chí đột biến. Đặc điểm nổi bật của loại gel này là trong quá trình phản ứng với môi trường có sự thay đổi đáng kể trong hành vi giãn nở, sử dụng đặc tính phản ứng kích thích này có thể được sử dụng làm cảm biến, công tắc điều khiển phát hành, v.v., đây là một trong những chủ đề được các nhà nghiên cứu quan tâm nhất từ năm 1985.

04 Hydrogel polymer tổng hợp và polymer tự nhiên

Tùy thuộc vào vật liệu tổng hợp, hydrogel lần lượt được chia thành hydrogel polymer tổng hợp và hydrogel polymer tự nhiên. Các phân tử cao tự nhiên đang thu hút sự chú ý của ngày càng nhiều học giả do khả năng tương thích sinh học tốt hơn, nhạy cảm với môi trường và nguồn giàu có, giá cả thấp. Nhưng vật liệu polymer tự nhiên có độ ổn định kém và dễ phân hủy.

Ứng dụng Hydrogel

Là một vật liệu hấp thụ nước cao và giữ nước cao, hydrogel được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như: hạn hán ở vùng khô hạn, mặt nạ trong mỹ phẩm, miếng dán hạ sốt, miếng dán giảm đau, màng nông nghiệp, chất chống sương trong xây dựng, chất làm ẩm, chất làm tắc nghẽn trong hóa dầu, mất nước trong dầu thô hoặc dầu thành phẩm, chất ức chế bụi trong khai thác mỏ, chất bám trong thực phẩm, chất làm đặc, chất mang thuốc trong y tế, v.v. Điều đáng chú ý là các lĩnh vực ứng dụng khác nhau nên chọn các nguyên liệu polymer khác nhau để đáp ứng các nhu cầu khác nhau.

Đặc tính tương thích sinh học hydrogel, khả năng phân hủy sinh học, hấp thụ nước cao, giữ nước làm cho nó áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như kỹ thuật môi trường, cảm biến linh hoạt, điện hóa, đặc biệt là trong lĩnh vực y sinh học, bao gồm kỹ thuật mô, hệ thống phân phối thuốc, băng vết thương, cảm biến sinh học, kính áp tròng, tế bào nhân tạo, v.v.

Ví dụ, cấu trúc ba chiều của hydrogel tương tự như ma trận ngoại bào của nhiều mô, trong khi trong kỹ thuật mô, các tế bào cụ thể cần được nuôi cấy như các cơ quan tương ứng trên một stent thích hợp, khi hydrogel là một vật liệu stent lý tưởng.

Trong khi trong hệ thống quản lý, nó có thể được sử dụng để giải phóng thuốc kéo dài và giải phóng tại chỗ, cấu trúc xốp có thể kiểm soát của hydrogel cho phép nó dễ dàng mang nhiều loại thuốc và di chuyển đến các vị trí cụ thể. Đồng thời, hydrogel thông minh tạo ra các phản ứng giãn nở khác nhau sau khi được kích thích bởi môi trường như pH, enzyme, do đó giải phóng thuốc với tốc độ khác nhau.

Hydrogel, như một loại vật liệu chức năng mới, có khả năng giữ nước hấp thụ cao, khả năng tương thích sinh học tốt và tính linh hoạt, thông qua việc lựa chọn các vật liệu khác nhau cũng như sửa đổi, hợp chất và các phương tiện khác để cung cấp cho nó các tính chất cụ thể như tự chữa bệnh, đặc tính đáp ứng môi trường, v.v. Do đó, có vô số nghiên cứu về hydrogel. Đồng thời, hydrogel và các dẫn xuất của nó ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, và giá trị nghiên cứu của nó không chỉ giới hạn ở đây, đó là lý do tại sao nó bị cháy.

Phòng thí nghiệm đông khô Furije

Mẫu thí nghiệm: Hydrogel

Mục đích thí nghiệm: đông khô tất cả độ ẩm, có dạng bọt biển

Thiết bị thí nghiệm: Mercury Series

Quá trình thử nghiệm:

1. Hydrogel -80 ℃ đóng băng trước 4h hoặc đóng băng nhanh nitơ lỏng.

2. Mở máy sấy lạnh trước khi làm lạnh, đặt hydrogel đóng băng trước với vách ngăn, mở chân không.

3. Thủ tục đông khô là: thủ tục thăng hoa -40 ℃~25 ℃, chân không 2Pa, thời gian 30h.

4. Sau khi kết thúc thủ tục, giải phóng áp suất lấy ra mẫu đông khô, lưu trữ hoặc tiến hành thí nghiệm tiếp theo.

Trước khi đóng băng:

đông khô:

Sau khi đông khô:

Nước SEM

Nó có hình dạng bọt biển sau khi đông khô để đạt được hiệu quả lý tưởng.