Гидрогель что это: Гидрогель — Гидрогель

Что такое гидрогель и как его использовать в саду, огороде, цветнике

Чтобы вода не испарялась зря, а максимально эффективно питала корни растений и при этом не застаивалась в почве, ученые придумали гидрогель, применение которого выгодно и удобно.

Многие дачники наверняка слышали об этой «поилке» для растений, а некоторые садоводы уже во всю используют ее на своем участке. Давайте разберемся во всех тонкостях примнения гидрогеля.

Гидрогель для растений: что это такое?

Простыми словами, аквагель, или гидрогель – это вещество, поглощающее влагу, чтобы затем подпитывать ею растения. Его выпускают в виде порошка или гранул (иногда в жидкой форме), которые при контакте с водой разбухают, значительно увеличиваясь в объеме. «Готовый» гидрогель напоминает бесцветное прозрачное желе.

Гидрогель безвреден и экологичен: после того, как «миссия выполнена», он полностью разлагается, не нанося вреда окружающей среде.

Каким бывает гидрогель?

Сразу расставим точки над «i». На рынке товаров для сада и огорода часто можно встретить так называемый аквагрунт, продающийся в виде разноцветных гранул, которые при набухании превращаются в яркие прозрачные шарики. Продавцы зачастую называют его гидрогелем, тем самым приписывая аквагрунту полезные свойства «садового помощника» и вводя в заблуждение доверчивых покупателей.

Аквагрунт обладает лишь декоративными качествами. Его нельзя использовать для выращивания растений, но можно создавать композиции, например, поместив вместо воды в вазу со свежими цветами разноцветные шарики.

«Правильный» гранулированный гидрогель в сухом виде представляет собой мелкую белую крошку. Твердые крупинки имеют разную форму, а после того, как впитают влагу, увеличиваются в 200-300 раз и трансформируются в зернистую желеобразную массу. Такой гидрогель применяют как субстрат или вносят в грунт: корешки растений проникают в гелевый «резервуар» и берут столько влаги, сколько необходимо. При этом вода в геле не застаивается и не испаряется.

Жидкий гидрогель в наших краях применяется не так часто. До «приготовления» он выглядит так же, как и обычный гидрогель, но после добавления воды не разбухает, а растворяется в ней. В жидком гидрогеле смачивают семена перед посевом для ускорения всхожести сеянцев. А вот проращивать семена в нем не стоит: жидкий гидрогель обволакивает семя, затрудняя доступ кислорода.

Плюсы и минусы гидрогеля

Как и у всего в мире, у гидрогеля есть свои преимущества и недостатки. Начнем с плюсов:

• всхожесть ускоряется, рассада вырастает на 1-2 недели быстрее, чем при выращивании в грунте без гидрогеля, а урожай увеличивается;
• если вымочить гранулы в жидком удобрении, растения получат долговременную полезную подпитку;
• грунт с примесью гидрогеля сохраняет рыхлую структуру, а значит, корням растений в нем, как говорится, дышится легко и свободно;
• в открытом грунте (при внесении в почву гидрогеля) приживаемость саженцев составляет 95-98%, а посеянный газон сохраняет декоративность на протяжении всего сезона;
• экономическая выгода: на 1 л почвы расходуется всего 0,8-1,6 г сухого вещества.

А теперь – о минусах гранулированного гидрогеля:

• в нем нельзя проращивать семена с твердой кожистой оболочкой: душистый горошек, бобы, фасоль;
• при длительном воздействии солнечных лучей на гидрогеле может появиться плесень;
• выращивать растение в чистом гидрогеле можно не более 2 лет, после чего его необходимо заменить.

Как видите, достоинств у этого чудо-геля намного больше, чем недостатков, так почему бы не испытать его на практике?

Как использовать гидрогель?

Есть несколько сфер применения гидрогеля в выращивании растений:

1. Проращивание семян

Намокший гидрогель измельчите до однородности и выложите слоем толщиной 3 см на дно прозрачной емкости. Семена слегка вдавите в гелевую массу и накройте контейнер полиэтиленовой пленкой. Ежедневно поднимайте пленку для удаления конденсата.

Используя гидрогель, следите за тем, чтобы гранулы не просыпались на пол или на садовую дорожку, иначе появится риск поскользнуться на разбухшем геле.

2. Выращивание рассады

К 4 частям грунта добавьте 1 часть сухих гранул гидрогеля и всыпьте почвенную смесь в емкости для рассады, не досыпая 0,5-1 см до края. Затем посейте семена на рассаду как обычно, полейте водой.

При желании можно посеять семена сразу в готовый гидрогель, но в таком случае в фазе семядольных листьев вам придется пересадить сеянцы в почвенную смесь. Делайте это аккуратно, не очищая корешок от гранул.

3. Пикировка и высадка рассады в грунт

При пикировке или перед «переездом» рассады на улицу окуните корни саженца в гидрогелевую массу. Это улучшит приживаемость растения на новом месте. Также гидрогель вносят в почву при посадке саженцев или посеве семян в теплице и в открытом грунте.

Для внесения в почву в саду или огороде удобнее использовать сухие гранулы гидрогеля. При работе с комнатными растениями гель лучше заранее размочить.

Нормы расхода гидрогеля
Растение	Дозировка	Способ применения
Мелкие садовые цветы, зелень (петрушка, укроп)	20-30 г сухих гранул на 1 кв. м	Вносить при посеве, затем обильно полить.
Редис	5-10 г сухих гранул на 1 погонный метр борозды или 0,2-0,5 г на 1 растение
Горох, морковь	3-5 г сухих гранул на 1 погонный метр борозды или 0,2-0,3 г на 1 растение
Свекла	0,3 г сухих гранул на 1 растение
Картофель	2-3 г сухих гранул на 1 куст	Вносить на глубину посадки радиусом 15-20 см, затем обильно полить.
Огурцы, кабачки, тыква, арбуз	0,5-1 г сухих гранул или 100-150 мл готового геля (10 г сухих гранул  на 2 л воды) на 1 кв.м	Сухой вносят при посеве семян, готовый – при высадке рассады.
Томаты (при высадке в теплицу)	0,5-1 г сухих гранул или 100-150 мл готового геля (10 г сухих гранул  на 2 л воды)	Сухой вносить на дно лунки или обмакнуть корни в готовый гель, а остатки вылить в лунку.
Газонная трава	50 г сухих гранул на 1 кв.м	Насыпать под рулоны газона при укладке.

Не выбрасывайте гидрогель после того, как использовали его для проращивания семян. Положите массу в почвенную смесь для рассады, а затем можно высыпать его остатки в лунки при высадке растений в грунт.

Во время дождя, полива, выпадения росы гидрогель аккумулирует влагу: 1 г сухих гранул впитывает до 200 мл воды, поэтому даже при нечастых дождях от поливов можно отказаться.

Если у вас остались неиспользованные гранулы, упакуйте их герметично и положите в холодильник. Со временем они уменьшатся в размере и кристаллизуются.

«ЭКОПОЧВА» | Наука и жизнь

Наука и жизнь // Иллюстрации

Открыть в полном размере

‹

›

— Это потрясающе! Фантастика! Неужели растения могут жить в этой среде?! — такие возгласы удивленных посетителей многочисленных выставок, где мы демонстрировали наши композиции живых цветов в гидрогеле, сопровождали нас постоянно.

Поэтому мы написали эту статью…

Гидрогель — это новое поколение материалов, обладающих уникальной способностью поглощать и удерживать при набухании до 2-х л дистиллированной воды на 10 г полимера или около 0,11 л питательного раствора на 1 г препарата. Наиболее распространены гели на основе полиакриламида. Они инертны, не токсичны, сохраняют свои свойства при высоких и низких температурах в почве в течение пяти лет и, в конце концов, распадаются на углекислый газ, воду и аммиак. Во многих странах мира их производят и применяют в коммерческих масштабах. В нашей стране работы по созданию сильно набухающих полимерных гидрогелей были начаты в начале восьмидесятых годов в Институте химической физики АН СССР под руководством профессора К. С. Казанского.

Гидрогель же абсолютно стерилен. Он делает доступным для всех самые смелые эксперименты по семенному и вегетативному размножению растений и гибридов. В принципе, гидрогель позволяет прямо дома или на даче использовать последние достижения по культивированию растений, их тканей, органов и клеток in vitro.

Этот универсальный гидрогель, который мы предлагаем читателю, производят в Великобритании. Поэтому его молено использовать и как добавку в почву, и как среду для содержания комнатных растений, и для проращивания семян, и укоренения черенков. Из-за того, что новинку молено применять в чистом виде, а не только в смеси с грунтом, мы назвали его «ЭКОПОЧВА». При внесении в виде порошка или набухших гранул «ЭКОПОЧВЫ» в корнеобитаемый слой земли во время полива и дождя частицы геля забирают и удерживают влагу, а потом постепенно отдают ее растениям. Таким образом, значительно снижаются потери воды на инфильтрацию и испарение, уменьшается вымывание элементов питания, ослабляется засоление почвы и улучшаются условия аэрации.

Мировая практика показала, что весьма эффективно применение «ЭКОПОЧВЫ» для проращивания семян в домашних условиях. Гидрогель способствует усилению поступления воды в семена, в результате чего ускоряется их набухание и прорастание, повышается всхожесть. В мягкой среде гидрогеля не травмируется корешок растения, обычно ухватывающий гранулу и вместе с ней пересаживаемый в грунт, чем значительно снижается «пересадочный шок» при пикировании. Быстрее разрастается корневая система, ускоряется рост и развитие растений, снижается поражаемость болезнями, так как «ЭКОПОЧВА» совершенно стерильна.

Весьма эффектно применение «ЭКОПОЧВЫ» для комнатных растений и создания разнообразных композиций. Любой прозрачный сосуд, заполненный бесцветными или окрашенными гранулами гидрогеля, является сам по себе замечательным украшением, а посаженный в него цветок приобретает совершенно фантастический вид. Применение гидрогеля открывает новые возможности для фитодизайна, создания настоящих произведений из стекла, живых растений и срезанных цветов.

Приведем некоторые практические советы по пересадке, выращиванию и уходу за растениями в «ЭКОПОЧВЕ». Перед посадкой в гидрогель корни растения надо тщательно отмыть от земли. Чем гуще и тоньше корешки у пересаживаемого растения, тем сложнее подготовить его к пересадке, не травмируя корневую систему. Поэтому мы рекомендуем, до приобретения определенного опыта, начать с растений, имеющих толстые основные корни или выращенных с применением гидропоники. Ни в коем случае нельзя заливать гидрогель водой, так как это препятствует поступлению воздуха между гранулами и ухудшает условия аэрации. Структура гидрогеля должна представлять собой четко выраженные гранулы. Для уменьшения испарения с поверхности гидрогеля и, следовательно, более редкого полива полезно затянуть горловину сосуда прозрачной пленкой из пищевого полиэтилена, оставив небольшое отверстие вокруг ствола растения. При поливах, а так лее в результате диффузии со временем происходит смешение цвета послойно окрашенного геля. Если композиция в результате изменения цвета стала выглядеть менее эффектно, необходимо аккуратно извлечь растение из гидрогеля, отряхнуть корневой ком и промыть «ЭКОПОЧВУ» в легком мыльном растворе или в горячей воде, которую молено довести до кипения. При этом гидрогель обесцветится и его молено опять покрасить пищевым красителем.

Использование «ЭКОПОЧВЫ» — безотходная технология. Когда внешний вид гидрогеля потеряет свои эстетические качества, а это происходит обычно через год, его нужно заменить новым или пересадить растение в обычную почву. Старый гидрогель молено поместить в землю, где он еще послужит накопителем влаги и рыхлителем и через несколько лет распадется на безвредные для почвы компоненты. Мы уверены, что применение «ЭКОПОЧВЫ» доставит удовольствие как начинающим, так и опытным любителям растений и откроет новые перспективы в их увлечениях.

Гидрогель, который превращается из жидкого в твердое при добавлении воды

Химики знают, что твердый гидрогель можно превратить в жидкость, разбавив его водой. И если вы хотите, чтобы произошло обратное, все, что вам нужно сделать, это увеличить концентрацию компонентов гидрогеля.

Но в ходе случайного открытия исследователи обнаружили жидкий раствор, который превращается в твердый гидрогель при разбавлении – и снова превращается в жидкость при добавлении еще большего количества воды.

Это явление никогда ранее не описывалось и будет иметь важные применения во многих областях химии и биологии.

«Очень ценно показать, что то, что вы изучаете на своих первых уроках химии, не всегда верно», — говорит старший автор Берт Мейер, профессор органической химии в Технологическом университете Эйндховена, Нидерланды. «При разбавлении не все гели и растворы по определению становятся жидкими».

Новое исследование опубликовано в журнале Science .

Что такое гидрогели?

Гидрогели — это водосодержащие гели, состоящие из трехмерных сетей полимеров — молекул, состоящих из повторяющихся звеньев, физически запутанных и сшитых химическими связями.

Самым известным и широко используемым гидрогелем является скромное желе, любимый десерт молодежи и пожилых людей.

Изготавливается путем растворения желатина – набора белковых полимеров, получаемых из коллагена, выделенного из кожи, костей и соединительных тканей животных – в теплой воде.

Когда смесь охлаждается, полимеры сшиваются друг с другом в сеть, которая удерживает молекулы воды, образуя твердый гидрогель в процессе, который можно обратить вспять, снова повысив температуру.

Природные и/или синтетические полимеры в гидрогелях могут быть обратимо или необратимо сшиты с помощью нескольких различных механизмов. Изменения температуры, ферменты, свет, присутствие определенных ионов и спонтанные реакции между химическими группами используются учеными для образования поперечных связей.

Получайте новости о научных новостях прямо на свой почтовый ящик.

Путем изменения используемых полимеров и типов получаемых поперечных связей гидрогели могут иметь различные свойства и множество применений. Некоторые из них биосовместимы и могут использоваться внутри организма для доставки лекарств, другие могут удалять загрязняющие вещества из воды, некоторые даже используются в качестве материалов для изготовления мягких роботов и т. д.

Обнаружен случайно

Это исследование было сосредоточено на гидрогеле, который самособирается, когда два его компонента находятся в определенном соотношении в воде. Этими компонентами являются бензол-1,3,5-трикарбоксамид (BTA-EG4), которые могут соединяться вместе, образуя супрамолекулярные полимеры, и положительно заряженное ионное поверхностно-активное вещество.

Команда знала, что при уменьшении концентрации гидрогеля путем добавления воды (без изменения соотношения между двумя компонентами) гель растворяется и превращается в жидкость.

Но в ходе неожиданного случайного открытия в 2019 году команда обнаружила, что если раствор разбавить еще больше, снова образуется гель.

«Это была особая случайная находка, и я сразу же увидел больше возможностей», — объясняет ведущий автор доктор Лу Су, инженер-химик из исследовательской группы Мейера в Эйндховене. «Что, если бы мы смогли продемонстрировать двойной переход? Таким образом, из геля в жидкость, обратно в гель и обратно в жидкость, просто добавляя больше воды».

Удивительно, но они обнаружили, что именно так и было: при добавлении большего количества воды гель снова растворялся в жидкости.

Путем дополнительных экспериментов они определили правильные пропорции активных веществ и концентрации, при которых происходят переходы. Эти переходы также полностью обратимы. Таким образом, если концентрации веществ увеличиваются, переходы (от жидкости к гелю и от жидкости к гелю) происходят в тех же точках в обратном порядке.

«Такие гидрогели могут стать хорошим решением существующих проблем, таких как выращивание стволовых клеток», — добавляет Мейер. «В геле клетки могут безопасно делиться на три измерения, и когда их становится достаточно, вы разбавляете раствор, и клетки можно сразу использовать.

«Хитрость, конечно, в том, чтобы найти нужные вещества, которые проявляют такое поведение, но не реагируют на клеточные стенки и не прилипают к ним. Таким образом, наше исследование ведет к другим исследованиям».

Кинетика фазовых переходов в воде. Кредит: Шиха Дхиман

Top 10 Applications of Hydrogels in Biomedical Field

Гидрогели представляют собой системы с трехмерной пространственной сетчатой ​​структурой, использующие воду в качестве диспергирующей среды, которые являются мягкими по своей природе, могут сохранять определенную форму и обладают сильной водопоглощающей способностью (содержание воды может достигает 99%). Кроме того, гидрогели также обладают хорошей биосовместимостью, биоразлагаемостью и т. д. Они широко используются в биомедицинских областях, таких как высвобождение лекарств, перевязочные материалы, регенерация тканей десен, восстановление костей и т. д., которые являются одними из наиболее перспективных медицинских материалов в области медицины. будущее.

Классификация гидрогелей

По реакции гидрогелей на внешние раздражители их можно разделить на две категории: обычные гидрогели и гидрогели, чувствительные к окружающей среде . Обычные гидрогели не очень чувствительны к изменениям окружающей среды, в то время как гидрогели, чувствительные к окружающей среде, могут воспринимать небольшие изменения или стимулы во внешней среде и вызывать соответствующие изменения физической структуры и химических свойств или даже мутации, такие как гидрогели, чувствительные к температуре, гидрогели, чувствительные к pH, светочувствительные гидрогели и гидрогели, чувствительные к давлению. Эти гидрогелевые материалы имеют хорошие перспективы для исследований и применения на рынке из-за их различных характеристик реагирования на различные условия окружающей среды.

В зависимости от связывания гидрогелевой сетки гидрогели также можно разделить на физические и химические гидрогели . Физические гидрогели могут быть синтезированы с помощью нескольких методов, таких как кристаллизация, амфифильные сополимеры, зарядовые взаимодействия, водородные связи, стереокомплексообразование и белковые взаимодействия. Химические гидрогели представляют собой трехмерные сетчатые полимеры, образованные сшиванием химических связей.

В зависимости от синтетического материала гидрогели делятся на синтетические полимерные гидрогели и природные полимерные гидрогели .

Анализ свойств гидрогеля для биомедицинских применений

1. Биосовместимость

Биосовместимость — это концепция, согласно которой взаимодействие между биологическими материалами и человеческим телом вызывает различные сложные реакции, и исследования биосовместимости гидрогелей начались в 1960-х годах. Ученые-исследователи подтвердили хорошую биосовместимость гидрогелей, вводя их в экспериментальный организм и применяя для лечения травм костей и суставов без воспалительных реакций.

2. Способность к биоразложению

Биоразлагаемые материалы — это материалы, которые могут постепенно разлагаться на мономеры или низкомолекулярные соединения после серии реакций при взаимодействии с биологической средой. Медицинский имплантат Интервенционная терапия и доставка лекарств in vivo в настоящее время являются ключевой проблемой в области медицины и одной из передовых медицинских технологий. Однако отказ от интервенционных материалов и сложный метаболизм систем доставки лекарств создают серьезные проблемы с безопасностью. Гидрогели, как биосовместимые материалы, можно модифицировать или смешивать для получения высокоэффективных гидрогелей с биоразлагаемостью. Несколько экспериментов продемонстрировали биоразлагаемость гидрогелей без воспаления, что подтверждает их большой потенциал для имплантации и доставки лекарств.

3. Высокое водопоглощение и водоудержание

Гидрогели имеют сшитые сети, поэтому они могут растворять и удерживать большое количество воды, а их содержание воды может достигать 99%. Повязка из гидрогеля впитывает раневой экссудат, сохраняя при этом влажную среду, поэтому не вызывает вторичных травм путем слипания с раной. А гидрогель впитывает большое количество жидкости, поэтому его не нужно часто менять. Кроме того, поверхность гидрогеля гладкая и очень эластичная, и при использовании в качестве повязки он может плотно прилегать к ране без прилипания и уменьшать бактериальный контакт, что в настоящее время является самой передовой медицинской повязкой.

Гидрогели для биомедицинских применений

От недорогих медицинских расходных материалов до передовых технологий доставки лекарств, от наружных повязок до тканевых каркасов in vivo — гидрогели проявляют себя в биомедицинской сфере благодаря своим уникальным свойствам.

1. Перевязочный материал

Травмы и травматические инфекции являются наиболее частыми случаями в больницах. Медицинские повязки могут выступать в качестве защитного барьера для покрытия ран, абсорбировать раневой экссудат и способствовать заживлению ран. Обладая хорошей гибкостью и биосовместимостью, гидрогелевая повязка хорошо впитывает жидкость и может создавать влажную среду для регенерации тканей, а скользящее эластичное состояние гидрогеля может эффективно предотвращать вторичное повреждение, вызванное адгезией к ране, поэтому она становится отличным выбором для медицинской повязки.

2. Доставка лекарств

Системы доставки лекарств представляют собой инженерные технологии для адресной доставки и/или контролируемого высвобождения терапевтических агентов.

Гидрогели выполняют функции хранения лекарств, контролируют скорость высвобождения лекарств и стимулируют высвобождение, регулируют твердость и прочность составов, а также способствуют разложению и маскируют запах фармацевтических препаратов, которые имеют больший потенциал для применения в полевых условиях. носителей доставки лекарств.

3. Регенерация пульпы

Регенерация пульпы представляет собой применение принципов тканевой инженерии, при котором стволовые клетки пульпы культивируются in vitro и имплантируются в биосовместимый и рассасывающийся разлагаемый биологический каркас для побуждения стволовых клеток пульпы к образованию комплексов пульпа-дентин и пульпоподобные ткани для восстановления поврежденной ткани пульпы и восстановления ее физиологической функции.

Гидрогели могут быть приготовлены в форме для инъекций, а жидкость может быть введена для полного заполнения пульповой камеры и корневого канала до гелеобразования. После реакции гелеобразования образовавшийся гидрогель плотно прилегает к окружающей ткани и хорошо подходит для применения в исследованиях регенерации пульпы. Кроме того, гидрогель инкапсулирует клетки, а затем претерпевает золь-гель переход, что позволяет добиться более равномерного распределения клеток внутри геля и может решить проблему экзогенных клеток при регенерации пульпы, трудно проникающих глубоко в каркас внутри геля. корневой канал.

4. Реабилитация сердца

Инфаркт миокарда является одним из основных заболеваний, угрожающих здоровью человека. После инфаркта миокарда большое количество клеток миокарда подвергается некрозу и формированию рубцов, что приводит к сердечной недостаточности. Использование прямой трансплантации сердца для восстановительного лечения зависит от количества доноров и реакций отторжения с низким уровнем успеха. Таким образом, восстановление сердца с помощью клеточной трансплантации является более эффективным методом лечения сердечной недостаточности, но низкая скорость ретенции и низкая выживаемость клеток после трансплантации сильно ограничивают его широкое клиническое применение.

Гидрогели могут состоять из различных природных или синтетических полимеров и собираться в трехмерную полимерную сеть с высоким содержанием воды. Эти характеристики позволяют гидрогелям имитировать среду внеклеточного матрикса в качестве средства для трансплантации клеток, способствуя выживанию, пролиферации, дифференцировке и миграции клеток, а также способствуя регенерации тканей. Инъекционные гидрогели обеспечивают лучшую среду для выживания трансплантированных клеток, и в дополнение к биосовместимости, низкой иммуногенности, высокой проницаемости и регулируемым механическим свойствам их можно вводить в миокард через катетер для минимально инвазивного лечения, и они являются важным компонентом тканевой инженерии сердца. .

5. Восстановление нервной ткани

Повреждение периферических нервов (ПНИ) вызывает нарушение непрерывности аксонов, дегенерацию дистальных нервных волокон и гибель нейронов, что приводит к потере двигательных, сенсорных и других вегетативных функций, что серьезно влияет на нормальную жизнь пациентов. Традиционный хирургический подход к лечению ПНИ заключается в использовании аутологичных нервов и искусственных биоматериалов для восстановления мостовидного протеза, но ограниченный источник вегетативных нервов и несоответствие размеров ограничивают его применение. Тканевые каркасы можно использовать в качестве носителя для роста нервных клеток и платформы для эффективной доставки нейрофармацевтических препаратов, которые могут решить проблему аутологичного нерва для терапевтического восстановления нерва.

Природные полимерные гидрогели представляют собой класс высоко биосовместимых материалов, которые напоминают среду человеческого внеклеточного матрикса и в последние годы являются популярным медицинским материалом для восстановления нервной ткани. Его механические свойства, такие как твердость и вязкоупругость, аналогичны нервным тканям человека, а плотная трехмерная структура, построенная после набухания, может способствовать росту нервов, а каркас нервной ткани из гидрогеля с функцией медленного высвобождения лекарственного средства может быть подготовлен путем переноса биоактивных веществ. Кроме того, природный полимерный гидрогель можно использовать в качестве платформы для культивирования клеток для ориентации клеток, стимулирования роста нервных аксонов и компенсации поврежденных нервных промежутков, тем самым восстанавливая повреждения периферических нервов.

6. Восстановление костной ткани

Дефекты костей, вызванные старением, болезнями, травмами и другими факторами, крайне вредны для организма человека, поэтому для достижения восстановления и регенерации костной ткани необходимы эффективные методы лечения. Костная пластика является важным средством лечения костных дефектов, однако отсутствие источников материала для костной пластики, нездоровая донорская костная ткань для аллогенной пластики кости, а также риск инфекции и осложнений ограничивают применение костной пластики.

Гидрогели, реагирующие на стимулы, обладают преимуществами обычных гидрогелей и способны воспринимать внешние физико-химические стимулы, такие как температура, свет, pH и магнитное поле, которые, в свою очередь, вызывают преобразования таких свойств, как трехмерная форма и фазовое состояние твердое-жидкое. , что приводит к таким свойствам, как инъекционная способность, самовосстановление и память формы. Эти гидрогели могут быть использованы для переноса активных клеток и факторов роста клеток и имплантированы в дефектные ткани для восстановления повреждений костной ткани и функциональной реконструкции.

7. Лечение травм спинного мозга

Травма спинного мозга (SCI) — это повреждение спинного мозга, вызывающее временные или постоянные изменения его функции. Большинство пациентов с ТСМ имеют тяжелые последствия, такие как тетраплегия и трудноизлечимая невралгия. Трансплантация мезенхимальных стволовых клеток (МСК) является важным инструментом лечения травм спинного мозга, однако низкая выживаемость после трансплантации клеток ограничивает ее дальнейшее применение в клинической практике.

Гидрогелевые материалы широко используются в тканевой инженерии из-за их хорошей биосовместимости и биоразлагаемости. при сочетании МСК с гидрогелем гидрогель может стабилизировать воспалительную среду в месте поражения, одновременно загружая МСК для доставки их in situ в зону повреждения для восстановления и обеспечивая подходящую среду для регенерации поврежденной ткани, что имеет хорошие перспективы для применения в ремонте СКИ.

8. Остеоартрит Восстановление поврежденного хряща

Остеоартрит представляет собой дегенеративное заболевание, при котором хроническое воспаление хрящевой ткани приводит к повреждению хряща за счет иммунного ответа и других механизмов. Тканевая инженерия, состоящая из биологических каркасов, затравочных клеток и благоприятных факторов роста, была разработана как наиболее многообещающая стратегия восстановления хрящевой ткани. Однако после трансплантации семенных клеток внеклеточный матрикс вызывает массовую гибель клеток из-за недостаточной поддержки и воспаления, а восстановление хряща не дает ожидаемых результатов, поэтому требуется, чтобы биологический каркас был биосовместимым и биорезорбируемым, поддерживая при этом рост клеток. и дифференцировка, обеспечивающая адаптированную механическую среду и позволяющую транспортировать клеточные питательные вещества.

Гидрогели, представляющие собой сшитые гидрофильные полимеры, представляют собой важные биоматериалы в области биомедицины с превосходной биосовместимостью, что приводит к минимальной воспалительной реакции и повреждению тканей. Гиалуроновая кислота содержится во всех соединительных, эпителиальных и нервных тканях и является важным компонентом внеклеточного матрикса, способствуя пролиферации и миграции клеток. Таким образом, гидрогели гиалуроновой кислоты, сочетающие в себе преимущества обоих, обладают хорошей биосовместимостью, биоразлагаемостью и низкой иммуногенностью и широко используются для восстановления хряща при остеоартрите.

9. Осуществление вмешательств с помощью гидрогеля

Осуществление вмешательств с помощью гидрогеля — это новое применение гидрогелей в биомедицинской области. Благодаря технологии межфазной полимеризации гидрогеля in situ на внутренней поверхности кровеносных сосудов формируется тонкий слой гидрогелевого покрытия, что изолирует контакт между кровью и стенками поврежденного сосуда и препятствует отложению тромбоцитов, тромбозу и расширению нового эндотелия. Кроме того, биоактивное гидрогелевое покрытие может способствовать заживлению эндотелия за счет введения биоактивных факторов, тем самым восстанавливая нормальную функцию кровеносного сосуда.

10. Биомониторинг

Комбинируя проводящие наполнители с различными типами полимерных матриц, можно синтезировать несколько типов проводящих полимерных гидрогелей. Исследователи отдают предпочтение проводящим гидрогелям в качестве нового функционального гидрогелевого материала, и ученые использовали проводящие гидрогели для разработки емкостных датчиков для применения в мониторинге деятельности человека. Экспериментальные результаты показали, что емкостные датчики из проводящего гидрогеля демонстрируют чувствительный отклик на различную силу прикосновения пальца и различную степень деформации изгиба пальца.

Заключение

В качестве нового функционального материала гидрогели и их производные находят все более широкое применение в фармацевтике благодаря их гибкости, высокому поглощению и удерживанию воды, хорошей биосовместимости и другим характеристикам в сочетании со специфическими свойствами, данными учеными-исследователями средства модификации и компаундирования. Однако гидрогелевые материалы также имеют недостатки, заключающиеся в низких механических свойствах и слабой адгезии к тканям.

В будущих исследованиях в области биомедицины гидрогели можно рассматривать с точки зрения следующих трех аспектов углубленного исследования: во-первых, улучшение механических свойств для удовлетворения потребностей его применения в тканевой инженерии; во-вторых, углубленное исследование модификации соединения с другими материалами для разработки лучших свойств (таких как быстрая деградация, биосовместимость и т.