Гидрогель что это такое: Что такое гидрогель и как его использовать для растений — ЭНКИСТРОЙ

Опубликовано 17.01.197012.06.2021 Автор: alexxlab Категории: Разное

Содержание

Гидрогель — Гидрогель

ПРОИЗВЕДЕНО В РОССИИ

КОНДИЦИОНЕР ПОЧВЫ — ГИДРОГЕЛЬ

ГИДРОГЕЛЬ – СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ВЛАГОЗАДЕРЖИВАЮЩЕЕ СРЕДСТВО

1.1. Гидрогель

Гидрогель — это полимер с большим количеством поперечных связей способный поглощать воду.

Его можно сравнить с губкой, с той разницей, что губка при впитывании воды сохраняет постоянный размер, а гидрогель расширяется или сжимается в зависимости от объема поглощенной воды. Таким образом, он функционирует как водный резервуар.

Объем воды, который может поглотить гидрогель, меняется в зависимости от состава впитываемой воды:

дистиллированная вода – вес поглощенной воды примерно в 500 раз больше веса гидрогеля;
вода с концентрацией солей 1г/л – вес поглощенной воды примерно в 150-200 раз больше веса гидрогеля;
вода с концентрацией солей 4г/л – вес поглощенной воды примерно в 90 раз больше веса гидрогеля;

морская вода – вес поглощенной воды примерно в 40 раз больше веса гидрогеля.

При использовании в сельском хозяйстве 1г гидрогель, как правило, может поглотить 150-200 мл воды.

рН поглощаемой воды в интервале от 5 до 10 оказывает незначительное воздействие на способность гидрогеля к поглощению.

Однако следует помнить, что показатель рН не отражает солевого состава жидкости, и нейтральное значение рН вовсе не означает, что вода не содержит высоких концентраций солей, которые оказывают отрицательное влияние на способность гидрогеля к поглощению воды.

В 8 % растворе хлорида кальция поглощение гидрогеля уменьшается в 10 раз.

При высоких концентрациях железа и алюминия на поверхности гидрогеля образуется слой, который значительно сокращает его способность удерживать воду.

Гидрогель практически не теряет своих свойств, при кратковременном взаимодействии с водой, находящейся в состоянии кипения. При более длительном взаимодействии в гидрогеле может начаться процесс гидролиза, особенно при высоких значениях рН. Однако влияние гидролиза на эффективность гидрогеля весьма незначительно.

Устойчивость гидрогеля к биодеградации различна и зависит от ряда факторов. В засушливых условиях разрушение гидрогеля незначительно, и гидрогель может эффективно функционировать в почве как минимум 5 лет. Во влажных анаэробных условиях гидрогель может разлагаться под воздействием микроорганизмов, особенно в присутствие ионов двухвалентного железа, восстановленных из сульфатов этими же бактериями. Высокомолекулярные гидрогели особенно чувствительны к данному типу воздействий, так как в них ограничено число поперечных связей.

1.2. Механизм функционирования

Чтобы объяснить, как функционируют гидрогели, рассмотрим упрощенную модель из одной молекулы. Каждую молекулу можно представить в виде параллельных рядов углеродных атомов, между которыми образуются поперечные связи.

При взаимодействии с водой между рядами углеродных атомов возникает электрическое отталкивание, как между полюсами магнита, и ряды расходятся. Это открывает доступ в молекулу большему количеству воды, при этом ряды атомов расходятся еще больше.

В конце концов, это приводит к быстрому разбуханию каждой частички. Вода может извлекаться из гидрогеля при ее испарении или поглощении корневой системой растения. Теряя воду, молекула приобретает свой первоначальный размер. Этот цикл расширения и сжатия молекулы может повторяться много раз.

1.3. Влагозадержание

Как уже ранее указывалось, при концентрации солей 1г/л гидрогель способен удержать воды в 150-200 раз больше, чем его масса.

Были проведены исследования гидрогеля в различных типах почв (песчаных, глинистых, торфяных и т.д.) на предмет способности гидрогеля удерживать воду и на предмет доступности удерживаемой воды для растений.

Установлено, что коэффициент длительного завядания для гидрогеля равен поглощению воды в количестве, только в 3 раза превышающем его массу. (Количество воды в процентах, при котором растение начинает завядать, называют коэффициентом завядания, или влажностью завядання).Таким образом, можно сделать вывод, что из 200 г воды, удерживаемой одним граммом полимера, около 192 г или 97-98 % её могут использоваться растением.

Для торфяных почв коэффициент длительного завядания соответствует 50% сухого веса гидрогеля, что составляет 13,5% от общего объема удерживаемой гидрогелем воды. Это означает, что 87% этой воды может использоваться растениями.

Кроме этого явного преимущества в доступности воды для растений, гидрогель обладает способностью улучшать влагозадержание не только в почвах любого типа, но и иных средах, используемых для выращивания растений.

Влагозадержание в мл на 1 л почвы

Тип почвы	Контрольный вариант	При внесении 1-2% гидратированного геля	Процент увеличения
Темные торфяные почвы	750	800	7
Торфяной мосс	600	680	13
Перлит	500	610	22
Древесная стружка	360	529	47
Глинистые почвы	300	440	46
Песок	120	288	140

Чтобы продемонстрировать воздействие гидрогеля на рост растений, были проведены следующие опыты:

Выращивание кустов роз

Объект исследования – гидрогель

Растения — саженцы кустов роз

Метод:

№ 1 — контрольный опыт с обычной глинистой почвой;
№ 2 — та же почва с добавлением негидратированного гидрогеляиз расчета 3 г/л;

Емкости — пластиковые горшки объемом 0,5 л

Количество опытов — 10 каждым методом

Удобрения — наносятся распылением

Первоначальный вес в сухом виде:

№ 1 — 3,4 г на растение;
№ 2 — 3,0 г на растение.

После 40 дней роста образцы полили и убрали вне досягаемости воды. Изначально на каждом растении были пересчитаны листья, затем через равные промежутки времени производился подсчет завядших листьев.

После 80 дней роста без полива вся надземная часть растений была срезана, высушена и взвешена. В дальнейшем по сухому весу судили о скорости роста саженцев. Корням давали расти в нормальных условиях культивирования.

Фиксировалось количество образовавшихся листьев после 15 и 30 дней роста.

Результаты:

Таблица 1

Сопротивляемость засухе

Процент завядших листьев

№ опыта

Среднее количество листьев на одном растении

дня

Вес надземных структур растений в сухом виде

111,2

100

11,1 г. на 10 растений

114,8

11,2 г. на 10 растений

Таблица 2

Скорость восстановления надземных структур

15 дней 30 дней

№ опыта	% погибших растений	Среднее количество листов	% погибших растений	Среднее количество листов
1	20	13,1	20	53
2	0	29,9	0	104

Обсуждение

Между двумя группами растений, подвергнувшихся водному стрессу, наблюдаются явные различия. На первой стадии при нормальной ирригации они развивались одинаково. Однако при имитации условий засухи растения группы, необработанной гидрогелем завяли значительно быстрее. Так как развитие лиственной системы у растений обеих групп было одинаковым, это можно объяснить только наличием дополнительных запасов воды в гидрогеле.

После периода водного стресса, когда оставленные корни растений вновь стали развиваться в нормальных условиях, ни одно из растений, обработанных гидрогелем, не погибло; в то время как в другой группе погибло 20% растений.

Кроме того, и скорость роста в группе, обработанной гидрогелем, оказалась намного больше, если использовать в качестве критерия скорости роста среднее количество листьев на одном растении. Ясно видно, что почва, обработанная гидрогелем, имеет менее плотную текстуру и лучший сток.

Выводы

Внесение в почву гидрогеля из расчета 3 г/л позволило кустам роз повысить свою сопротивляемость засухе на 30%. Кроме того, были полностью исключены случаи гибели растений, а также улучшились аэрация и сток.

Выращивание поинсетиусов

Объект испытания – гидрогель

Растения — красные, розовые и белые поинсетиусы

Метод:

1-я партия — контрольный опыт, один полив в неделю в течение четырех недель после пересадки;100 красных,100 белых и 100 розовых цветов.
2-я партия — контрольный опыт, два полива в неделю в течение четырех недель после пересадки; 100 красных,100 белых и 100 розовых цветов.
3-я партия — испытываемые образцы, полив как у 1-й партии; выращиваются в почве, обработанной раствором гидрогеля концентрации 1 г/л; 100 красных,100 белых и 100 розовых цветов.

Результаты

После 30-40 дней роста разница была очевидной и составила между растениями 1-й и 3-й партий 7-10 дней полного вегетативного роста (более 40 дней) или 10-15 см высоты растений. Во 2-й и 3-ей партиях растения развивались практически одинаково.

Обсуждение

Принимая во внимание, что при поливах использовались абсолютно одинаковые объемы воды, можно сделать следующие выводы:

гидрогель обеспечивает сохранение воды в почве, где она использовалась растениями, а не терялась из-за ее стока на большую глубину. Эффект в этом случае был равен увеличению полива в 2 раза. Следует учесть и экономию труда за счет сокращения вдвое времени, необходимого для полива.
гидрогель стимулирует быстрый рост посевов и, таким образом, делает возможной более раннюю продажу урожая, что очень важно с коммерческой точки зрения.

1.4. Совместимость с удобрениями

Гидрогель, помимо своей способности функционировать в качестве водного резервуара, может одновременно сохранять и отдавать растениям питательные вещества, растворенные в воде. Однако не следует забывать, что при наличии солей способность гидрогеля поглощать воду снижается. Особенно высокие концентрации минеральных солей могут снизить эту способность до такой степени, что будет необходимо увеличить дозу гидрогеля.

Основные химические вещества, которые влияют на гидрогель — железо, фосфаты и известь. При их высокой концентрации в воде для достижения необходимых показателей влагозадержания доза гидрогеля должна быть увеличена в 4 раза.

Поэтому рекомендуется определять способности гидрогеля удерживать влагу для данных конкретных условий. Применяемые обычно дозы удобрений, как правило, не превышают концентрации солей, совместимых с гидрогелем. Однако не следует смешивать гидрогель с концентрированными удобрениями, а также лучше использовать удобрения медленного воздействия. Питательные вещества, впитанные гидрогелем, поступают к растениям постепенно в течение довольно длительного периода. Даже, при значительных осадках они удерживаются внутри гидрогеля и не вымываются. Это является большим преимуществом в условиях, где потеря питательных веществ является большой проблемой.

Таким образом, гидрогель одновременно является резервуаром и для воды, и для питательных веществ, что стимулирует рост растений и защищает их от водного стресса.

Чтобы продемонстрировать это были проведены следующие опыты на томатах. Главной целью являлось подтверждение того, что питательные вещества, поглощенные гидрогелем не накапливались им в значительных концентрациях, а отдавались растениям.

Объект исследования – гидрогель

Растения — томаты, 30-дневные растения высотой 10 см

Метод:

Растения были пересажены в емкости с различными «почвами».

Перлит и гидратированный гидрогель смешанные в пропорции 50:50. Вода, использованная для гидратации гидрогеля, не содержала питательных веществ.
Перлит и гидратированный гидрогель, смешанные в пропорции 50:50. Вода, использованная для гидратации гидрогеля, содержала удобрения из расчета 3 г/л.
Только перлит.

При первом поливе каждое растение получило удобрения в размере, равном указанному в п.2

Емкости — пластиковые горшки по 1 л

Количество образцов — 10 каждого вида

Вода — весь период культивации 1 полив в день водой, не содержащей удобрения.

Результаты

Через 30 дней сравнивали развитие растений всех трех групп, взвесив их надземные части сразу после срезания и в сухом виде. Затем выводили средний вес для каждой партии.

Средний вес в граммах надземных структур растений

№ партии	Вес сразу после срезания (граммов)	Сухой вес (граммов)
Партия 1	13,4	2,7
Партия 2	86,0	12,2
Партия 3	74,6	11,7

Разница между партиями 1 и 2 была очевидной.

Рост растений 1-й партии приостановился по сравнению с партией 2, где развитие на протяжении всего периода испытаний шло нормально.

На первых стадиях растения 3-й партии росли со скоростью, равной скорости роста растений 2-й партии. Однако далее рост партии 3 по сравнению с партией 2 замедлился, что подтвердило тот факт, что во 2-й партии растения все еще получали питательные вещества, а у растений 3-й партии их запас практически иссяк.

Выводы

Эти результаты подтвердили, что питательные вещества, накапливаемые внутри гидрогеля, могут в дальнейшем использоваться растениями. Кроме того, они отпускаются гидрогелем медленно вместе с водой.

По сравнению с перлитом разница была очевидна. Удобрения, внесенные в перлит, в начале использовались растениями, но затем вымывались. После 30 дней растениям явно не хватало удобрений, чего нельзя сказать о растениях, выращиваемых с использованием гидрогеля.

1.5. Воздействие на структуру почвы

В тяжелых почвах, которые содержат, как правило, много глины, развитие растений может быть затруднено нехваткой кислорода или избытком углекислого газа и недостаточным стоком, что приводит к выпреванию растений. Напротив, почвы с очень легкой структурой могут обеспечивать хорошую аэрацию, но не могут задерживать достаточно воды.

Гидрогель способен улучшить структуру почв обоих типов. В тяжелых почвах частицы гидрогеля, разбухая и впитывая воду, раздвигают структуру почвы, что приводит к улучшению аэрации и стока. В песчаных почвах воздействие гидрогеля значительно увеличивает влагозадержание. Как только гидрогель разбухает до своих максимальных размеров, лишняя вода просачивается дальше вглубь почвы. Значит, присутствие гидрогеля помогает улучшить структуру песчаных почв, при этом риска создания слишком плотной структуры, ведущей к гниению растений, не возникает.

Эффект использования гидрогеля для обработки почв обоих типов — это улучшение их структуры, что положительно сказывается на развитии растений:

лучший сток
лучшая аэрация
лучшее снабжение растений водой

1.6. Практическое использование гидрогеля

За последние годы в целом ряде стран, был накоплен некоторый опыт использования гидрогеля. Этот опыт подтвердил положительное воздействие гидрогеля в частности на снижение гибели растений примерно на 100% и поддержание их устойчивого роста в 80% случаев.

Многие пользователи установили, что можно полностью избежать гибели растений после пересадки и сократить время созревания на 20%.

Как правило, развитие растений ускоряется, улучшается их качество, и сокращаются потери воды.

Эти факты дали толчок дальнейшим исследованиям с целью отыскать другие сферы сельского хозяйства, где применение гидрогеля может дать положительные результаты.

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОГЕЛЕЙ

2.1. Добавление гидрогеля к приготовленной почве

Выращивание растений в емкостях (цветочных горшках и т.п.) имеет 2 характерные особенности, которые отличают его от культивирования растений в открытом грунте.

Во-первых, объем почвы, которую может использовать растение, намного меньше, и нет такой глубины почвы, как в открытом грунте. Это означает, что воды и питательных веществ запасается намного меньше. Поэтому, чтобы достичь определенного уровня развития, растения нужно регулярно поливать и удобрять.

Во-вторых, в открытом грунте корневая система растений может свободно развиваться, чтобы достигать глубинных источников воды, а в емкостях это невозможно. В них корни развиваются по кругу, что ухудшает аэрацию и сток.

В почвах всех типов доступность воды уменьшается по мере их уплотнения с глубиной, то есть глубинные плотные слои почвы содержат меньше воды доступной для растений, чем поверхностные слои с множеством пор.

Кондиционер почвы должен улучшать ее физические свойства, снижая ее плотность, увеличивая количество пор, а, следовательно, и содержание в ней воды и воздуха. Эти свойства и придает почве гидрогель. При этом:

увеличивается количество воды доступной растениям;
резервы воды защищают растения от водного стресса;
улучшается аэрация.

Надо помнить, что доза вносимого в почву гидрогеля зависит от концентрации в ней солей, которую непременно следует учитывать.

Способ применения

Обычно гидрогель смешивается с грунтом до заполнения им емкостей. Существует 2 метода смешивания:

Сухой метод. Смешивание производят из расчета 1 кг гидрогеля на 1 кубический метр почвы.
Влажный метод. Гель разводят в воде или растворе удобрения, выдерживают около часа и добавляют в почву из расчета 300-500 г сухого продукта на 1 кубический метр почвы. Затем тщательно перемешивают.

2.2. Пересадка

Здесь можно отдельно рассмотреть пересадку деревьев и кустарников и высадку рассады однолетних растений в грунт.

2.2.1. Пересадка деревьев и кустарников

При пересадке деревьев и кустарников необходим постоянный полив, чтобы их корневая система восстановилась. Проблема частого полива особенно остро встает в засушливых регионах с песчаными почвами.

Опыт показывает, что применение гидрогеля может снизить гибель растений на 1-30% при тех же условиях.

Способ применения

Обычная доза составляет 1-1,5 кг гидрогеля на кубический метр почвы. Рассчитанную дозу гидрогеля помещают на дно ямки под растение и тщательно перемешивают с почвой. Ямку заливают водой, чтобы дать гидрогелю разбухнуть. Затем растение помещают в ямку и присыпают землей. В случаях, для которых типична частая гибель растений по причине водного стресса, почву вокруг растения также обрабатывают гидрогелем из расчета 1,5 кг на кубический метр. Первоначально поливают деревья обильно, чтобы максимально использовать влагозадерживающий потенциал гидрогеля. При использовании сухого гидрогеля важно не превысить дозу, что может привести к тому, что почва потрескается, а растение может даже быть вытеснено из грунта. Надо помнить, что100 г гидрогеля могут поглотить 50 литров воды и увеличиться в размере соответствующим образом.

Можно применять гидрогель, предварительно смешанный с водой. Это обеспечивает нормальную влажность почвы, но этот метод более трудоемкий, и его лучше использовать на песчаных почвах. Доза зависит от размера емкости, из которой пересаживается растение. С другой стороны, использование предварительно набухшего гидрогеля более экономично, так как позволяет снизить дозу сухого продукта.

Гидрогель подходит для деревьев и кустарников всех типов. На настоящий момент наилучшие результаты были достигнуты при обработке цитрусовых деревьев, тропических фруктов, хвойных деревьев, роз и камелий.

Гидрогель не вызывает гниения корней и стагнации в почве.

2.2.2. Высадка однолетних растений в грунт

Этот метод используется при высадке в грунт черенков и рассады. Он очень экономичен, так как одним килограммом гидрогеля можно обработать почву для 5000-8000 саженцев однолетних растений или 3000 черенков.

Способ применения

Готовят гель из расчета 30 г гидрогеля на 10 л воды. Дают гидрогелю около 30 минут для набухания. В некоторых случаях 1 кг такого геля может заменить 280 л ирригационной воды. Корни растения глубоко погружают в гель, далее производят посадку обычным способом.

В лесоводстве особенно эффективно помещать саженцы после их изъятия из емкости в неглубокий контейнер, дно которого покрыто слоем геля в 2,5 см. После этого саженцы приживаются в грунте лучше, в случае необходимости они могут оставаться в контейнере с гелем в течение недели без дополнительного полива.

2.3. Транспортировка растений на дальние расстояния

Для современной экономики транспортировка растений на дальние расстояния дело обычное. Очевидно, что при длительной транспортировке возникает проблема обеспечения растений достаточными запасами воды. Гидрогель предоставляет месячный запас воды без риска разлить ее.

Для этого дно водонепроницаемой емкости покрывают слоем гидратированного гидрогеля толщиной 25 см (50 г на 26 л воды), который является довольно твердым. Растения вынимают из прежних емкостей и помещают их корни и окружающие их участки почвы в гель, стараясь не повредить корни. Можно укрепить растения картоном или другим пористым материалом, разместив его вокруг участков корней. Это также облегчит изъятие растений из емкости и их разъединение после транспортировки.

Эта же система может применяться при транспортировке растений с голыми корнями. Предварительно необходимо удостовериться, что гель достаточно плотный, чтобы обеспечить хорошую аэрацию корней. Для поддержки растений в геле можно использовать пористый материал, размещенный вокруг каждого корня.

Растения с голыми корнями могут сохраняться в прекрасном состоянии до 14 дней.

2.4. Мульчирование почвы для деревьев и кустарников

Использование мульчи для обработки поверхности вокруг некоторых видов растений является обычной практикой. Это снижает потери поверхностных вод и улучшает питание верхних корней. Использование гидрогеля в качестве мульчи снижает испарение воды на 90 процентов. Этот метод подходит для всех деревьев и кустарников с поверхностной корневой системой.

Для этого удаляют поверхностный слой почвы вокруг ствола и обсыпают ствол гидратированным гидрогелем. Для этого используют твердый гель, как это рекомендовалось выше (50 г на 16 л). Сверху гель присыпают слоем земли и листьев. Этот слой листьев, земли или компоста защищает гидрогель от ультрафиолетовых лучей, которые могут разрушить его за 6 месяцев. Если же мульча хорошо защищена, она будет функционировать несколько лет. В случае использования удобрений, их следует вносить или под мульчу, или в виде приготовленного очень жидкого раствора. Для цитрусовых деревьев обычная доза мульчи — 4,5-9 л для 1,5-метровых деревьев и 25-45 л для деревьев высотой 3 м.

МУЛЬЧИРОВАНИЕ

2.5. Обработка семян

Гидрогель существует в модификации очень мелких частиц (порошка). Это тип, который специально предназначен для обработки семян. Обрабатываться могут семена хлопка, злаковых культур и люцерны.

Обработка семян гидрогелем улучшает их прорастание на 25%, сокращает время прорастания, стимулирует развитие корневой системы на ранних стадиях роста и ускоряет на 2-3 недели созревание урожая.

Для этого гидрогель тщательно перемешивается с семенами. При этом порошок гидрогеля пристает к поверхности семян благодаря электростатическому притяжению. Обычно для смешивания используют барабанный смеситель. Очень важно, чтобы во время смешивания и посева влажность семян была минимальной, так как при намокании гидрогель перестает прилипать к семенам, и это сильно затрудняет его использование.

Предварительно необходимо проверить сухость смесителя и не производить смешивание при высокой влажности (если она превышает 76%). После смешивания семена необходимо хранить в воздухонепроницаемом контейнере.

Обычно используются следующие дозы:

Пшеница — 1 кг на 400 кг семян
Сорго — 1 кг на 200 кг семян
Хлопок — 1 кг на 200 кг семян
Кукуруза— 1 кг на 250 кг семян
Соя — 1 кг на 250 кг семян
Люцерна — 1 кг на 150 кг семян

Усредненные данные:

1 кг на 100 кг мелких семян;
200 кг средних и 250 кг более крупных.

2.6. Прямое добавление в почву при экстенсивном хозяйстве

Этот метод пока является экспериментальным. Его разработка может дать возможность выращивать культуры без ирригации в регионах, где природных осадков недостаточно из-за стока воды, ее испарения или длительных, засушливых периодов.

Гидрогель не может заменить воду, но может обеспечить наиболее эффективное использование имеющихся запасов. В этих целях при обработке посевов хлопка, сои, жожоба и цитрусовых используется доза в 50-60 кг на гектар. При использовании на песчаных почвах доза может быть увеличена вплоть до 400 кг на гектар.

Способ внесения гидрогеля в почву зависит от имеющегося оборудования. Существует 2 наиболее распространенных метода:

Внесение в почву сухого гидрогеля.

Для этого гидрогель равномерно рассыпают по почве, и после вспашки он оказывается на глубине 10-30 см. Этот метод используют тогда, когда необходимо получить эффект в более отдаленный период, так как прежде, чем начать действовать, гидрогель должен накопить воду. После набухания гидрогеля улучшается структура почвы и ее влагозадерживающие свойства. В условиях почв с очень плохим стоком гидрогель можно смешать с песком. Но этот метод нельзя применять непосредственно перед вспахиванием.

Внесение влажного гидрогеля.

При этом гидрогель сначала подвергается гидратации до увеличения массы полимера в 100 раз (около 1 часа), а затем распыляется на почву. Почву затем вспахивают, и гидрогель оказывается на глубине 10-30 см. Этот метод можно использовать и непосредственно перед вспахиванием почвы.

Данный прием позволяет экономить воду ирригационных систем, так как он снижает потери воды, происходящие из-за неспособности почв удерживать влагу.

Для растений с поверхностной корневой системой гидрогель распределяется по поверхности почвы из расчета 20 кг на метр полосами шириной в 15 см ниже предполагаемой борозды.
Для растений с более глубокими корневыми системами слой гидрогель необходимо помещать на глубину 30-45 см. Этого можно добиться только при глубоком вспахивании.
Для деревьев и кустарников готовят ямки глубиной не менее метра. В каждую ямку добавляют по 100 г перемешанного с землей гидрогеля. Следует отметить, что этот метод не подходит для почв с высоким содержанием глины.
Для посаженных ранее деревьев и кустарников между рядами деревьев прорывают канавки максимальной глубины, на дно которых помещают перемешанный с землей гидрогеля из расчета 20 г на метр. Канавки засыпают землей.

Экономическую эффективность данного метода рассчитывают индивидуально для каждого типа ирригационных систем. Стоимость воды, количество сэкономленной воды и прочие выгоды должны сравниваться со стоимостью использования данной ирригационной системы.

В настоящее время в некоторых регионах появилось специальное оборудование для внесения гидрогеля на нужную глубину. Данные машины способны вносить гидрогель под земляной слой шириной в 20-120 дюймов.

Они могут быть настроены для работы, как с сухим, так и с гидратированным гидрогелем.

Знания, накопленные на настоящий момент, подтверждают, что гидрогель действует несколько лет, если только он не подвергнется воздействию ультрафиолетовых лучей.

Биологическое разложение гидрогеля незначительно. За счет биодеградации возможно снижение эффективности действия гидрогеля максимум на 10-15 %. Этот процесс продолжается несколько месяцев, после чего продукт переходит в стабильное инертное состояние.

2.7. Вегетативное размножение

Гидрогель может использоваться в качестве источника воды для черенков. Это обеспечивает им стабильное поступление воды и улучшает развитие их корневой системы. Для этого гидрогель перемешивают с субстратом, внося его в концентрации не более 25% от веса смеси (при использовании гидрогеля в гидратированном виде). После чего количество поливов можно сокращать без угрозы водного стресса для черенков.

2.8. Гидромульчирование

Эффективность использования гидрогеля для гидромульчирования подтверждалась много раз. Оно улучшает прорастание и развитие растений на первых стадиях роста, сокращает частоту поливов и способствует закреплению гидромульчи на одном месте. Это особенно эффективно в условиях регионов, в которых характерна нехватка воды; для песчаных почв с быстрым стоком вод и прочими свойствами, усугубляющими нехватку воды.

Гидрогель добавляют в бак с гидромульчей из расчета 10 кг на 3500 литров, перемешивают 10 минут, а затем вносят в почву обычным способом.

2.9. Гидросев

Гидрогель добавляется в бак с семенами из расчета 1 кг на 300 литров. Количество используемой воды сокращается в этом случае на 80%, что позволяет использовать один бак для посева на площади в 8 раз больше обычной. Так как гидрогель находится в непосредственной близости к семенам, то это исключает потери воды через перколяцию. Скорость прорастания повышается на 40% по сравнению с необработанными семенами, возрастает и коэффициент всхожести. Лучший рост и укрепление корневой системы способствуют более раннему созреванию урожая.

2.10. Сев с использованием геля

Проращенные семена смешивают с гидратированным гидрогелем в соотношении 1 часть семян к 4 частям геля. После чего производят посев. При этом способе нельзя использовать не проращенные семена.

2.11. Лесоводство

Для лесоводства особое значение имеет ранее уже описанный метод транспортировки растений на большие расстояния. Он обеспечивает каждое растение или саженец необходимыми водными запасами. Это позволяет существенно снизить гибель молодых деревьев и продлить сезон их посадки.

2.12. Подготовка скаковых дорожек

На приготовленную почву наносят гидрогель из расчета 10-50 г на квадратный метр в зависимости от типа почвы. Затем смешивают гидрогель с почвой, используя грабли. Сверху обычным способом укладывают турф и тщательно поливают, чтобы гидрогель начал действовать. Это приводит к снижению потребности в воде на 60% в летнее время и на 90-95% в зимнее. У турфа быстрее развивается корневая система и не возникает проблем с водой.

2.13. Газоны

Метод аналогичен предыдущему. Используется та же дозировка гидрогеля.

Однако рекомендуется сначала перемешать гидрогель с землей, а затем сверху присыпать еще 10-30 см земли, чтобы защитить гидрогель от воздействия ультрафиолетовых лучей. После чего семена высевают обычным способом и поливают водой. После полива семена начинают прорастать, а частицы гидрогеля увеличиваться в размере. Эффективное действие гидрогеля начинается после прорастания семян и образования у них корневой системы.

Гидрогель используется в количества 10-100 г на квадратный метр. В настоящее время имеется специальное оборудование для внесения гидрогеля на необходимую глубину под уже существующий газон.

При использовании гидрогеля количество поливов необходимо уменьшить. Не рекомендуется также использовать удобрение прежде, чем трава подрастет до определенного размера.

2.14. Создание искусственных ландшафтов, парков и садов

Вносить гидрогель можно с использованием обычного оборудования из расчета 500-1500 г гидрогеля на кубический метр почвы в зависимости от свойств почвы и типа растений, которые будут выращиваться.

Первоначальный запас воды в гидрогеле может быть обеспечен за счет его предварительной гидратации (до увеличения массы гидрогеля в 150 раз). В этом случае гидратированный гидрогель смешивают с почвой из расчета 20 % гидрогеля от веса смеси. Кроме того, можно смешать сухой гидрогель с землей, а затем тщательно полить почву в течение 1-2 часов. При использовании данного метода следует быть очень осторожным, так как чрезмерное набухание гидрогеля может привести к эрозии почвы.

В любом случае важно как можно быстрее обеспечить хорошую гидратацию гидрогеля для стабилизации почвы.

ПРИМЕЧАНИЕ

При использовании гидрогеля в каждом конкретном случае необходимо готовить различную консистенцию геля.

Гидрогели достигают полного насыщения водой в течение трех часов. Гель готовиться, как правило, из расчета 30 г гидрогеля на 10 л воды. Для получения менее насыщенного геля нужно добавить воды на 25% больше. Максимальное поглощение воды достигается, в случае если точно рассчитанную массу гидрогеля добавить в точно рассчитанный объем воды и оставить на ночь. Оставшуюся воду можно измерить и вычислить уровень поглощения на грамм гидрогеля.

При использовании гидрогеля вместе с растворимыми удобрениями доза гидрогеля должна быть увеличена в 2, 3 или 4 раза.

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

На предмет исследования токсичности гидрогеля проводилось большое количество экспериментов. Было установлено, что данный гидрогель не токсичен. Так, смертельная доза гидрогеля для мыши превышает 10 г на 1 кг. Гидрогель, практически, не переваривается и проходит через пищеварительный тракт.

Однако при работе с сухим порошком гидрогеля рекомендуется надевать защитную маску и перчатки, так как могут возникать раздражения. При попадании гидрогеля в глаза необходимо тщательно промыть их водой. В гидратированной форме гидрогель не раздражает глаз. В случае поражения бронхиальных путей при вдыхании гидрогеля следует обратиться к врачу.

При работе с гидратированным гидрогелем, растворенным в солевых растворах, возможны раздражения кожных покровов за счет солей. Поэтому рекомендуется носить защитные перчатки, а пораженные участки тщательно обрабатывать водой с мылом.

Есть одна опасность, о которой не следует забывать. Несмотря на то, что продукт не токсичен, при его попадании внутрь в количестве 10 г и более, гидрогель будет поглощать воду внутри пищеварительного тракта.

Следует отметить, что его способность к поглощению будет значительно снижена в условиях кислотной среды желудка. Однако при потреблении больших доз жидкости в желудке начнется процесс гидратации гидрогеля. Поэтому пострадавшему следует оказать медицинскую помощь. Вызвать рвоту, используя при этом минимальное количество воды и сократить на время количество потребляемой жидкости.

ХРАНИТЬ В НЕДОСТУПНОМ ДЛЯ ДЕТЕЙ МЕСТЕ!

Пожары

В случае возникновения пожаров для тушения нельзя использовать воду, так как это приведет к гидратации гидрогеля и как результат сделает пол очень скользким. Для тушения пожара следует использовать углекислый газ или порошок.

Гидрогель следует хранить вдали от сильных окислителей.

Советы по эксплуатации

Не допускайте взаимодействия гидрогеля с водой, так как это приведет к образованию геля, и сделает поверхность очень скользкой. В случае рассыпания продукта проведите сухую уборку.

ВНИМАНИЕ: Этот текст неизвестного автора и взят в свободном доступе из интернета.

Гидрогель для растений — все что нужно знать

Гидрогель в жизни растений

Гидрогель — полимерные соединения (сшитые сополимеры), выпускаются в виде сухого порошка или гранул. Полимерные цепочки изначально находятся в «свернутом» состоянии, при добавлении воды они расходятся и вода проникает внутрь. Происходит набухание гранул с образованием гидрогеля.

Полимер способен удерживать огромное количество воды, а также водорастворимые удобрения. 1гр сухого препарата поглощает до 0,2- 0,3л воды.

Гидрогель вы можете приобрести на нашем сайте по ссылке

Гидрогель уже используется 25 лет в мире. В жару помогает увлажнять растения и заменить капельный полив, удерживает большой объем воды и растворов удобрений (1 грамм гидрогеля до 0,3 л. воды). Когда корни растений проникнут в гранулы полимера (за время до двух недель), оттуда они берут сколько нужно воды и растворимых в ней удобрений.

Как вносить гидрогель?

Гидрогель не увлажняет почву. Наличие гидрогеля в почве никак не связано с ее влажностью. При наличии гидрогеля, растения сначала берут влагу из почвы, потом из его гранул. Даже если почва сухая, вода из гранул гидрогеля помогает растениям нормально питаться и расти. Что бы растению использовать воду гидрогеля, корням нужно прорасти в гранулы гидрогеля или соприкасаться с ними. Это занимает 1,5 -2 недели.

Гель вноситься в сухом виде или уже в набухшем состоянии. Лучше сначала напитать гранулы водой. Иначе бывают неприятности: растения вылезают из горшка при поливе гидрогеля, рядки с семенами «вспучивает» и т.п.

Вносить гидрогель для комнатных растений надо так: 1 гр. гидрогеля (четверь чайной ложки) на 1 литр почвы (на 10 литров почвы нужно 10 гр. геля). Осторожно сделайте проколы в почве по площади емкости на ее глубину (можно это сделать карандашом) и всыпьте туда гель (помните, что он сильно увеличивается в объеме). Полейте, если гель появится на поверхности, присыпьте сверху почвой на 1-2 см.. Корни растений найдут эти гранулы и прорастут в гидрогель за 2 недели. Затем полив делайте в 5 раз реже. Под деревья, кусты, цветы вносить гель лучше делая проколы по окружности на глубину 15-20 см. (ломом, вилами) под кустом или деревом. Гидрогель рассыпают равномерно в получившиеся лунки, присыпают почвой и поливают. Повторно полить лучше через 1 час. Для обычного куста ягодного или цветочного понадобится 50 гр гидрогеля.

Одного внесения гранул гидрогеля хватает на 5 лет. За это время он многократно высыхает и набухает, не разрушаясь и сохраняя свойства при промерзании и оттаивании почвы (заморозке-разморозке геля). период пригодности гидрогеля зависим от микробиологической активности почвы, куда вы гель внесете. Гель разрушают микробами, если они активнее и их больше, тем быстрее это произойдет.

Аквагрунт/Экогрунт/Гидрогрунт

В России сейчас популяризуют не гидрогель для растений, а его декоративную разновидность — аквагрунт/гидрогрунт (разноцветные шары или кубики), не приспособленную для выращивания растений, но для декоративных целей. Декоративный гидрогель – для дизайнеров или флористов, обычный гидрогель – для садоводов и любителей домашних цветов.

Аквагрунт / Экогрунт / Гидрогрунт по структуре полимер, подобный гидрогелю. Но отличен по физическим свойствам (делается намного плотнее гидрогеля, из за чего растению сложнее забирать с него воду и прорастать сквозь него). Выпускают аквагрунт в виде шариков, кубов, пирамидок и т.д. Время набухания их в воде до 10 часов (у гидрогеля – до 1,5 часа). Аквагрунтом впитывается меньше воды. Его применяют для дизайнерских композиций

Выращивание в чистом гидрогеле

Полноценное выращивание растений в гидрогеле или в аквагрунте – НЕВОЗМОЖНО. Самостоятельно их используют только на непродолжительное время, для декоративного украшения или же хранение срезанных цветов и букетов. . На солнце чистый гидрогель может зацвести и стать зеленым, также корни растений будут подвержены свету, если вы будете использовать его в прозрачной емкости. Это равноценно содержанию растений в емкости с чистой водой, они могут даже пустить корни, но условия не подходят и скорая гибель неизбежна. Срок нахождения растений в чистом гидрогеле или аквагрунте ограничен!!!

Удобрения для внесения в гидрогель.

Ни в гидрогеле ни в аквагрунте удобрений нет. Вы можете использовать водорастворимые удобрения. Но лучше конечно комплексные для гидропоники. Приготовления раствора для насыщения геля удобрениями. При внесении удобрений в гидрогель нужно что бы концентрация солей не превышала 0,2% (2 грамма на литр воды, если применяете растворы полиэлектролитов) или гель полностью не набухнет. При добавления жидкого удобрения, например для гидропоники, нужно смотреть концентрацию удобрения и делить ее надвое. Если нужно внести 1мл на 10 литров воды, при добавления в гидрогель концентрацию снижают в два раза (0,5 мл. на 10 литров).

Удобрения подходящие для внесения в гидрогель:

Все которые созданы для гидропоники, а это трехкомпонентная Flora Series / Читайте также статью Удобрения для гидропоники

Примеры применения гидрогеля

Гидрогель идеален при выращивании рассады баклажан, перца, сельдерея, томатов, которые требуют много влаги. А переполив приводит к загниванию корней, рассада также вытягивается и получается некачественной. Поэтому следить за влажностью почвы приходится каждый день. Если вы внесете гидрогель, то максимально снизите трудозатраты на уход. А если земляной ком развалится при пересадке, страшного не произойдет — корни поглощающие влагу останутся в гранулах геля. Обычно такие растения быстрее приживутся и раньше дадут урожай.

Внесение гидрогеля при посадке семян увеличит процент всхожести, сократит срок прорастания. Внесение гидрогеля при посадке саженцев улучшит их приживаемость, ускорит плодоношение. Сократит болезни и необходимость ухода. Выращенные с применением гидрогеля огурцы не горькие, ведь горечь возникает от недостатка воды.

Выращивание и посадка клубники с применением гидрогеля дает отличные результаты, ведь она чувствительна к влажности. Корни сосредоточены у поверхности почвы (до 15 см.) быстро пересыхают даже без жары, а соблюсти нормы и режим полива почти невозможно (поливают чаще, что приводит к грибковым заболеваниям). Устраняется недостаток полива при завязывании ягод и их созревании, что значительно повысит урожайность. При переувлажнении есть риск серой гнили плодов и мучнистой росы. Если же вносится гидрогель при закладке плантации, решается много проблем. Под куст до стакана «мокрого» гидрогеля (перемешав по объему).

Комнатное цветоводство, когда растения посажены в малообъемные емкости (горшки, вазоны) требует большего ухода, чем в открытом грунте. Почва быстро высыхает, растения слабо цветут, вянут. Гидрогель отлично подходит и когда некому поливать цветы или в офисах и учреждениях, где уход за растениями нерегулярен (растения поливать надо в 5 раз реже). Вы также сможете спокойно уезжать, оставляя комнатные цветы до трех недель без полива!

Купить гидрогель

«ЭКОПОЧВА» | Наука и жизнь

Наука и жизнь // Иллюстрации

‹

›

— 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 для комнатных растений

Гидрогель для комнатных растений — это гранулы специального полимера, способного впитывать большое количество воды (или воды с растворенными удобрениями), удерживать ее в течении длительного времени и постепенно отдавать ее растениям.

Гидрогель для цветов бывает разный: есть мягкий полимер для внесения в грунт и более плотный декоративный полимер для создания композиций (его часто продают под названием аквагрунт).

Эти две модификации нужно четко различать — они служат разным целям.

Гидрогель мягкий обычно бесцветный, его добавляют в горшки с комнатными растениями для увеличения срока между поливами, используют для проращивания семян, укоренения черенков. Корни растений легко проникают в материал и получают из него влагу в течении длительного времени. При очередном поливе гидрогель впитывает большое количество воды, что предохраняет почву от закисания при переливе.

Гидрогель более плотной консистенции (аквагрунт) обычно китайского производства, всегда окрашенный и имеет форму шариков, кубиков, пирамидок.

Такой разноцветный декоративный гидрогель красиво выглядит, имеет приятный блеск. Его помещают в прозрачные сосуды, чередуя слои разного цвета. Черенки растений в нем прекрасно пускают корни, при добавлении удобрений могут долго жить и развиваться в такой среде.

Помимо использования как субстрата для комнатных растений, его применяют как декоративный освежитель воздуха, добавляя в воду ароматические вещества.

В прозрачную вазу с шариками гидрогеля можно поставить срезанные цветы. Помимо чисто эстетического эффекта это очень практично, если у вас есть маленькие дети или кошка, обожающая попить водички ночью из вазы и попутно опрокинуть ее.

Материал стерильный, в нем не размножаются бактерии и не заводятся мошки. После использования его можно высушить и хранить до следующего раза в коробке в виде гранул.

Производители утверждают, что гидрогель для растений совершенно экологически безвредный продукт. Срок его эксплуатации 1,5 – 2 года, после чего он постепенно разлагается, теряя свой декоративный вид, но не свойства впитывать воду. Его можно просто закопать на грядке или клумбе, где полимер еще послужит какое-то время, увлажняя растения в засушливый период.

Гидрогель любого вида хороший помощник при решении многих задач.

Уезжая на несколько дней из дома можно не переживать за комнатные растения – полейте хорошо перед отъездом, а дальше позаботится гидрогель. Вначале впитает всю избыточную влагу, а затем постепенно будет увлажнять растения.

Цветочные горшки стоят на шкафу, подвешены над лестницей, и к ним неудобно добираться для полива? Используя гидрогель поливать растения можно намного реже.

Для любителей заливать домашние цветы гидрогель — это защита от загнивания корней. Гранулы гидрогеля в почвенном субстрате впитывают воду, а излишки просто стекают из горшка через дренажные отверстия. Если гранулы не полностью разбухли, они подтянут воду из поддона. Гидрогель лучше использовать мягкий, он быстрее впитывает влагу. Промежутки между гранулами обеспечивают доступ воздуха к корням. Субстрат с гидрогелем всегда рыхлый.

Как применять гидрогель для растений?

Использование плотного гидрогеля (шариков)

Подготовьте посуду для набухания гидрогеля и вазу для его размещения. Для каждого цвета лучше использовать отдельную емкость.
Содержимое упаковки поместите в емкость для набухания и залейте водой, как написано на упаковке. Если воды мало, можно потом добавить. Если много – слить. Гранулы не впитают больше, чем положено. Через 8-12 часов китайские шарики готовы к использованию.
Поместите шарики в прозрачную вазу и посадите растение. Корни растения желательно хорошо промыть от земли или использовать для посадки черенок.
Периодически добавлять в вазу немножко воды или вытащить верхние шарики и замочить их на 1-2 часа. Нельзя заливать гидрогель в вазе водой полностью, так как это препятствует поступлению воздуха между гранулами и может погубить растения, которые не могут расти в воде.

Использование мягкого гидрогеля для выращивания растений

Намочите гидрогель примерно на 1-2 часа. Мягкий полимер впитывает достаточное количество воды уже через час (в воду можно сразу добавить немного жидкого удобрения для цветов).
Перемешайте с приготовленным почвенным субстратом и посадите растение.
Используя гранулы на клумбе или грядке можно просто смешать сухие гранулы с почвой и очень хорошо полить перед посадкой растений. Учтите, что почва после полива может приподняться – гранулы очень сильно увеличиваются в размере.

Никогда не вносите сухой гидрогель в горшок с растением — при набухании после полива гидрогель сильно увеличивается и может повредить корни или вообще выдавить растение из горшка.

В мягком гидрогеле хорошо укореняются черенки комнатных растений. Его часто используют для проращивания семян. Благодаря стерильности материала рассада не страдает от болезней.

greendom.net

< Назад
Вперёд >

Как применять гидрогель для растений? Видео, описание, инструкция.

Гидрогель представляет собой полимер, имеющий вид гранул или порошка. Материал используют как в чистом виде, так и в смеси с почвой для увлажнения корневой системы огородных культур и комнатных растений. С помощью гранул гидрогеля различных цветов и форм можно создавать оригинальные флористические композиции.

Что такое гидрогель?

Свойства гидрогеля:

поддерживает оптимальный баланс влаги, необходимой растению;
дольше сохраняет удобрения в почве и позволяет растениям эффективнее их усваивать;
улучшает структуру и рыхлость грунта;
ускоряет срок плодоношения растений;
защищает грунт от пересыхания и растрескивания.

Виды гидрогеля

Существуют два основных вида гидрогеля, которые отличаются своим составом, плотностью, внешним видом и имеют разные сферы применения.

Мягкий бесцветный полимер служит для увлажнения корневой системы растений и действует как разрыхлитель почвы. Гидрогель обладает желеобразной структурой, поэтому корни, проникая в гранулы, легко впитывают воду и растворенные в ней микроэлементы. Таким образом с помощью этого полимерного материала можно удлинять периоды между поливом растений.

В процессе поглощения воды гидрогель увеличивается в объеме в 10–15 раз, благодаря чему может удерживать большое количество влаги (10 г гранул удерживает до 2 литров воды), которую по мере необходимости постепенно отдает корням растений. При этом корни растения не загнивают от переувлажнения, так как излишки воды абсорбируются полимером.

Аквагрунт – это гидрогель, имеющий более плотный состав, он выпускается в виде цветных гранул разнообразной формы (шариков, кубиков, пирамидок).

Так как структура такого полимера более плотная, то поглощение влаги у него происходит сложнее. Такие кристаллы используются в основном как временный грунт или в декоративных целях в виде наполнителя для комнатных цветов.

Использовать гидрогель для растений можно неоднократно, достаточно хорошо его просушить. Несмотря на то что с течением времени (через 1 – 1,5 года) декоративные качества этого полимера ухудшаются, способность впитывать и удерживать воду сохраняется. Поэтому по окончании срока эксплуатации (5 лет) полимер смешивают с почвой, где в течение еще нескольких лет он продолжает выполнять свои функции, а затем распадается на экологически чистые компоненты (углекислый газ, воду и аммоний).

Полимер не токсичен и свои свойства может сохранять в почве при низких и высоких температурах в течение 5 лет. Гидрогель для растений не представляет вреда, так как для его производства используется экологически чистый материал (полиакриламид), в котором отсутствуют условия для размножения вредных микроорганизмов.

Применение и способы приготовления гидрогеля

Области применения гидрогеля довольно значительны. Материал широко используется в садово-огородных работах. Так, внесенный в глинистые почвы полимерный субстрат улучшает структуру земли и помогает защищать растения от излишней влаги и загнивания корневой системы. Применение этого полимера в сухом грунте способствует улучшению снабжения водой корневой системы.

Гидрогель используют и в качестве субстрата для проращивания семян и выращивания рассады цветов.

Для рассады и посадки растений в открытом грунте требуется 1г порошка полимера в расчете на 1кг земли. Предварительно кристаллическое вещество разводят в чистой воде и дают набухнуть в течение нескольких часов. Затем его вносят в грунт и тщательно перемешивают, чтобы доступ к влаге могли получить все участки почвы. В результате применения гидрогеля сокращают подкормку и поливы в 3–4 раза.

Семена можно проращивать и в чистом гидрогеле без грунта. Для чего набухший полимер тщательно измельчают и помещают в неглубокие емкости слоем до 1,5 см. Семена при посадке слегка придавливают, затем эти емкости покрывают пленкой и убирают затемненное место. После того как семена прорастут, их высаживают в почву с частью гидрогеля.

Аквагрунт в чистом виде без примеси почвы используют для содержания комнатных растений. Для этого его предварительно замачивают в воде с удобрениями и оставляют на 12 часов. После чего гранулированный наполнитель помещают в стеклянные сосуды куда позднее высаживают цветы. Использовать для посадки хрустальную посуду не рекомендуется, так как хрусталь содержит оксиды свинца.

Растения для декоративного наполнителя выбирают небольшого размера, которые можно хорошо укрепить в аквагрунте. Они также должны быть влаголюбивыми и теневыносливыми. Наиболее хорошо чувствует себя в такой среде бамбук, который в природе фактически растет в воде. Для других видов растений необходимо добавлять удобрения. Срок эксплуатации декоративного аквагрунта не превышает 2 лет.

Полимерный материал также служит наполнителем для сохранения букетов срезанных цветов и, таким образом, помогает увеличивать срок жизни растений.

Благодаря своим свойствам сохранять влагу длительное время полимер применяется при перевозках растений. Подробнее о том, как можно и нужно применять гидрогель, инструкция по применению расскажет каждому покупателю.

Недостатки гидрогеля

Под воздействием солнечных лучей вода в стеклянных сосудах с гранулами аквагрунта начинает цвести и приобретать неприятный запах. Поэтому комнатные растения, высаженные в декоративный наполнитель, лучше устанавливать в затенённых местах.
Разноцветные капсулы полимера быстро выцветают и на ярком свету и теряют свой декоративный вид.
Верхний слой гранул аквагрунта, в котором высажены цветы, пересыхает на воздухе, тогда как на дне сосуда кристаллики плесневеют в результате застоя воды. Поэтому их необходимо периодически промывать в проточной воде.

Применение гидрогеля в значительной степени облегчает уход за растениями, позволяет сэкономить время и необходимые ресурсы. Такой материал может ускорить процесс жизнедеятельности у растений без причинения вреда для окружающей среды.

источник http://nashgazon.com

Заказать кашпо с автополивом Lechuza, растения или услугу по уходу за растениями можно позвонив по телефонам: (vel) +375(029) 171 94 42; (mts) +375(029) 503 80 17, а также окажем необходимую консультацию. Обращайтесь!

Оставить заявку или задать вопрос

Экологичный гидрогель для сельского хозяйства разработали ученые ТПУ

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Чехии разработали новый гидрогель для сельского хозяйства. Его задача — удерживать влагу и удобрения в почве. Отличие нового гидрогеля от других разработок — он сделан полностью из природных компонентов и разлагается в почве на нетоксичные для человека, животных и растений составляющие. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Cleaner Production (IF: 7,246; Q1).

Фото: Антонио Ди Мартино

Гидрогели используют в сельском и лесном хозяйстве для удержания влаги в почве, а ее содержание напрямую влияет на всхожесть семян. Также в них вводят удобрения, а за счет того, что гель не дает удобрениям быстро испаряться, их можно вносить в меньшем объеме.

«Благодаря гидрогелям растения нужно реже поливать, и можно использовать меньше удобрений. Это важно для рационального использования пресной воды на планете и снижает вредное воздействие удобрений на почву. Большинство доступных на рынке гидрогелей производят из полиакриламида и полиакрилонитрила. Они не являются полностью биоразлагаемыми, поэтому сами по себе считаются потенциальными загрязнителями почвы. Сами компоненты нетоксичные, но коммерческие разработки содержат остаточные количества акриламида, а это нейротоксичное и канцерогенное вещество. Мы в качестве исходных компонентов использовали белок молочной сыворотки и альгиновую кислоту. Это доступные и натуральные компоненты, они абсолютно нетоксичные. В этом главное преимущество нашего гидрогеля», — говорит один из авторов статьи, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Антонио Ди Мартино.

Процесс получения гидрогеля, предложенного авторами исследования, прост: исходные компоненты необходимо смешать в растворе, высушить и спрессовать в виде таблетки. При контакте с жидкостью вещество становится гелеобразным и увеличивается в объеме.

«При получении смеси мы также добавляли в нее мочевину — это известное удобрение. С течением времени гидрогель разлагается в почве, за счет чего он постепенно и равномерно высвобождает удобрение. Кроме того, сам по себе гидрогель со временем разлагается до углерода и азота, а ведь азот — это наиболее широко используемый в сельском хозяйстве макроэлемент, важнейший строительный материал для растений. При этом эксперименты в лаборатории показали, что гидрогель после полной отдачи влаги можно использовать еще несколько раз», — отмечает Антонио Ди Мартино.

В дальнейшем ученые продолжат эксперименты и поиск новых материалов для контролируемого ввода удобрений в почву.

В исследовании принимали участие ученые из Университета Томаша Бати в Злине (Чехия), Исследовательского института молочной промышленности (Чехия) и Научно-исследовательского института почв и водосбережения (Чехия).

Экологичный гидрогель для сельского хозяйства

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Чехии разработали новый гидрогель для сельского хозяйства

«Благодаря гидрогелям растения нужно реже поливать и можно использовать меньше удобрений. Это важно для рационального использования пресной воды на планете и снижает вредное воздействие удобрений на почву. Большинство доступных на рынке гидрогелей производят из полиакриламида и полиакрилонитрила. Они не являются полностью биоразлагаемыми, поэтому сами по себе считаются потенциальными загрязнителями почвы. Сами компоненты нетоксичные, но коммерческие разработки содержат остаточные количества акриламида, а это нейротоксичное и канцерогенное вещество. Мы в качестве исходных компонентов использовали белок молочной сыворотки и альгиновую кислоту. Это доступные и натуральные компоненты, они абсолютно нетоксичные. В этом главное преимущество нашего гидрогеля», — говорит один из авторов статьи, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Антонио Ди Мартино.

Антонио Ди Мартино

«При получении смеси мы также добавляли в нее мочевину — это известное удобрение. С течением времени гидрогель разлагается в почве, за счет чего он постепенно и равномерно высвобождает удобрение. Кроме того, сам по себе гидрогель со временем разлагается до углерода и азота, а ведь азот — это наиболее широко используемый в сельском хозяйстве макроэлемент, важнейший строительный материал для растений. При этом эксперименты в лаборатории показали, что гидрогель после полной отдачи влаги можно использовать еще несколько раз», — отмечает Антонио Ди Мартино.

Информация и фото предоставлены пресс-службой Томского политехнического университета

Hydrogel — обзор | Темы ScienceDirect

Гидрогели

Гидрогели представляют собой нерастворимые в воде трехмерные сети, образованные путем сшивания гидрофильного полимера. Эти сети поглощают большое количество воды, образуя гель. Натуральные гидрогели, такие как акация, агар, карраген и альгинаты, известны на протяжении веков и используются в продуктах питания и товарах личного пользования.

Исследования по разработке синтетических гидрогелей начались в 1970-х годах и резко возросли в 1990-х годах из-за признания многих потенциальных применений, которые эти конструкции могут иметь в медицине, сельском хозяйстве и промышленности.Эта работа привела к синтезу многих новых гидрогелей и лучшему пониманию задействованных физико-химических свойств. Когда гидрогель находится в набухшем состоянии, трехмерный отсек, содержащий растворитель, называется ячейкой или порой. По мере высыхания геля он одновременно становится меньше в размере и, наконец, схлопывается до твердого состояния, которое называется золь (отсюда и термин золь – гель). Общая химическая структура остается неизменной во время этих процессов. Трехмерная структура ячеек достигается за счет сшивания линейных полимерных цепей либо химическим (ковалентным связыванием), либо физическим (за счет водородных связей, ионных или гидрофобных взаимодействий).Поскольку нековалентные связи обратимы, физические гели обладают золь-гель-обратимостью. Степень набухания зависит от гидрофильной природы полимера и плотности сшивки. Меньшие клетки (более высокая плотность сшивки) обеспечивают более стабильные гидрогели и кажутся более твердыми. Способы приготовления гидрогелей включают сшивание с помощью облучения с использованием электронных лучей, гамма-лучей, рентгеновских лучей или УФ-света, а также химические реакции с использованием ди- или многофункциональных сшивающих агентов (рис. 2).

Рис. 2. Сеть сшивающих полимерных цепей в гидрогелях (слева), которые набухают после поглощения воды (справа).

Большинство гидрогелей обладают хорошей механической стабильностью, хорошим показателем преломления и проницаемостью для кислорода. Следовательно, одним из первых биомедицинских применений гидрогелей были мягкие контактные линзы. Наиболее широко используемый гидрогель для биологических применений — это сшитый поли (гидроксиэтилметакрилат) (PHEMA). Эта структура обеспечивает содержание воды, аналогичное содержанию воды в живой ткани, и была одним из первых материалов, используемых для изготовления мягких контактных линз.Этот гидрогель инертен к биоразложению, проницаем для метаболитов, не всасывается организмом, выдерживает тепловую стерилизацию и может быть изготовлен в различных формах и формах. Однако проблемы с белковыми отложениями по-прежнему остаются проблемой. В настоящее время гидрогели используются для изготовления искусственных сухожилий и мышц, биоадгезивов для заживления ран, искусственных мембран почек, искусственной кожи и материалов для реконструкции челюстно-лицевой области.

Гидрогели также производятся из поли ( N -винил-2-пирролидон), поли (метакриловой кислоты) и сополимера метилметакрилата с малеиновым ангидридом, которые используются в аналогичных биомедицинских приложениях.Например, полиакриламиды представляют собой синтетические длинноцепочечные полимеры, предназначенные для притяжения положительно или отрицательно заряженных материалов, и широко используются в гель-электрофорезе. В процессах экстракции геля для сжатия гидрогеля добавляют кислоту и, наоборот, добавляют основание для его набухания (рис. 3).

Рисунок 3. Полиакриламид.

Биоразлагаемые гидрогели стали важным классом биоматериалов для контролируемой доставки лекарств. Скорость высвобождения наполнителя определяется свойствами лекарственного средства и полимера, такими как набухаемость, способность к разложению, пористость, проницаемость и гидрофильность гидрогелей.

Умные (или интеллектуальные) гидрогели со структурой полимера разрабатываются для нескольких биомедицинских приложений. Уникальным аспектом этих гидрогелей является то, что их коэффициент набухания (набухший объем, деленный на высушенный объем) может быть изменен внезапно с небольшой внешней аберрацией. Гидрогелевые материалы могут подвергаться непрерывным или периодическим изменениям набухания в ответ на воздействия окружающей среды, такие как изменения pH, температуры, ионной силы, давления и света. Эти свойства «стимул-ответ» полезны во многих потенциальных биоприложениях.Например, контролируемое по времени высвобождение инсулина было достигнуто с помощью «умных» pH-чувствительных гидрогелей. Это явление известно как высвобождение инсулина по требованию в ответ на повышение уровня глюкозы. Термочувствительные гидрогели, такие как поли ( N -изопропилакриламид) и поли ( N -винилкапролактам), также были разработаны для контролируемой доставки лекарств, где гидрофобные взаимодействия реагируют на небольшие изменения температуры, которые могут изменять скорость высвобождения лекарства. «Умные» гидрогели широко используются в робототехнике, где важными характеристиками являются реакции на многочисленные и разнообразные стимулы.Обратимое сокращение и расширение необходимы для развития передовой робототехники с электрическими приводами, подобными мышцам. Преобразование электрохимических стимулов в механическую работу используется для таких искусственных мышечных реакций.

Гибридные гидрогелевые системы состоят как минимум из двух различных классов макромолекул. Они представляют особый интерес, поскольку можно комбинировать и накладывать свойства макромолекул компонентов на гидрогели.Теоретически можно манипулировать последовательностью ДНК и создавать неограниченное количество белковых продуктов с оптимальными структурами и свойствами. Например, гибридные гидрогели были приготовлены с использованием синтетических полимеров и биологических макромолекул в качестве сконструированных белков и биоматериалов на основе ДНК.

Микропористые и макропористые гидрогели изготавливаются с размерами пор в диапазоне 10–100 нм и 100 нм – 10 мкм соответственно. Эти гидрогели предназначены для набухания в течение нескольких минут независимо от размера матрицы.В этих случаях размер пор является важным свойством гидрогеля. Сейчас разрабатываются суперпористые гидрогели, новый тип гидрогелей с крупными порами. Эти поры превышают 100 мкм и могут достигать миллиметрового диапазона. Их быстрая кинетика набухания, в дополнение к суперабсорбирующим свойствам, позволяет использовать эти сверхпористые гидрогели в специальных биомедицинских приложениях, таких как длительная пероральная доставка лекарств, благодаря их способности обеспечивать высокое время удерживания в желудке. Сверхпористые гидрогели и их композиты также разрабатываются для искусственной поджелудочной железы, роговицы, кожи и суставного хряща.Они используются в качестве субстратов для роста клеток в каркасах тканевой инженерии, ожоговых повязках, заменителях мягких тканей и в качестве хирургических прокладок для контроля кровотечения.

Их характеристики и механизмы, лежащие в их основе

Дэвид Диас Диас, научный редактор

Поступила в редакцию 16 августа 2016 г .; Принято 11 января 2017 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /). Эту статью цитировали в других статьях в PMC.

Abstract

Гидрогели представляют собой гидрофильные трехмерные сети, которые способны поглощать большие количества воды или биологических жидкостей и, таким образом, могут быть использованы в качестве основных кандидатов для биосенсоров, векторов доставки лекарств и носителей или матриц для клеток в тканевая инженерия. В этой критической обзорной статье будут обсуждаться преимущества гидрогелей, которые преодолевают ограничения других типов биоматериалов.Гидрогели, в зависимости от их химического состава, реагируют на различные раздражители, включая нагревание, pH, свет и химические вещества. Будут обсуждены два механизма набухания, чтобы дать подробное понимание того, как параметры структуры влияют на свойства набухания, а затем механизм гелеобразования и расчет размера ячеек. Гидрогели, полученные из природных материалов, таких как полисахариды и полипептиды, наряду с различными типами синтетических гидрогелей из недавно опубликованной литературы, будут подробно обсуждены.Наконец, внимание будет уделено биомедицинскому применению различных видов гидрогелей, включая культивирование клеток, самовосстановление и доставку лекарств.

Ключевые слова: гидрогели, биоматериалы, доставка лекарств, самовосстановление, культура клеток

1. Введение

Гидрогели, сшитые трехмерные сети гидрофильных полимерных цепей, способны удерживать большие количества воды благодаря своей гидрофильной структуре [ 1,2,3,4]. Таким образом, гидрогелевые сети могут сильно набухать в водной среде.Поскольку вода является важнейшим компонентом человеческого тела, считается, что гидрогель, который может поглощать большие количества воды, имеет большой потенциал при применении в биомедицинских целях [5,6,7,8,9,10]. В последнее время проводились широкие исследования возможности применения гидрогелей в таких областях, как тканевая инженерия, доставка лекарств, самовосстанавливающиеся материалы, биосенсоры и повязки для гемостаза [11,12,13,14,15]. По сравнению с другими типами биоматериалов гидрогели обладают такими преимуществами, как повышенная биосовместимость, регулируемая способность к биоразложению, надлежащая механическая прочность, пористая структура и так далее.Однако из-за низкой механической прочности и хрупкости гидрогелей возможность применения гидрогелей все еще ограничена. Таким образом, новые гидрогели с более сильными и стабильными свойствами по-прежнему необходимы и остаются важным направлением исследований.

Как и ожидалось, естественно образованные гидрогели постепенно заменяются синтетическими гидрогелями для достижения более длительного срока службы, высокой водопоглощающей способности и высокой прочности геля [8,9]. К счастью, с помощью различных разработанных синтетических стратегий можно создать гидрогели с определенной сетчатой структурой, желаемым химическим составом и регулируемой механической прочностью.Гидрогели можно приготовить из полностью искусственных компонентов и показать замечательную стабильность даже в суровых условиях, таких как высокая температура или очень кислая или щелочная среда. Кроме того, модифицируя полимерные цепи функциональными группами, реагирующими на раздражители, свойства гидрогеля можно переключать с помощью раздражителей, включая тепло, свет, магнитные поля, химические агенты и pH [16,17,18,19,20].

В этом критическом обзоре будут обсуждаться различные технологии получения гидрогелей, и мы более подробно рассмотрим различные виды гидрогелей, реагирующих на стимулы.Подробные механизмы набухания, предложенные на основе различных теорий, будут рассмотрены, чтобы дать более глубокое понимание таких материалов. И последнее, но не менее важное: внимание будет уделено различным гидрогелям для достижения конкретных требований для биомедицинских целей, таких как культивирование клеток, самовосстановление и доставка лекарств.

2. Различные виды реагирующих на стимулы гидрогелей

По определению Пеппаса [21], «гидрогели представляют собой гидрофильные трехмерные сети, которые способны впитывать большие количества воды или биологических жидкостей и, таким образом, похожи на большие объемы воды. степень, биологическая ткань ».Они нерастворимы в любом растворителе из-за того, что полимерные цепи сшиты либо ковалентными связями, либо физическими взаимодействиями, такими как перепутывание и кристаллиты [22,23,24]. Ожидается, что из-за свойств гидрогелей, таких как высокое содержание воды, мягкая и эластичная консистенция, а также низкое межфазное натяжение с водой или биологическими жидкостями, они станут потенциальной альтернативой естественным тканям [25]. В соответствии с различными применениями гидрогель может быть приготовлен для реакции на различные раздражители в организме, такие как pH, ионная сила и температура.

2.1. Термореактивные гидрогели

Равновесие между гидрофобными и гидрофильными сегментами является ключом к управлению свойствами синтетического термореактивного гидрогеля. В частности, температура оказывает заметное влияние на гидрофобные взаимодействия между сегментами гидрофобного полимера и гидрофильные взаимодействия между сегментами гидрофильного полимера и молекулами воды. Таким образом, небольшое изменение температуры может нарушить исходное равновесие и вызвать переход золь-гель [26].В работе, проделанной группой Вернона [27], они синтезировали термочувствительный привитой сополимер на основе N -изопропилакриламида (NIPAAm) и акриламида Jeffamine M-1000 (JAAm), который показал контролируемые свойства набухания без введения разлагаемых фрагментов или увеличения нижняя критическая температура раствора (НКТР) выше температуры тела. Было выдвинуто предположение, что JAAm может быть полезен в качестве компонента в архитектуре полимера для контроля свойств набухания и высвобождения с минимальным влиянием на НКТР.Выдающаяся гидролитическая стабильность, гидрофильность и минимальный эффект НКТР делают этот гидрогель подходящим кандидатом для множества чувствительных к температуре биоматериалов, где контроль над набуханием или высвобождением лекарства имеет решающее значение.

В другой работе [28] Лонг и соавторы исследовали применение тонкой пленки гидрогеля поли ( N -изопропилакрилмид) (PNIPAAm) для термохромных смарт-окон. Способность модуляции солнечного излучения (ΔT _sol) показала сверхбольшое значение с самым высоким коэффициентом пропускания света (T _lum).Этот гидрогель продемонстрировал превосходную комбинацию высокого T _lum наряду с резко улучшенной способностью модуляции солнечного излучения, что может привести к разработке термохромных интеллектуальных окон на основе органических материалов.

2.2. pH-чувствительные гидрогели

pH-чувствительные гидрогели — это класс биоматериалов, которые проявляют желаемые физические и химические свойства в определенных диапазонах pH. К полимерным цепям присоединены кислотные или основные группы. Кислотные группы депротонируют при высоком pH, в то время как основные группы протонируют при низком pH.Ассоциация, диссоциация и связывание различных ионов с полимерными цепями вызывают набухание гидрогеля в водном растворе.

Группа Пеппы изготовила гидрофильный рН-чувствительный гидрогель на основе поли (метиакрил-, привитый -этиленгликоль) (P (MMA- g -EG)), конъюгированного с гидрофобными наночастицами ПММА [29]. Путем включения другого мольного соотношения наночастиц ПММА в P (MMA- g -EG) он образует амфифильные полимерные носители с настраиваемыми физическими свойствами.Было исследовано высвобождение инкапсулированных терапевтических агентов, вызванное изменением pH от желудка к тонкому кишечнику. Кроме того, цито-совместимость полимерных материалов была исследована на клетках, моделирующих клетки рака желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и толстой кишки. Эта чувствительная к pH наночастица, содержащая P (MMA- g -EG), обеспечивает возможность использования в качестве пероральных векторов доставки химиотерапевтических средств для лечения рака.

Как правило, размер геля зависит от pH окружающей среды, а также от концентрации соли.Таким образом, группа Мура установила модель равновесия для предсказания поведения гидрогелей в отношении набухания / отслаивания в растворах с различными значениями pH. Проверка модели проводилась путем сравнения моделирования с экспериментальными результатами. Затем эта модель была использована для исследования влияния различных гидрогелей и условий раствора на степень и скорость набухания / удаления набухания этих гидрогелей [30]. Было обнаружено, что чем выше концентрация и коэффициент диффузии буфера, тем быстрее кинетика.Все эти параметры могут быть использованы для настройки производительности гидрогелевых микроактюаторов, предполагая, что механические свойства гидрогеля могут быть значительно изменены путем изменения pH растворов.

2.3. Светочувствительные и химически чувствительные гидрогели

Светочувствительные гидрогели являются многообещающими функциональными материалами для потенциального применения в областях доставки лекарств / генов [31], микролинз [32], сенсоров [33] и т. Д. В связи с тем, что процесс активации через свет может быть удаленным и неинвазивным.Приготовленный гидрогель состоит из модифицированного дезоксихолевой кислотой производного β-циклодекстрина и азобензол-разветвленного сополимера поли (акриловой кислоты) и может эффективно превращаться из гелевой фазы в золь при фотооблучении светом 355 нм. Гидрогель способен восстанавливаться из золя в гелевую фазу после фотооблучения светом 450 нм () [34]. Обратимый переход этого гидрогеля можно контролировать в мягких условиях, предполагая, что этот гелевый материал играет многообещающую роль в приложениях биоинженерии для высвобождения молекулярных и клеточных видов.

Супрамолекулярный комплекс включения 1 , образованный из производного дезоксихолат-β-ЦД 2 и азобензол-разветвленного сополимера поли (акриловой кислоты) 3 . Перепечатано из [34] с разрешения Американского химического общества (2009).

В другом примере новый светочувствительный гидрогель был изготовлен из нанокомпозита поли ( N -изопропилакриламид) (PNIPAAm), включающего оксид графена, функционализированный глицидилметакрилатом (GO-GMA). В результате нанокомпозитный гидрогель будет претерпевать большое изменение объема под воздействием инфракрасного (ИК) света из-за высокоэффективного фототермического преобразования GO-GMA.Этот материал может быть использован в качестве исполнительного механизма в микроэлектромеханических системах или микрофлюидных устройствах [35].

В другой работе, выполненной группой Маэды [36], они сообщили о ДНК-чувствительных гидрогелях, которые «только уменьшились в размере» при добавлении образцов оцДНК (одноцепочечной ДНК) (). Этот биоматериал был разработан на основе полиакриламидных (полиААм) гидрогелей, содержащих непосредственно привитую оцДНК или конъюгат оцДНК-полиААм в полувзаимопроникающей сети. В отличие от традиционных гидрогелей, реагирующих на стимулы, этот конъюгат сохраняет преимущество использования перекрестно-сшиваемых оцДНК с хорошо охарактеризованными конформационными свойствами, таким образом обеспечивая потенциальные применения в сенсоре ДНК или ДНК-триггерах.

Ответ новых гибридных гидрогелей, содержащих оцДНК в качестве сшивающего агента, на оцДНК. Перепечатано из [36] с разрешения Американского химического общества (2005).

3. Различные теории механизма набухания гидрогелей

Свойства гидрогелей для конкретных применений зависят от их объемной структуры. Для характеристики структуры сетки существует несколько важных параметров, таких как объемная доля в набухшем состоянии, соответствующий размер ячеек и молекулярная масса полимерной цепи между соседними точками сшивки.Объемная доля полимеров в набухшем состоянии является параметром, описывающим, сколько жидкости может быть абсорбировано и удержано. Молекулярная масса между соседними точками сшивки, ковалентная связь или физическое взаимодействие, является параметром, описывающим степень сшивки. Эти параметры связаны друг с другом и могут быть рассчитаны теоретически или определены различными экспериментальными методами. В следующем абзаце будут обсуждаться два наиболее широко используемых метода: теория равновесного набухания и теория упругости резины.

3.1. Теория равновесного набухания

Уравнение Флори-Ренера описывает смешение полимеров и молекул жидкости, которое может быть использовано для анализа гидрогелей без ионных доменов [37]. Состояние равновесия набухшего в жидкости гидрогеля определяется двумя обратными силами. Одна из них — это термодинамическая сила смешения, способствующая набуханию, а другая — это накопленная сила в растянутых полимерных цепях, препятствующая набуханию [30].

Эти две силы уравновешивают друг друга, как описано в уравнении (1) для физической ситуации в терминах свободной энергии Гиббса:

∆Gtotal = ∆Gelastic + ∆Gmixing

(1)

где Δ G _{упругость} происходит от упругих накопленных сил в протяженных полимерных цепях, содержащихся в гелевых сетках; Δ G _{смешивание} является результатом смешивания молекул жидкости с полимерными цепями.Фактор смешивания является мерой совместимости полимера с молекулами растворителя, которая обычно выражается параметром взаимодействия полимер-растворитель, χ [38].

Дифференцирование уравнения (1) по количеству молекул растворителя при сохранении постоянных температуры и давления дает уравнение (2):

μ1 — μ1, o = ∆μупругий + ∆μ перемешивание.

(2)

В состоянии равновесия химический потенциал вне геля должен быть равен химическому потенциалу внутри геля (Δμ _{1, o} = Δμ ₁).В результате изменение химического потенциала свободной энергии смешения и силы упругости, накопленной в растянутых полимерных цепях, должны уравновешивать друг друга.

Предыдущая теория Флори – Ренера была модифицирована для гидрогеля, синтезированного из водной фазы. Вода содержала достаточно измененный химический потенциал из-за сил упругости, которые ответственны за изменение объемной плотности полимерных цепей в процессе сшивания [39]. Присутствие ионных фрагментов в гидрогеле значительно усложняет ситуацию из-за термокомплексной системы из ионного домена полимерных цепей, которая вносит дополнительный изменяющий фактор в свободную энергию Гиббса.

3.2. Теория эластичности резины

С механической точки зрения гидрогели собирают натуральный каучук, который упруго деформируется в ответ на приложенное напряжение. Treloar [40] и Flory [41] использовали упругие свойства гидрогелей для описания их структуры. Однако первоначальная теория эластичности не применима к гидрогелям, приготовленным в растворителе. Теория эластичности резины Пеппаса, как в уравнении (3) [42], является единственной формой, используемой для анализа структуры гидрогеля, с гидрогелями, приготовленными в растворителе:

τ = ρRTM¯c (1 — 2M¯cM¯n) (α — 1α2) (v2, sv2, r) 1/3,

(3)

где τ — приложенное напряжение к образцу полимера, ρ — плотность полимера, R — универсальная газовая постоянная, T — абсолютная экспериментальная температура, а M _c — молекулярная масса между сшивками. .Чтобы использовать эту теорию упругости для анализа структуры гидрогеля, эксперименты должны проводиться в режиме растяжения [43,44].

3.3. Механизм гелеобразования

В термически индуцированном золь-гель переходе участвуют различные процессы, включая гидрофобные и гидрофильные взаимодействия, переход клубок в спираль, упаковку мицелл и так далее. Чтобы понять точный механизм гелеобразования, лежащий в основе определенных полимеров, важно выяснить точный процесс на молекулярном уровне [45].Наиболее широко описываемое термически индуцированное гелеобразование основано на равновесии между гидрофобными и гидрофильными взаимодействиями. Например, введение гидрофобного сегмента, такого как метил, этил или пропил, в гидрофильные полимеры является эффективным способом регулировки гидрофобности полимера [46]. НКТР — это критическая температура, ниже которой система будет смешиваться, а выше которой будет происходить фазовое разделение с образованием гелей. Взаимодействие полимера и полимера, полимера и воды, воды и воды происходит в водных растворах полимеров.НКТР системы зависит от состояния равновесия этих взаимодействий. Наиболее эффективный способ определения НКТР — это рассеяние света, когда коллапс и агрегация полимерных цепей во время гелеобразования вызывают резкое увеличение светорассеяния [47].

Термодинамически резкое изменение растворимости, вызванное термическим воздействием, контролируется свободной энергией смешения Гиббса [48]. Небольшое изменение температуры может вызвать отрицательное изменение свободной энергии Гиббса.В результате взаимодействие между полимером и водой будет устранено, а взаимодействие вода-вода и полимер-полимер будет более благоприятным. Чтобы уравновесить это отрицательное изменение свободной энергии Гиббса, должно быть увеличение члена энтропии из-за уже известного члена увеличенной энтальпии. Из-за резкого увеличения гидрофобных взаимодействий между полимерными цепями при температуре золь-гель перехода полимерные цепи быстро дегидратируются и разрушаются до более гидрофобной структуры [45,49].С другой стороны, некоторые амфифильные блок-сополимеры будут самоорганизовываться в мицеллярные структуры из-за гидрофобного взаимодействия, чтобы уравновесить уменьшение свободной энергии Гиббса [50].

В зависимости от концентрации амфифильные блок-сополимеры могут образовывать мицеллы, которые представляют собой агрегаты молекул поверхностно-активного вещества, диспергированных в жидком коллоиде, и гидрогелях путем добавления воды и регулирования температуры. Эти блок-сополимеры создают структуру с гидрофобным ядром и гидрофильной оболочкой с типичным размером мицелл от 20 до 100 нм.Все механизмы гелеобразования, обсуждаемые здесь, основаны на обратимом физическом связывании, поэтому переход гелеобразования обратим после устранения стимулов гелеобразования.

3.4. Расчет размера ячейки

Пространство, содержащееся в гидрогеле, отвечающее за диффузионные свойства, часто рассматривается как «поры». В зависимости от размера этих пор гидрогели обычно классифицируются как макропоры, микропористые или непористые. Размер поры часто описывается структурным параметром, корреляционной длиной ξ, которая определяется как линейное расстояние между двумя соседними поперечными связями [51]:

Здесь α — коэффициент удлинения полимерных цепей, а r¯o — расстояние между двумя соседними точками сшивания невозмущенной полимерной цепи [52].Исходя из объемной доли набухшего полимера v _{2, s}, коэффициент удлинения α можно рассчитать как:

Невозмущенное расстояние от конца до конца полимерной цепи между двумя соседними поперечными связями можно рассчитать следующим образом:

(r¯o2) 1/2 = l (CnN) 1/2,

(6)

где l — длина связи вдоль основной цепи полимера (1,54 Å для виниловых полимеров), C _n — характеристическое отношение Флори, а N — количество звеньев в цепи, можно рассчитать по формуле :

где M _r — молекулярная масса повторяющейся единицы.Наконец, объединив все приведенные выше уравнения, можно оценить коррелированное расстояние полимерных цепей между двумя соседними точками сшивания:

ξ = v2, с-1/3 (2CnM¯cMr) 1 / 2l.

(8)

4. Гидрогели на основе природных материалов

4.1. Гидрогели на основе полисахаридов

Целлюлоза — это природный полисахарид, который не растворяется в воде. В отличие от других типов водорастворимых полисахаридов, целлюлоза требует отдельного сшивания для создания сетки гидрогеля [53].Нановолокна природной целлюлозы обычно получают из бактерий и растений. Эти нановолокна предпочитают диспергироваться в водном растворе, а не растворяться [54]. В работе Yliperttula и соавторов [55] гидрогель с нанофибриллярной целлюлозой (NFC) растительного происхождения с желаемой функциональностью создает потенциальный каркас для трехмерной культуры клеток. Структурные свойства гидрогеля NFC были оценены наряду с реологическими свойствами, клеточной биосовместимостью, клеточной поляризацией и дифференцировкой линий клеток печени человека.Благодаря своим жидкоподобным свойствам, NFC можно было вводить при высоких нагрузках, что позволяет смешиваться с гелями. Кроме того, спонтанное гелеобразование после инъекции обеспечивает необходимую механическую поддержку как для роста, так и для дифференцировки клеток.

Другой метод был разработан для иммобилизации фермента / антитела. После частичного окисления периодатом натрия гидрогель целлюлозы получали из водного щелочно-мочевинного растворителя. Это позволило целлюлозному гелю дополнительно ввести альдегидные группы [56].Посредством образования основания Шиффа между альдегидом и аминогруппами белка различные активные белки могут быть ковалентно введены в гель целлюлозы и стабилизированы восстановлением иминов, что было подтверждено реакцией окрашивания. Та же стратегия применима к антителу к пероксидазе, которое делает различные активные белки способными иммобилизоваться на гелях целлюлозы путем мягкой и легкой обработки. Благодаря превосходной химической и механической стабильности целлюлозы, эта стратегия и полученные материалы могут быть использованы для биохимической обработки и сенсорных материалов.

По сообщению Ли и соавторов [57], с помощью биосовместимой ионной жидкости липаза из Candida rugosa была успешно захвачена в различные гидрогели целлюлозно-биополимерного композита. Использовалась биосовместимая ионная жидкость, ацетат 1-этил-3-метилимидазолия, который, как известно, является одним из лучших растворителей для лигноцеллюлозных материалов среди ионных жидкостей (ИЖ). Липаза была успешно иммобилизована в различных композитных гидрогелях целлюлозы, что является первым сообщением, в котором фермент был успешно захвачен в недериватизированные композитные гидрогели целлюлоза-биополимер.

4.2. Гидрогели на основе полипептидов

Желатин представляет собой денатурированный продукт коллагена, смесь пептидов и белков, образующихся путем частичного гидролиза коллагена, экстрагированного из кожи, костей и соединительных тканей животных, который легко доступен, разлагается и демонстрирует хорошую биосовместимость. in vivo. Также желатин сохраняет связывающие клетки мотивы, такие как аргинилглициласпарагиновая кислота (RGD) и сайты деградации, чувствительные к матриксной металлопротеиназе (MMP), что является критическим компонентом инкапсуляции клеток [58,59].

Группа Као [60] разработала простую стратегию использования цистеина для модификации желатина с помощью бифункционального ПЭГ. Таким образом, свободные тиогруппы могут быть введены в цепи желатина на основе тиолированного желатина и поли (этиленгликоль) диакрилата. Изменяющаяся концентрация и соотношение предшественника обеспечивает эти сшитые гидрогели на основе желатина с легкой модуляцией механических свойств. В трехмерной среде метод сшивания желатином является решающим для сайтов долгосрочного связывания интегрина, а также для поддержки прикрепления и пролиферации клеток с помощью исследования морфологии и пролиферации клеток.

В другом исследовании, проведенном группой Мелеро-Мартина [61], они продемонстрировали, что биоинженерные сосудистые сети человека внутри метакрилированного желатина (GelMA), сконструированные в жидкой форме, можно вводить иммунодефицитным мышам с последующим мгновенным сшиванием при воздействии УФ-света. Раствор GelMA, содержащий эндотелиальные колониеобразующие клетки крови человека (ECFC) и мезенхимальные стволовые клетки (МСК) костного мозга, можно вводить в подкожное пространство мыши с иммунодефицитом, а затем быстро сшивать с помощью GelMA в контролируемой степени через время воздействия УФ-излучения.Для будущих регенеративных применений, которые требуют формирования функционального сосудистого ложа in vivo, GelMA является хорошим способом доставки сосудистых клеток из-за его инъекционной формы до сшивания.

В другом примере [62] трехмерный каркас, содержащий самоорганизующийся поликапролактон (PCL), заключенный в желатин-хитозановый гидрогель, был разработан для применения в качестве биоразлагаемого пластыря для хирургической реконструкции врожденных пороков сердца; он содержит тонкий самосборный сердечник PCL, предназначенный для облегчения работы с материалом, разрезания и наложения швов, а также для обеспечения достаточной прочности на разрыв для функционирования в стенке желудочка.Было продемонстрировано, что разработанный новый гидрогель имеет значительный потенциал для использования в качестве пластыря для сердца, который может восстанавливать врожденные пороки сердца.

5. Синтетические гидрогели

Синтетические гидрогели на основе полимеров из-за их широко изменяемых и легко настраиваемых свойств были тщательно изучены. Изменяя химический состав и методы приготовления, можно контролировать структуру гидрогелей. Полезные свойства, включая пористость, способность к набуханию, стабильность, биосовместимость / биоразлагаемость и механическую прочность, могут быть настроены для конкретных целей применения.Например, можно получить носители с контролируемой скоростью высвобождения низкомолекулярных или макромолекулярных лекарственных средств, включая ДНК, ферменты и пептиды [42].

Группа Филиповича [63] синтезировала новый чувствительный к температуре и pH гидрогель на основе N -изопропилакриламида (NIPAAm) и итаконовой кислоты (IA) посредством свободнорадикальной полимеризации с липазой, экстрагированной из Candida rugosa , что является многообещающим система, которая может применяться в качестве pH-чувствительного устройства для доставки лекарств.Было обнаружено, что свойства этих приготовленных гидрогелей очень чувствительны к изменениям температуры и pH при сохранении постоянной ионной силы. Была приготовлена серия гидрогелей с различным молярным соотношением NIPAAm и IA. Оценивали их морфологию, механические свойства, степень набухания, эффективность загрузки белка и скорость высвобождения. Характер высвобождения белка явно зависит от степени набухания гидрогелей.

Vuluga и соавторы сообщили о синтезе нового термореактивного сшитого гидрогеля на основе разной молекулярной массы полипропиленгликоля (PPG) и поли (этиленгликоля) с концевыми диэпоксигруппами (PEG) для контроля мультиблоков. структура сополимера [64].В идеальной ситуации ожидается, что структура гидрогеля будет содержать один блок PPG и две цепи PEG, связанные с одной и той же аминогруппой, что приведет к структуре, в которой каждый блок PPG окружен четырьмя блоками PEG, в то время как каждый блок PEG имеет два блока PPG и два Блоки PEG как соседи. Как термореактивные, так и набухающие свойства можно регулировать, контролируя молекулярную массу составляющих блоков или добавленной соли.

Для синтетических гидрогелей, в дополнение к гидрогелям с одной сеткой, в последнее время широкое внимание привлекли гидрогели, состоящие из двух независимо сшитых полимерных сеток, поскольку какие твердые гели могут быть образованы даже с менее сшитой «второй работой» в более сильно сшитой «первой сети».Молярное отношение повторяющихся единиц второй сети к первой сети должно быть> 5 [65].

В работе, проделанной группой Спинкса [66], новый гидрогель с двойной сеткой был синтезирован со структурой щеточки для бутылок, образованной из олигомономеров метакрилата метилового эфира полиэтиленгликоля в качестве первой полимерной сетки и поли (акриловой кислоты) в качестве вторая сеть. Сильные межмолекулярные взаимодействия между нейтральными боковыми цепями полиэтиленгликоля и неионными группами обеспечивают гидрогелю превосходную механическую прочность и высокую чувствительность к изменениям pH.Такой материал с прочной природой и чувствительностью к изменениям pH может использоваться в качестве искусственных мышц или устройств с контролируемым высвобождением.

Были составлены гелеобразные взаимопроникающие гидрогели с двойной сеткой in situ, полученные из тиолированного хитозана и окисленного декстрана в однореакторном процессе. Никаких потенциально цитотоксичных низкомолекулярных сшивающих агентов не требуется, и они не требуют сложных маневров или катализа. Сообщалось, что взаимопроникающая двойная сетчатая структура улучшает механические свойства и характеристики гелеобразования гидрогеля, приготовленного из тиолированного хитозана.В заключение, эта гидрогелевая система является многообещающей в качестве формируемого in situ биоматериала для клинически связанных приложений, требующих механической прочности, долговечности и быстрого гелеобразования [67].

Был приготовлен новый неорганико-органический гидрогель с двойной сеткой, состоящий из поли (акриловой кислоты) и графена с готовой трехмерной архитектурой графена, которая будет первой сеткой, и мономер акриловой кислоты, диспергированный в последовательных каналах и полимеризованный, который является вторым сеть. Этот неорганико-органический гидрогель с двойной сеткой демонстрирует гибкость и электропроводность и может быть использован в следующем поколении гибких электрических устройств [68].

6. Применение в биомедицине

6.1. Гидрогели для трехмерной клеточной культуры

Было продемонстрировано, что гидрогели с высоким содержанием воды, а также с подобными тканям механическими свойствами способны объединяться с клетками для создания различных тканей как в лабораторных, так и в естественных условиях [69,70]. Решающим требованием для создания трехмерной регенеративной ткани в достаточных количествах является искусственно созданная среда, которая позволяет биологическим клеткам расти или взаимодействовать с окружающей средой во всех трех измерениях.Группа Ансета [71] сообщила о новой химии перекрестного сшивания с помощью щелочной реакции тетразин-норборнен для образования нагруженных клетками гидрогелей для трехмерной клеточной культуры (). Был специально выбран и использован ПЭГ, функционализированный бензиламинотетразиновым фрагментом, поскольку в их предыдущей работе было показано, что он обладает высокой реакционной способностью по отношению к норборнену. Биоортогональность, идеальная кинетика реакции и способность к фотохимическому формированию рисунка сделали эту гидрогелевую платформу потенциально применимой в различных фундаментальных, а также в трансляционных приложениях тканевой инженерии.

Синтетически поддающиеся обработке щелкающие гидрогели для трехмерной клеточной культуры, полученные с использованием химии тетразин-норборнен. Перепечатано из [71] с разрешения Американского химического общества (2013).

Еще одна работа была проделана Лесснером с сотрудниками [72]. Они охарактеризовали гидрогели на основе метакриламида желатина (GelMA) и установили их в качестве моделей на основе сфероидов in vitro и in vivo для рака яичников, чтобы эффективно отражать запущенную стадию заболевания пациентов. Гидрогели одинакового размера, диффузии и физических свойств были получены с использованием контролируемого протокола подготовки и валидации.Такие гидрогели на основе GelMA служили недорогой, воспроизводимой и адаптируемой матрицей для трехмерных культур раковых клеток. Таким образом, они могут применяться в качестве альтернативы для улучшения понимания прогрессирования заболевания на клеточном уровне, а также для скрининга противораковых препаратов.

6.2. Гидрогели для самоисцеления

Самовосстановление — одно из самых выдающихся свойств природных материалов, таких как кожа, кости и дерево. Таким образом, гидрогели, способные к самовосстановлению, открывают еще одну область для биомедицинских приложений [73,74].Несмотря на то, что синтетические гидрогели изготавливаются для имитации биологических тканей, в большинстве случаев они все еще не обладают способностью к самовосстановлению. Этот недостаток ограничивает их использование во многих приложениях, требующих высоких нагрузок. Как следствие, исследователи прилагают много усилий для улучшения механических свойств гидрогелей, включая свойство самовосстановления.

Процесс заживления трещин в природных системах обычно включает механизм рассеивания энергии. Самовосстановление может происходить при наличии жертвенных связей, которые могут динамически разрушаться и восстанавливаться до или во время возникновения сбоя.Сообщалось о ковалентных [75,76] и нековалентных [77,78] взаимодействиях для приготовления самовосстанавливающегося гидрогеля.

О синтезе новых гидрогелей, содержащих обратимые поперечные связи оксима, сообщили Мукерджи [79]; они способны к автономному исцелению благодаря своей динамической природе. Для получения этих гидрогелей были синтезированы сополимеры, содержащие кето-функциональные группы, путем сополимеризации N , N -диметилакриламида (DMA) и диацетонакриламида (DAA) посредством свободнорадикальной полимеризации.Затем полученные гидрофильные сополимеры были ковалентно сшиты дифункциональным алкоксиамином для получения гидрогелей путем образования оксима. Наряду с эффективной способностью к самовосстановлению обратимость оксимных связей также привела к обратимым переходам из геля в золь при добавлении избытка монофункционального алкоксиамина при температуре окружающей среды.

Помимо химических сшивающих агентов, гидрофобные взаимодействия также могут играть важную роль в качестве сшивающего агента для самовосстанавливающихся гидрогелей. Группа Окея разработала гидрогель путем сополимеризации большого гидрофобного мономера стеарилметакрилата и докоцилакрилата с гидрофильным мономером акриламида в мицеллярном растворе додецилсульфата натрия [80].После добавления соли мицеллы растут и растворяют гидрофобные организмы. Было продемонстрировано, что этот гидрогель обладает высокой степенью ударной вязкости из-за конечного срока службы гидрофобных взаимодействий между блоками стеарилметакрилата и докоцилакрилата.

Другая работа была недавно опубликована Ямаути и соавторами [81]. В этом исследовании гидрогели, содержащие катионные заместители, были приготовлены путем свободнорадикальной полимеризации. После нанесения водной дисперсии Micaromica на поверхность при контакте гидрогели прочно прилипали из-за внедрения катионных заместителей, включенных в сетку геля, в промежуточные слои Micromica.Сила адгезии стала выше и была способна выдерживать растягивающую нагрузку в 10 кг, поскольку водосодержание гидрогелей уменьшилось ().

Схематическое изображение катионных гелей с высокой концентрацией, склеенных с использованием 1,6 мг Micromica, выдерживающего растягивающую нагрузку 10 кг. Перепечатано из [81] с разрешения Американского химического общества (2016).

6.3. Гидрогели для доставки лекарств

Для доставки лекарств пористая структура гидрогелей может обеспечивать матрицу для загрузки лекарств и одновременно защищать лекарства от агрессивной среды.Более того, эту пористость можно контролировать, варьируя плотность сшивания гелевой матрицы. Скорость высвобождения, еще один важный параметр для носителей лекарств, в основном зависит от коэффициента диффузии этой молекулы через сетку геля и также может быть настроена в соответствии с конкретными требованиями. Биосовместимость и биоразлагаемость могут быть получены путем разработки определенных химических и физических структур гидрогелей. Все эти свойства наделяют гидрогели большим потенциалом для использования для доставки лекарств [46,82].

Поли (этиленоксид) — b -поли (пропиленоксид) — b -поли (этиленоксид) триблок-сополимеры (PEO – PPO – PEO) (известные как Pluronic или Poloxamer) широко используются в фармацевтических системах [83]. Паавола с соавторами изготовили инъекционный гель на основе полоксамера для переноса и контроля высвобождения анестетика лидокаина [84]. Поскольку полоксамер коммерчески доступен, было доказано, что этот метод подходит для использования в больницах. Тем не менее относительно быстрая диффузия лекарств из гелевой матрицы, а также продолжительность высвобождения лекарств все еще ограничены.Его можно улучшить путем ковалентного сшивания с другой функциональной группой, такой как этоксисилан, амин или углеводы, чтобы предотвратить разбавление полимера водой [85,86,87].

Кроме того, чтобы загрузить лекарство в гелевую матрицу, конъюгирование лекарств в сшитую гидрогелем сеть является еще одним способом доставки лекарств. Чжу и его сотрудники сообщили о супрамолекулярном гидрогеле для доставки доксорубицина (DOX). Во-первых, они синтезировали супрамолекулярное полимерное пролекарство посредством взаимодействия хозяин-гость между функционализированным циклодекстрином полиальдегидом и модифицированным DOX адамантином.После сшивания карбоксиметилхитозаном был получен инъекционный гидрогель, нагруженный DOX. Было показано, что этот гидрогель высвобождает DOX при воздействии кислотных раздражителей [88].

7. Выводы

По сравнению с другими типами биоматериалов гидрогели обладают отличными свойствами, такими как высокое содержание воды, контролируемое набухание, простота использования, а также биосовместимость, что делает их привлекательными для биомедицинских приложений. Основываясь на своей химической структуре и сетке сшивки, гидрогели могут реагировать на различные типы стимулов, включая термические, pH, световые и химические стимулы, которые могут соответствовать различным требованиям применения.Обсуждались два различных механизма набухания гидрогелей, чтобы дать полное представление о том, как объемная структура влияет на свойства набухших гидрогелей в конкретных условиях. Были подробно рассмотрены гидрогели на основе природных материалов, таких как полисахариды и полипептиды, а также синтетические гидрогели. Гидрогели, представляющие собой трехмерные сшитые полимерные сети, способные набухать в больших количествах воды, следует рассматривать в качестве основных кандидатов на роль носителей или матриц для клеток в тканевой инженерии, самовосстанавливающихся материалов и средств доставки лекарств и биомолекул.Дальнейшие исследования должны быть направлены на достижение высокой механической прочности, быстрой и эффективной способности к самовосстановлению и различных видов биологической активности для различных биомедицинских целей.

Вклад авторов

Циньюань Чай, Ян Цзяо и Синьцзюнь Юй внесли равный вклад в эту работу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

2. Sun Y., Kaplan J.A., Shieh A., Sun H.-L., Croce C.M., Grinstaff M.W., Parquette J.R. Самосборка гидрогеля 5-фторурацил-дипептида. Chem. Commun. 2016; 52: 5254–5257. DOI: 10.1039 / C6CC01195K. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 3. Ким С.Х., Сун Ю., Каплан Дж.А., Гринстафф М.В., Паркетт Дж.Р. Фото-сшивание самоорганизующегося гидрогеля кумарин-дипептид. New J. Chem. 2015; 39: 3225–3228. DOI: 10.1039 / C5NJ00038F. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Verhulsel M., Vignes M., Descroix S., Malaquin L., Vignjevic D.M., Viovy J.L. Обзор микротехнологий и гидрогелевой инженерии для микроорганизмов на чипах.Биоматериалы. 2014; 35: 1816–1832. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2013.11.021. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 5. Даниэле М.А., Адамс А.А., Насири Дж., Норт С.Х., Лиглер Ф.С. Взаимопроникающие сети на основе метакриламида желатина и ПЭГ, сформированные с использованием одновременных химикатов тиоловых щелчков для каркасов гидрогелевой тканевой инженерии. Биоматериалы. 2014; 35: 1845–1856. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2013.11.009. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 6. Ю. X., Цзяо Ю., Чай К. Применение наночастиц золота в биосенсорах.Нано ЖИЗНЬ. 2016; 6: 1642001. DOI: 10.1142 / S1793984416420010. [CrossRef] [Google Scholar] 7. Yu X., Chen X., Chai Q., Ayres N. Синтез полимерных органогелаторов с использованием водородных связей в качестве физических поперечных связей. Коллоидный полим. Sci. 2016; 294: 59–68. DOI: 10.1007 / s00396-015-3797-z. [CrossRef] [Google Scholar] 8. Billiet T., Vandenhaute M., Schelfhout J., van Vlierberghe S., Dubruel P. Обзор тенденций и ограничений быстрого прототипирования гидрогелей для тканевой инженерии. Биоматериалы. 2012; 33: 6020–6041.DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2012.04.050. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 9. Хоффман А.С. Гидрогели для биомедицинских приложений. Adv. Препарат Делив. Ред. 2012; 64: 18–23. DOI: 10.1016 / j.addr.2012.09.010. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Ван Т., Цзяо Ю., Чай К., Ю. Х. Наночастицы золота: синтез и биологические применения. Нано ЖИЗНЬ. 2015; 5: 1542007. DOI: 10.1142 / S1793984415420076. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Ding R., Yu X., Wang P., Zhang J., Zhou Y., Cao X., Tang H., Ayres N., Zhang P. Гибридный фотосенсибилизатор на основе наночастиц серебра, стабилизированных амфифильным блок-сополимером, для высокоэффективной фотодинамической инактивации бактерий.RSC Adv. 2016; 6: 20392–20398. DOI: 10.1039 / C6RA01660J. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Ли К.Ю., Муни Д.Дж. Гидрогели для тканевой инженерии. Chem. Ред. 2001; 101: 1869–1880. DOI: 10.1021 / cr000108x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 13. Пан Л., Ю. Г., Чжай Д., Ли Х. Р., Чжао В., Лю Н., Ван Х., Ти Б. К. К., Ши Ю., Цуй Ю. и др. Иерархический наноструктурированный проводящий полимерный гидрогель с высокой электрохимической активностью. Proc. Natl. Акад. Sci. США. 2012; 109: 9287–9292. DOI: 10.1073 / pnas.1202636109.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. Чжай Д., Лю Б., Ши Ю., Пань Л., Ван Ю., Ли В., Чжан Р., Ю. Г. Высокочувствительный датчик глюкозы на основе гетероструктур наночастицы Pt / полианилин-гидрогель. САУ Нано. 2013; 7: 3540–3546. DOI: 10,1021 / nn400482d. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15. Li L., Wang Y., Pan L., Shi Y., Cheng W., Shi Y., Yu G. Платформа биосенсора на основе наноструктурированных проводящих гидрогелей для обнаружения метаболитов человека. Nano Lett. 2015; 15: 1146–1151. DOI: 10.1021 / nl504217p. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 16. Zhu Z., Guan Z., Jia S., Lei Z., Lin S., Zhang H., Ma Y., Tian ZQ, Yang C.J., инкапсулированный в виде наночастиц Au @ Pt, реагирующий на мишень, реагирующий на мишень гидрогель с показанием чипа объемной гистограммы для количественное тестирование в месте оказания медицинской помощи. Энгью. Chem. Int. Эд. 2014; 53: 12503–12507. [PubMed] [Google Scholar] 17. Пан Г., Го К., Ма Ю., Ян Х., Ли Б. Термочувствительные слои гидрогеля, отпечатанные пептидом RGDS: система для сбора клеточных листов. Энгью. Chem. Int. Эд.2013; 52: 6907–6911. DOI: 10.1002 / anie.201300733. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Yu X., Cao X., Chen X., Ayres N., Zhang P. Повышающее преобразование триплет-триплетной аннигиляции от рационально разработанных полимерных эмиттеров с настраиваемыми межхромофорными расстояниями. Chem. Commun. 2015; 51: 588–591. DOI: 10.1039 / C4CC07589G. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Koetting M.C., Guido J.F., Gupta M., Zhang A., Peppas N.A. pH-чувствительные и ферментативно-чувствительные микрочастицы гидрогеля для пероральной доставки терапевтических белков: влияние размера белка, плотности сшивания и деградации гидрогеля на доставку белка.J. Control. Релиз. 2016; 221: 18–25. DOI: 10.1016 / j.jconrel.2015.11.023. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 20. Цзинь З., Лю X., Дуан С., Ю. Х., Хуанг Ю., Хаят Т., Ли Дж. Адсорбция Eu (III) на углеродистых нановолокнах: периодические эксперименты и моделирование. J. Mol. Liq. 2016; 222: 456–462. DOI: 10.1016 / j.molliq.2016.07.067. [CrossRef] [Google Scholar] 21. Пеппас Н.А., Меррилл Э.В. Гидрогели поливинилового спирта: усиление радиационно-сшитых сетей путем кристаллизации.J. Polym. Sci. Полим. Chem. 1976; 14: 441–457. DOI: 10.1002 / pol.1976.170140215. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Матанович М.Р., Кристл Я., Грабнар П.А. Термореактивные полимеры: понимание решающих характеристик гидрогелей, механизмов гелеобразования и перспективных биомедицинских приложений. Int. J. Pharm. 2014; 472: 262–275. DOI: 10.1016 / j.ijpharm.2014.06.029. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 23. Пеппас Н. Гидрогели поливинилового спирта и его сополимеров. Hydrogels Med. Pharm. 1986; 2: 1–48. [Google Scholar] 24.Пеппас Н.А., Монгия Н.К. Сверхчистые гидрогели из поливинилового спирта с мукоадгезивными характеристиками доставки лекарственного средства. Евро. J. Pharm. Биофарм. 1997. 43: 51–58. DOI: 10.1016 / S0939-6411 (96) 00010-0. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Хамиди М., Азади А., Рафией П. Наночастицы гидрогеля в доставке лекарств. Adv. Препарат Делив. Ред. 2008; 60: 1638–1649. DOI: 10.1016 / j.addr.2008.08.002. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 26. Баджпай А.К., Шукла С.К., Бхану С., Канкане С. Чувствительные полимеры в контролируемой доставке лекарств.Прог. Polym. Sci. 2008; 33: 1088–1118. DOI: 10.1016 / j.progpolymsci.2008.07.005. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Оверстрит Д.Дж., МакЛемор Р.Ю., Доан Б.Д., Фараг А., Вернон Б.Л. Термочувствительные гидрогели из привитых сополимеров для контролируемого набухания и доставки лекарств. Мягкая материя. 2013; 11: 294–304. DOI: 10.1080 / 1539445X.2011.640731. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Чжоу Ю., Цай Ю., Ху Х., Лонг И. Температурно-чувствительный гидрогель со сверхбольшой модуляцией солнечного излучения и высокой светопропускной способностью для приложений «умного окна».J. Mater. Chem. А. 2014; 2: 13550–13555. DOI: 10.1039 / C4TA02287D. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Шенер К.А., Хатсон Х.Н., Пеппас Н.А. pH-чувствительные гидрогели с диспергированными гидрофобными наночастицами для пероральной доставки химиотерапевтических средств. J. Biomed. Матер. Res. А. 2013; 101: 2229–2236. DOI: 10.1002 / jbm.a.34532. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 30. Де С.К., Алуру Н., Джонсон Б., Крон В., Биби Д.Дж., Мур Дж. Равновесное набухание и кинетика pH-чувствительных гидрогелей: модели, эксперименты и симуляции.J. Microelectromech. Syst. 2002; 11: 544–555. DOI: 10.1109 / JMEMS.2002.803281. [CrossRef] [Google Scholar] 31. Jeong B., Bae Y.H., Lee D.S., Kim S.W. Биоразлагаемые блок-сополимеры как системы доставки лекарств для инъекций. Природа. 1997; 388: 860–862. [PubMed] [Google Scholar] 32. Донг Л., Цзян Х. Автономная микрофлюидика с гидрогелями, реагирующими на раздражители. Мягкая материя. 2007; 3: 1223–1230. DOI: 10.1039 / b706563a. [CrossRef] [Google Scholar] 33. Хольц Дж.Х., Ашер С.А.Полимеризованные коллоидно-кристаллические гидрогелевые пленки как интеллектуальные химические сенсорные материалы.Природа. 1997; 389: 829–832. DOI: 10.1016 / S0956-5663 (97) 84356-4. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 34. Чжао Ю.-Л., Стоддарт Дж.Ф. Светочувствительная гидрогелевая система на основе азобензола. Ленгмюра. 2009; 25: 8442–8446. DOI: 10.1021 / la804316u. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 35. Ло К.-В., Чжу Д., Цзян Х. Чувствительный к инфракрасному излучению нанокомпозит поли ( N -изопропилакриламид) гидрогелевый гидрогель, содержащий оксид графена. Мягкая материя. 2011; 7: 5604–5609. DOI: 10.1039 / c1sm00011j. [CrossRef] [Google Scholar] 36.Мураками Ю., Маеда М. ДНК-чувствительные гидрогели, которые могут сжиматься или набухать. Биомакромолекулы. 2005; 6: 2927–2929. DOI: 10,1021 / bm0504330. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 37. Флори П.Дж., Ренер Дж. Младший. Статистическая механика сшитых полимерных сетей. II. Припухлость. J. Chem. Phys. 1943; 11: 521–526. DOI: 10,1063 / 1,1723792. [CrossRef] [Google Scholar] 38. Флори П.Дж. Основы химии полимеров. Издательство Корнельского университета; Итака, Нью-Йорк, США: 1953. [Google Scholar] 39. Пеппас Н.А., Меррилл Э.В. Сшитые гидрогели поливинилового спирта как набухшие эластичные сети.J. Appl. Polym. Sci. 1977; 21: 1763–1770. DOI: 10.1002 / приложение.1977.070210704. [CrossRef] [Google Scholar] 40. Treloar L.R.G. Физика упругости резины. Издательство Оксфордского университета; Оксфорд, Великобритания: 1975. [Google Scholar] 41. Флори П.Дж., Рабджон Н., Шаффер М.С. Зависимость упругих свойств вулканизированной резины от степени сшивки. J. Polym. Sci. 1949; 4: 225–245. DOI: 10.1002 / pol.1949.120040301. [CrossRef] [Google Scholar] 42. Пеппас Н., Бурес П., Леобандунг В., Итикава Х. Гидрогели в фармацевтических препаратах.Евро. J. Pharm. Биофарм. 2000; 50: 27–46. DOI: 10.1016 / S0939-6411 (00) 00090-4. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 43. Лоуман А.М., Пеппас Н.А. Анализ явлений комплексообразования / декомплексирования в сетках привитых сополимеров. Макромолекулы. 1997; 30: 4959–4965. DOI: 10.1021 / ma970399k. [CrossRef] [Google Scholar] 44. Марк Дж. Полимерные сети. Springer; Гейдельберг, Германия: 1982. С. 1-26. [Google Scholar] 46. Цю Ю., Пак К. Экологически чувствительные гидрогели для доставки лекарств. Adv Drug Deliver Rev. 2001; 53: 321–339.DOI: 10.1016 / S0169-409X (01) 00203-4. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 47. Гао X., Cao Y., Song X., Zhang Z., Xiao C., He C., Chen X. pH- и термочувствительные сополимеры и гидрогели поли ( N -изопропилакриламид-производное акриловой кислоты) с НКТР, зависящей от pH и боковых алкильных групп. J. Mater. Chem. Б. 2013; 1: 5578–5587. DOI: 10.1039 / c3tb20901f. [CrossRef] [Google Scholar] 48. Шильд Х. Поли ( N -изопропилакриламид): эксперимент, теория и применение. Прог. Polym. Sci.1992; 17: 163–249. DOI: 10.1016 / 0079-6700 (92) -R. [CrossRef] [Google Scholar] 49. Руэль-Гариепи Э., Леру Ж.-К. Гидрогели, образующиеся in situ — обзор термочувствительных систем. Евро. J. Pharm. Биофарм. 2004. 58: 409–426. DOI: 10.1016 / j.ejpb.2004.03.019. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 50. Мортенсен К., Педерсен И.С. Структурное исследование мицеллообразования триблок-сополимера поли (этиленоксид) -поли (пропиленоксид) -поли (этиленоксид) в водном растворе. Макромолекулы. 1993; 26: 805–812.DOI: 10.1021 / ma00056a035. [CrossRef] [Google Scholar] 51. Джегер Дж. А. Разделение ландшафта, индекс разделения и эффективный размер сетки: новые меры фрагментации ландшафта. Landsc. Ecol. 2000; 15: 115–130. DOI: 10,1023 / А: 1008129329289. [CrossRef] [Google Scholar] 52. Канал Т., Пеппас Н.А.Корреляция между размером ячеек и равновесной степенью набухания полимерных сетей. J. Biomed. Матер. Res. 1989; 23: 1183–1193. DOI: 10.1002 / jbm.820231007. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 53. Ченг Ю., Ло Х., Пейн Г.Ф., Рублофф Г.В. Биофабрикация: программируемая сборка полисахаридных гидрогелей в микрофлюидике в качестве биосовместимых каркасов. J. Mater. Chem. 2012; 22: 7659–7666. DOI: 10.1039 / c2jm16215f. [CrossRef] [Google Scholar] 54. Клемм Д., Крамер Ф., Мориц С., Линдстрем Т., Анкерфорс М., Грей Д., Доррис А. Наноцеллюлозы: новое семейство природных материалов. Энгью. Chem. Int. Эд. 2011; 50: 5438–5466. DOI: 10.1002 / anie.201001273. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 55. Бхаттачарья М., Малинен М.M., Lauren P., Lou Y.-R., Kuisma S.W., Kanninen L., Lille M., Corlu A., GuGuen-Guillouzo C., Ikkala O. Нанофибриллярный гидрогель целлюлозы способствует созданию трехмерной культуры клеток печени. J. Control. Релиз. 2012; 164: 291–298. DOI: 10.1016 / j.jconrel.2012.06.039. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 56. Исобе Н., Ли Д.-С., Квон И.-Дж., Кимура С., Куга С., Вада М., Ким У.-Дж. Иммобилизация белка на гидрогеле целлюлозы. Целлюлоза. 2011; 18: 1251–1256. DOI: 10.1007 / s10570-011-9561-8. [CrossRef] [Google Scholar] 57.Ким М. Х., Ан С., Вон К., Ким Х. Дж., Ли С. Х. Захват ферментов в шарики гидрогелевого композита целлюлоза-биополимер с использованием биосовместимой ионной жидкости. J. Mol. Катал. B Enzym. 2012; 75: 68–72. DOI: 10.1016 / j.molcatb.2011.11.011. [CrossRef] [Google Scholar] 58. Ботт К., Аптон З., Шроббак К., Эрбар М., Хаббелл Дж.А., Лутольф М.П., Рицци С.С. Влияние характеристик матрикса на пролиферацию фибробластов в трехмерных гелях. Биоматериалы. 2010; 31: 8454–8464. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2010.07.046. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 59.Никол Дж. У., Коши С. Т., Бэ Х., Хванг С. М., Яманлар С., Хадемхоссейни А. Микроинженерные гидрогели метакрилата желатина с клеточной нагрузкой. Биоматериалы. 2010; 31: 5536–5544. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2010.03.064. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 60. Fu Y., Xu K., Zheng X., Giacomin A.J., Mix A.W., Kao W.J. 3D-захват клеток в сшитых тиолированных гидрогелях желатин-поли (этиленгликоль) диакрилат. Биоматериалы. 2012; 33: 48–58. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2011.09.031. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 61.Лин Р.-З., Чен Ю.-К., Морено-Луна Р., Хадемхоссейни А., Мелеро-Мартин Дж.М. Трансдермальная регуляция биоинженерии сосудистой сети с использованием фотополимеризуемого метакрилированного желатинового гидрогеля. Биоматериалы. 2013; 34: 6785–6796. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2013.05.060. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 62. Пок С., Майерс Дж. Д., Мадихалли С. В., Жако Дж. Многослойный каркас из хитозана и гидрогеля желатина, поддерживаемый ядром PCL для инженерии сердечной ткани. Acta Biomater.2013; 9: 5630–5642. DOI: 10.1016 / j.actbio.2012.10.032. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 63. Милашинович Н., Калагасидис Крушич М., Кнежевич-Югович З., Филипович Дж. Гидрогели сополимеров N -изопропилакриламида с контролируемым высвобождением модельного белка. Int. J. Pharm. 2010; 383: 53–61. DOI: 10.1016 / j.ijpharm.2009.09.001. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 64. Ангелаш А., Теодореску М., Стич М., Кнежевич-Югович З., Филипович Дж. Новые сшитые термореактивные гидрогели с контролируемой структурой мультиблочного сополимера поли (этиленгликоль) -поли (пропиленгликоль).Коллоидный полим. Sci. 2014; 292: 829–838. DOI: 10.1007 / s00396-013-3128-1. [CrossRef] [Google Scholar] 65. Гонг Дж. П., Кацуяма Ю., Курокава Т., Осада Ю. Двухсетевые гидрогели с чрезвычайно высокой механической прочностью. Adv. Матер. 2003. 15: 1155–1158. DOI: 10.1002 / adma.200304907. [CrossRef] [Google Scholar] 66. Нафиси С., Разал Дж. М., Уиттен П. Г., Уоллес Г. Г., Спинкс Г. PH-чувствительный, прочный гидрогель с двойной сеткой: метакрилаты метилового эфира полиэтиленгликоля – поли (акриловая кислота) J. Polym. Sci. B Polym.Phys. 2012; 50: 423–430. DOI: 10.1002 / polb.23016. [CrossRef] [Google Scholar] 67. Чжан Х., Кадир А., Чен В. Желируемый взаимопроникающий гидрогель с двойной сеткой in situ, составленный из бинарных компонентов: тиолированного хитозана и окисленного декстрана. Биомакромолекулы. 2011; 12: 1428–1437. DOI: 10.1021 / bm101192b. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 68. Хуанг П., Чен В., Ян Л. Неорганико-органический гидрогель с двойной сеткой графена и полимера. Наноразмер. 2013; 5: 6034–6039. DOI: 10.1039 / c3nr00214d.[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 69. Бароли Б. Гидрогели для тканевой инженерии и доставки веществ, индуцирующих ткани. J. Pharm. Sci. 2007; 96: 2197–2223. DOI: 10.1002 / jps.20873. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 70. Никодемус Г.Д., Брайант С.Дж. Инкапсуляция клеток в биоразлагаемых гидрогелях для тканевой инженерии. Tissue Eng. B Rev.2008; 14: 149–165. DOI: 10.1089 / ten.teb.2007.0332. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 71. Алдж Д.Л., Азагарсами М.А., Донохью Д.Ф., Ансет К.С. Синтетически поддающиеся обработке щелкающие гидрогели для трехмерных культур клеток, сформированные с использованием химии тетразин-норборнен. Биомакромолекулы. 2013; 14: 949–953. DOI: 10,1021 / BM4000508. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 72. Kaemmerer E., Melchels F.P., Holzapfel B.M., Meckel T., Hutmacher D.W., Loessner D. Желатиновые гидрогели на основе метакриламида: альтернативная трехмерная система культивирования раковых клеток. Acta Biomater. 2014. 10: 2551–2562. DOI: 10.1016 / j.actbio.2014.02.035. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 73. Ву Д.Ю., Муре С., Соломон Д. Самовосстанавливающиеся полимерные материалы: обзор последних разработок. Прог. Polym. Sci. 2008. 33: 479–522. DOI: 10.1016 / j.progpolymsci.2008.02.001. [CrossRef] [Google Scholar] 74. Такур В.К., Кесслер М.Р. Самовосстанавливающиеся полимерные нанокомпозитные материалы: обзор. Полимер. 2015; 69: 369–383. DOI: 10.1016 / j.polymer.2015.04.086. [CrossRef] [Google Scholar] 75. Дэн Г., Ли Ф., Ю Х., Лю Ф., Лю К., Сунь В., Цзян Х., Чен Ю. Динамические гидрогели с адаптирующейся к окружающей среде способностью к самовосстановлению и двойным реагированием золь-гель переходами.ACS Macro Lett. 2012; 1: 275–279. DOI: 10.1021 / mz200195n. [CrossRef] [Google Scholar] 76. Амири С., Рахими А. Гибридное нанокомпозитное покрытие золь-гель методом: обзор. Иран Полым. J. 2016; 25: 559–577. DOI: 10.1007 / s13726-016-0440-х. [CrossRef] [Google Scholar] 77. Bode S., Bose R., Matthes S., Ehrhardt M., Seifert A., Schacher F., Paulus R., Stumpf S., Sandmann B., Vitz J. Самовосстанавливающиеся металлополимеры на основе бис (терпиридина) кадмия комплекс, содержащий полимерные сетки. Polym. Chem. 2013; 4: 4966–4973.DOI: 10.1039 / c3py00288h. [CrossRef] [Google Scholar] 78. Burattini S., Colquhoun H.M., Fox J.D., Friedmann D., Greenland B.W., Harris P.J., Hayes W., Mackay M.E., Rowan S.J. Самовосстанавливающаяся супрамолекулярная полимерная система: заживаемость как следствие донорно-акцепторных π – π-стэкинг-взаимодействий. Chem. Commun. 2009: 6717–6719. DOI: 10.1039 / b910648k. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 79. Мукерджи С., Хилл М.Р., Сумерлин Б.С. Самовосстанавливающиеся гидрогели, содержащие обратимые поперечные связи оксима. Мягкая материя.2015; 11: 6152–6161. DOI: 10.1039 / C5SM00865D. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 80. Тункабойлу Д.К., Сари М., Опперманн В., Окай О. Прочные и самовосстанавливающиеся гидрогели, образующиеся в результате гидрофобных взаимодействий. Макромолекулы. 2011; 44: 4997–5005. DOI: 10.1021 / ma200579v. [CrossRef] [Google Scholar] 81. Тамесуэ С., Ясуда К., Ногучи С., Мицумата Т., Ямаути Т. Высокотолерантная и прочная адгезия между гидрогелями с использованием интеркаляции катионных заместителей в слоистые неорганические соединения. ACS Macro Lett.2016; 5: 704–708. DOI: 10.1021 / acsmacrolett.6b00337. [CrossRef] [Google Scholar] 82. Гупта П., Вермани К., Гарг С. Гидрогели: от контролируемого высвобождения до доставки лекарств в зависимости от pH. Drug Discov. Сегодня. 2002; 7: 569–579. DOI: 10.1016 / S1359-6446 (02) 02255-9. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 83. Хоар Т.Р., Кохан Д.С. Гидрогели в доставке лекарств: прогресс и проблемы. Полимер. 2008; 49: 1993–2007. DOI: 10.1016 / j.polymer.2008.01.027. [CrossRef] [Google Scholar] 84. Паавола А., Юлирууси Дж., Каджимото Ю., Калсо Э., Wahlström T., Rosenberg P. Контролируемое высвобождение лидокаина из инъекционных гелей и эффективность при блокаде седалищного нерва у крыс. Pharm. Res. 1995; 12: 1997–2002. DOI: 10,1023 / А: 1016264527738. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 85. Сосник А., Кон Д. Триблоки ПЭО – ППО – ПЭО, покрытые этоксисиланом: новое семейство обратных термочувствительных полимеров. Биоматериалы. 2004. 25: 2851–2858. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2003.09.057. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 86. Чо К.Ю., Чунг Т.В., Ким Б.С., Ким М.К., Ли Дж. Х., Wee W.R., Cho C.S. Высвобождение ципрофлоксацина из гидрогелей полоксамер-трансплант-гиалуроновая кислота in vitro. Int. J. Pharm. 2003; 260: 83–91. DOI: 10.1016 / S0378-5173 (03) 00259-X. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 87. Ким М.Р., Пак Т.Г. Чувствительные к температуре и разлагаемые композитные гидрогели гиалуроновая кислота / плюроник для контролируемого высвобождения гормона роста человека. J. Control. Релиз. 2002; 80: 69–77. DOI: 10.1016 / S0168-3659 (01) 00557-0. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 88. Xiong L., Luo Q., Wang Y., Li X., Шен З., Чжу В. Гидрогель для инъекций на основе супрамолекулярного полимерного пролекарства. Chem. Commun. 2015; 51: 14644–14647. DOI: 10.1039 / C5CC06025G. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
6 применений гидрогеля I Strouse
Прежде чем мы погрузимся в многочисленные применения этого исключительного вещества, давайте начнем с основ: «Что такое гидрогель?» Гидрогель представляет собой трехмерную сеть из гидрофильного полимерного материала, которая быстро впитывает и удерживает большое количество воды (или другой жидкости). Невероятно универсальные и экологически чистые, гидрогели многофункциональны в самых разных отраслях промышленности.
Гидрогели стали популярными в последнее время благодаря своим уникальным свойствам:
• Высокое содержание воды
• Мягкость
• Гибкость
• Биосовместимость с большинством клеток
• Химическое поведение
• Температурная чувствительность
• Относительно низкая стоимость
Структура гидрогеля — причина его недавнего успеха и многообещающая для будущего использования. Обладая вязкими и эластичными характеристиками (вязкоупругими), а также смазывающими свойствами, гидрогели сохраняют свою структуру за счет химического или физического сшивания отдельных гидрофильных полимерных цепей.
Способность гидрогелей
удерживать / поглощать воду до 99% своего объема делает их мягкими и гибкими (например, в контактных линзах) или с высокими абсорбирующими свойствами (в детских подгузниках). Пористая природа гидрогелей допускает диффузию или они могут быть плотными. Характеристики зависят от состава гидрогеля, который может быть адаптирован в зависимости от потребности. Гидрогели могут быть химически стабильными или разлагаться / растворяться.
Для чего используется гидрогель?
Потенциал гидрогелей во множестве различных применений невероятен.Поэтому, естественно, ученые раздвигают границы, чтобы найти новые применения. Мы собрали здесь несколько примеров, заканчивая использованием гидрогеля в мире обработки.
Средства гигиены
Гидрогели появляются в различных повседневных продуктах: гелях для волос, зубной пасте и косметике. Некоторые суперабсорбирующие гидрогели, содержащие материалы на основе акрилата, используются для впитывания жидкости в одноразовых подгузниках. Поскольку гидрогели удерживают влагу от кожи, они предотвращают появление опрелостей, удобны и способствуют здоровью кожи.
Общие медицинские приложения
Мягкая консистенция, пористость и высокое содержание воды в гидрогелях очень похожи на естественные ткани живого организма, что делает их хорошими кандидатами для многих медицинских применений. Общие области применения включают контактные линзы, нервные проводники, наполнители тканей и технологию замены ядра.
При использовании в качестве перевязочного материала для ран гидрогели способствуют заживлению, увлажняют и облегчают боль благодаря своему прохладному и высокому содержанию воды. Гидрогель, пропитанный марлевой салфеткой, может предотвратить прилипание повязки к поверхности раны.
«Умная» повязка на рану
Эти повязки содержат элементы, встроенные в гидрогель: микроэлектронные биосенсоры, микропроцессоры, радиостанции беспроводной связи и т. Д. Таким образом, эти повязки не только защищают раны, но и могут, например, реагировать на изменения температуры кожи, высвобождая при необходимости лекарства (подробнее доставка лекарств ниже). Они могут даже загореться, если заканчивается лекарство.
«Умные» раневые повязки сгибаются вместе с телом, оставаясь на месте, когда пациент сгибает колено или локоть.Какие бы элементы или электроника не были встроены в повязку, она остается функциональной даже в растянутом состоянии.
Доставка лекарств
Внутри эластичного гидрогелевого пластыря вставленные трубки или просверленные отверстия создают пути в матрице. Высокопористая структура гидрогелей позволяет загружать и затем высвобождать лекарства, облегчая длительную трансдермальную доставку лекарств и позволяя использовать систему контролируемой доставки лекарств (DDS).
Другие элементы, встроенные в гидрогель — токопроводящие титановые проволоки, полупроводниковые чипы — позволяют доставлять лекарства по запросу из небольших резервуаров с лекарствами.Еще одним преимуществом использования гидрогелей для доставки лекарств является их способность к замедленному высвобождению, что приводит к высокой концентрации лекарственного средства в течение длительного периода времени.
Контроль доставки лекарств
Доставка лекарства с использованием гидрогелей — это одно. Настоящее преимущество заключается в возможности полностью контролировать эту доставку с помощью электронного интерфейса внутри гидрогеля. Не стоит беспокоиться, когда электроника находится в тесном контакте с кожей, когда мягкий, растяжимый гидрогель соответствует окружающей среде человеческого тела.
Предположим, в резервуарах мало лекарства. В этом случае светодиодный индикатор, встроенный в гидрогель, предупреждает пациента и / или лиц, осуществляющих уход, даже если гидрогель растягивается вокруг гибких частей тела.
Микрофлюидика и преобразование
Чтобы использовать гидрогели для точной доставки лекарств или исследуемых жидких образцов, в гидрогель должны быть встроены сложные микроканалы (от субмикронных до нескольких миллиметров) и схемы. Преобразователи высшего класса создают микрофлюидные устройства для технологии «орган на чипе», тест-полосок или других задач, требующих перемещения или анализа небольших молекул жидкости.Поскольку гидрогели нетоксичны для большинства клеток, на них можно придать особый дизайн и размеры.
Опытные переработчики обращают внимание на низкую прочность гидрогелей и их нежелание прилипать при контакте с инновационными клеевыми растворами. Транспортные жидкости. Защищайте образцы. Обеспечивает точное обнаружение. Точно переделанная липкая лента помогает все это осуществить.
Возможности будущего
Гидрогели уже выполняют широкий спектр функций. Ну и что дальше? Помогает отрастить спинной мозг? Генерация органа? Каркас тканевой инженерии? И кто знает, какие новые микрофлюидные устройства находятся в разработке?
Что мы действительно знаем, так это то, что весь потенциал гидрогелей еще не определен в продуктах повседневного использования и в специализированной медицине.Ожидается дальнейший прогресс, и высокопроизводительные преобразователи, такие как Strouse, остаются на переднем крае. Интересно, какие еще виды гибкого материала можно преобразовать? Узнайте больше, получив наше руководство по вопросам и ответам по гибкому преобразованию материалов.
Когда и как использовать гидрогель для ухода за ранами
Гидрогелевые повязки — отличный способ увлажнить рану.
Преимущества использования повязок на основе гидрогеля для ухода за ранами огромны, особенно если вы знаете, как правильно наносить гель.Гидрогелевые повязки — отличный источник влаги для сухих пораженных участков, они быстро действуют, помогая охладить рану, а также обеспечивают временное облегчение боли на срок до шести часов. Вот несколько кратких рекомендаций о том, когда использовать гидрогелевые повязки, о его преимуществах заживления ран и преимуществах, а также о том, когда вам следует попытаться воздержаться от использования гидрогеля.
Как они работают
Гидрогелевые повязки на 90% состоят из воды на гелевой основе, согласно медицинскому журналу Apple Bites, и служат для контроля за обменом жидкости внутри раневой поверхности.Сохраняя влажность раны, повязка из гидрогеля помогает защитить ваше тело от раневой инфекции и способствует эффективному заживлению. Гидрогелевые повязки обычно бывают трех разных форм, в том числе:
аморфный гидрогель: сыпучий гель, распределенный в тюбиках, пакетах из фольги и флаконах с распылителем
пропитанный гидрогель: обычно пропитывается марлевой салфеткой, жгутом из нетканой губки и / или полосками
листовой гидрогель: комбинация геля, скрепляемого тонкой сеткой из волокон
Лечебные преимущества
Из-за увлажнения раны из гидрогелевой повязки упрощаются общие этапы заживления, такие как грануляция, восстановление эпидермиса и удаление излишков мертвой ткани.В дополнение к облегчению этапов лечения раны ощущение холода, создаваемое гидрогелем для раны, обеспечивает облегчение боли по крайней мере на шесть часов. Когда обеспечивается гидратация раневого ложа, дискомфорт, возникающий при смене повязки, уменьшается, а также снижается риск инфицирования.
Когда использовать
Для лечения гидрогелевыми повязками наиболее подходят следующие типы ран:
сухие или обезвоженные раны
частичные или полные поражения
ссадины или сильные царапины
легкие ожоги
Раны с развитием гранулированной ткани
радиационное поражение кожи
Важно помнить, что нельзя использовать гидрогелевую повязку, если рана очень влажная или с сильным экссудатом.В большинстве случаев гидрогелевые повязки нуждаются в покрывающей повязке, потому что их часто трудно закрепить и они могут легко обезвоживаться, если не покрыть эффективно.
Смена повязки
Рекомендуется менять гидрогелевую повязку не реже, чем каждые четыре дня, чтобы покрытие не приближалось или не прикреплялось к месту травмы. По сути, вы можете сказать, пришло ли время для смены повязки, из-за обилия жидкости, которая указывает на то, что рана может получать слишком много жидкости.Если вы используете гидрогелевую повязку аморфного типа, не забудьте при необходимости смыть остатки геля средством для очищения ран или физиологическим раствором. Что касается удаления пропитанной марли или листового гидрогеля, осторожно приподнимите край и медленно отогните его после замачивания покрытия в физиологическом растворе, чтобы смягчить повязку. Всегда не забывайте соблюдать общие меры безопасности при снятии повязки, такие как мытье рук, надевание перчаток и удаление повязки сразу после ее снятия.
Журнал биомедицинских наук | Insight Medical Publishing
Импакт-фактор журнала (2 года): 1,9 ^*
Импакт-фактор журнала (5 лет): 0,55 ^*
ozellikle ticari islerimizde en cok ingilizce Turkce ceviri yapma gereksinimi duyariz, fakat dogru duzgun ingilizce Turkce ceviri hizmeti veren siteler cok az Sayidadir. Bu baglamda ingilizceturkce.gen.tr sunmus oldugu ingilizce Turkce ya da Turkce ingilizce ceviri kalitesiyle rakipleri arasindan kolayca siyrilmaktadir.ingilizceturkce
Index Copernicus Значение: 85,95
Journal of Biomedical Sciences (ISSN: 2254-609X) — это международный рецензируемый журнал с открытым доступом, в котором публикуются статьи высокого качества и новые исследования, вносимые в научные знания. Журнал позволяет быстро и своевременно рецензировать процесс быстрой публикации статей в широкой области биомедицинских наук.
Журнал биомедицинских наук приветствует рукописи по биохимии, биомедицинским наукам, биотехнологии, микробиологии, молекулярной биологии и генетике. Редакционная коллегия Journal of Biomedical Sciences должна стремиться поддерживать самые высокие стандарты качества и этики при публикации.
Отправьте рукопись на https://www.imedpub.com/submissions/biomedical-sciences.html или отправьте в виде вложения по электронной почте в редакцию по адресу [электронная почта защищена]
Когнитивные и нейробиологические науки
Когнитивная нейробиология — это мультидисциплинарная область исследований, охватывающая системную нейробиологию, вычисления и когнитивную науку.Его цель — углубить наше понимание взаимосвязи между когнитивными явлениями и основным физическим субстратом мозга. Используя сочетание поведенческого тестирования, расширенной визуализации мозга и теоретического моделирования, исследования когнитивной нейробиологии, проводимые в отделе, стремятся выяснить, как высокоуровневые функции, такие как распознавание языка и визуальных объектов, связаны с конкретными нейронными субструктурами в мозге.
Когнитивные и нейробиологические журналы Родственные журналы
Журнал биотехнологии и биоматериалов, трансляционная медицина, журнал биоинженерии и биомедицинских наук, журнал химической инженерии и технологических процессов, журнал когнитивной нейробиологии, журналы нейробиологии, журнал поведенческих наук, журнал нейробиологии и познания, журнал нейробиологии, журнал психологии, Журнал неврологии, Журналы геронтологии
Биохимическая инженерия
Биохимическая инженерия — это отрасль химической инженерии, которая в основном занимается проектированием и созданием единичных процессов, в которых задействованы биологические организмы или молекулы, такие как биореакторы.Биохимическая инженерия переводит захватывающие открытия в области наук о жизни в практические материалы и процессы, способствующие здоровью и благополучию человека
Биохимическая инженерия Журналы по теме
Журнал химических наук, Международный журнал сбора биомедицинских данных, Биомедицинские исследования, Журнал биомедицинской инженерии и медицинских устройств, Журнал биохимической инженерии, Журнал биоинженерии и биомедицинских наук, Журнал биологической инженерии, Журнал механического поведения биомедицинского материала, Журнал Медицинская и биологическая инженерия, Журнал биологических исследований, Американский журнал химической и биохимической инженерии, Журнал биомиметики, биоматериалов и биомедицинской инженерии
Транспорт и метаболизм газа
Гемоглобин переносит почти весь кислород в наши метаболизирующие ткани.В этом уроке обсуждаются физиологические факторы, которые стимулируют гемоглобин к разгрузке кислорода в наших тканях. Например, температура, углекислый газ, pH и метаболизм влияют на сродство гемоглобина к кислороду. Когда кровь течет через легкие, кислород загружается в гемоглобин, и это образует то, что мы каллоксигемоглобин. Оксигемоглобин похож на грузовик, который доставляет кислород к тканям. Когда кровь течет через метаболизирующие ткани, кислород выгружается из оксигемоглобина, образуя то, что мы называем дезоксигемоглобином
.
Транспорт и метаболизм газа Журналы по теме
Журнал биотехнологии и биоматериалов, Трансляционная медицина, Журнал биоинженерии и биомедицинских наук, Журнал химической инженерии и технологических процессов, Журнал сравнительной физиологии, Журнал экспериментальной зоологии, Журнал экспериментальной биологии, Журнал экспериментальной ботаники, Международный журнал радиационной биологии, Журнал радиационной биологии и связанных исследований
Вспомогательные устройства для сердца
Вспомогательные устройства для сердца были разработаны в связи с постоянным увеличением случаев сердечной недостаточности.Вспомогательные устройства для сердца, такие как полная трансплантация сердца, или, если это невозможно из-за возраста или других медицинских проблем, вспомогательные устройства для желудочков предлагают спасающую жизнь терапию — это тип механического устройства поддержки кровообращения. Это механический насос, который имплантируется пациентам с сердечной недостаточностью, чтобы помочь ослабленному сердцу левому желудочку перекачивать кровь по всему телу. Вспомогательные устройства для левого желудочка могут использоваться двух типов, например, мост для транспортировки или конечная терапия
Вспомогательные устройства для сердца Связанные журналы
Журнал химических наук, Международный журнал биомедицинского анализа данных, Биомедицинские исследования, Журнал биомедицинской инженерии и медицинских устройств, Журнал трансплантации сердца и легких, Журнал медицины, Журнал кардиоторакальной хирургии, Журнал инвазивных заболеваний Кардиология, Журнал торакальной и сердечно-сосудистой хирургии, Журнал биомеханической инженерии, Американский журнал трансплантации, Южноафриканский медицинский журнал
Сосудистая ауторегуляция
Ауторегуляция кровотока, тенденция к тому, чтобы кровоток оставался постоянным, несмотря на изменения артериального перфузионного давления, является повсеместным и хорошо изученным явлением.Саморегуляция кровотока относится к регулировке кровотока из-за метаболической активности поставляемых тканей и поддержанию постоянного кровотока во время постоянной активности ткани за счет изменения перфузионного давления. Регулирование кровотока легче всего понять при постоянном уровне активности тканей и изучении изменения перфузии или артериального давления. Ауторегуляция вызывает изменение сопротивления сосудов в ответ на изменения артериального давления, чтобы поддерживать постоянный уровень кровотока, особенно через капилляры
Журналы, связанные с ауторегуляцией сосудов
Биология и медицина, Журнал биомедицинской инженерии и медицинских устройств, Журнал химической инженерии и технологических процессов, Журнал сбора биомедицинских данных, Американский журнал кардиологии, Британский журнал фармакологии, Журнал фармакологии, Журнал Инженерная математика, Журнал прикладной физиологии, Журнал гипертонии, Журнал болезни Альцгеймера
Наука о белках
Наука о протеине — это исследование протеина и его дочерних компонентов, которое помогает формированию тканей на стадии роста.Науки о белке объединяют источники резки и дисциплины с упором на науки, ориентированные на белок
Наука о белке Связанные журналы
Журнал биотехнологии и биоматериалов, Трансляционная медицина, Журнал биоинженерии и биомедицинских наук, Журнал химической инженерии и технологических процессов, Журнал белковой науки, Журнал белковой науки, Белковая инженерия, Журнал белков и протеомики, Журнал биоинформатики и вычислительной биологии
Структурная биология
Структурная биология — это исследование молекулярной биологии, биохимии и биофизики, которое касается молекулярной структуры биологических макромолекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты.Они приобретают структуру, и изменение структуры влияет на функцию
Структурная биология Журналы по теме
Биология и медицина, Журнал биомедицинской инженерии и медицинских устройств, Журнал химической инженерии и технологических процессов, Журнал сбора биомедицинских данных, Журнал структурной биологии, Журнал биофизики и структурной биологии, Международный журнал биомедицины, Журнал протеомной науки, Журнал Proteome Science & Computational Biology, Journal of Allergy and Clinical Immunology
Биомедицинский ультразвук
Biomedical Ultrasound — это профессиональное инженерное, медицинское и прикладное научное сообщество, в котором исследователи объединяются для исследования и использования высокочастотных звуковых волн в медицинской диагностике и терапии.Есть много передовых методов, используемых в ультразвуковой диагностике и открытии новых терапевтических применений в области медицины и биологии
Журналы по теме биомедицинского ультразвука
Журнал биотехнологии и биоматериалов, Трансляционная медицина, Журнал биоинженерии и биомедицинских наук, Журнал химической инженерии и технологических процессов, Журналы биомедицинской инженерии, Журнал критического ультразвука, Журнал ультразвука, Журнал медицинского ультразвука, Международный журнал биомедицинских и передовых исследований, Журнал биомедицинских и передовых исследований, Журнал терапевтического ультразвука, Журнал биомедицинских наук и инженерии, Журнал биомедицинской инженерии
Нейроинженерия
Нейроинженерия — это дисциплина из области биомедицинской инженерии, в которой используются инженерные методы для понимания, ремонта, замены, улучшения или использования свойств нейронных систем.Нейробиология и нано-микронауки, используемые в исследованиях мозга и технологическая основа для будущего нейропротезирования
Нейроинженерия Журналы по теме
Журнал химических наук, Международный журнал биомедицинского анализа данных, Биомедицинские исследования, Журнал биомедицинской инженерии и медицинских устройств, Журнал нейронной инженерии, Журнал биоинженерии и биомедицинских наук, Журнал биомедицинской инженерии, Международный журнал вычислительной и нейронной инженерии, Журнал вычислительной техники И нейронная инженерия, Журнал трансляционной инженерии
Механика сердца
Механическая функция сердца определяется сократительными свойствами клеток, механической жесткостью мышечной и соединительной ткани, а также условиями давления и объемной нагрузки на орган.Механическая функция для микро- и макроанатомических вращательных движений бьющегося сердца. Цели этого: изучить термины, которые традиционно используются для описания механических напряжений и деформаций в желудочке, изучить трехмерную организацию кардиомиоцитов, которая влияет на глобальную функцию желудочков, применить механические меры как к отдельным кардиомиофибриллам, так и к интактным. желудочка и для оценки математических и компьютерных моделей, используемых для характеристики механики сердца
Механика сердца Журналы по теме
Биология и медицина, Журнал биомедицинской инженерии и медицинских устройств, Журнал химической инженерии и технологических процессов, Журнал биомедицинского анализа данных, Журнал биомеханики, Европейский журнал механики, Европейский журнал сердца, Европейский журнал сердца — Визуализация сердечно-сосудистой системы, Журнал гидромеханики , Американский медицинский журнал
Биомедицинская наука
Биомедицинские науки — это смежные науки в области здравоохранения, предназначенные для диагностики заболевания и оценки надлежащего лечения с помощью различных анализов.Анализ может проводиться с использованием различных образцов тканей или жидкостей
Биомедицинские науки Связанные журналы
Журнал биотехнологии и биоматериалов, Трансляционная медицина, Журнал биоинженерии и биомедицинских наук, Журнал химической инженерии и технологических процессов, Журнал биомедицинских наук, Журнал биоинженерии и биомедицинских наук, Британский журнал биомедицинских наук, Американский журнал биомедицинских наук, журнал биомедицины, журнал медицинских и биомедицинских наук
Генетика
Генетика — это исследование генов и наследственности.Вариация вызвана образованием генов и аллелей. Биологический стандарт развития показал, что гены — самый мощный компонент живого организма
Журналы по генетике
Журнал химических наук, Международный журнал сбора биомедицинских данных, Биомедицинские исследования, Журнал биомедицинской инженерии и медицинских устройств, Американский журнал генетики человека, Европейский журнал генетики человека, журналы по генетике, Журнал медицинской генетики, Журнал генетики и геномики, американский Журнал медицинской генетики, Международный журнал исследований в области генетики и геномики
Гидрогелевые повязки
Гидрогелевые повязки — это новая область ухода за ранами, поскольку они увеличивают скорость и эффективность заживления ран.
Кредит: donikz / Shutterstock.com
Считается, что успех гидрогелевых повязок обусловлен их способностью поддерживать оптимальную среду для заживления ран, которая является теплой и влажной, а не сухой, при этом предотвращая проникновение инфекционных агентов. Они способны заменить обычные повязки, такие как натуральные или синтетические хлопковые, пуховые и марлевые повязки.
Гидрогелевые повязки состоят примерно на 90% из воды, суспендированной в геле, состоящем из нерастворимых гидрофильных полимеров, которые набухают при контакте с водой.Обычно они изготавливаются из полимеров синтетических молекул, таких как полиметакрилат и поливинилпирролидин, а некоторые комбинируются с альгинатными повязками. Они контролируют обмен жидкости на границе раздела рана-повязка, при этом натрий и другие молекулы в выделениях из раны обмениваются на соединения гидрогеля.
Гидрогель обеспечивает увлажнение, что позволяет безболезненно очищать некротические и инфицированные ткани, способствует грануляции и способствует полному заживлению. Поскольку они имеют высокое содержание воды, они не полностью абсорбируют, что делает их подходящими для ран с легкой или умеренной экссудацией.В других ситуациях скопление воды может привести к мацерации кожи и размножению микробов, что приведет к инфицированной ране с неприятным запахом.
Гидрогели также могут охлаждать рану, что облегчает боль. Гель выравнивает контуры раневой поверхности, предотвращая инфицирование мертвого пространства, а также способствует заживлению поверхности.
Виды гидрогелевых повязок
Гидрогели доступны в виде листов или аморфных гелей.
Листы гидрогеля
Эти листы из полимерных сшитых молекул способны впитывать некоторое количество воды и, таким образом, предотвращают чрезмерное увлажнение ран с легкой экссудацией.Они поддерживаются полупроницаемой полимерной пленкой, а края могут быть липкими, хотя и не всегда.
Подложка регулирует испарение повязки и предохраняет рану от высыхания. Листы можно разрезать по размеру и форме. Эти повязки могут использоваться как первичные, так и вторичные.
Аморфные гидрогели
Гель течет свободно и может проникнуть в каждую щель раны, независимо от ее глубины. Но обычно он должен быть покрыт марлевой повязкой, чтобы удерживать его на месте, и потребуется частая смена повязки.Следовательно, они являются первичными повязками.
Пропитанные гидрогели
Он образуется путем диспергирования геля в марлевой / губчатой полоске или подушечке, которые накладываются на рану и обычно покрываются вторичной повязкой для герметизации раны. Его также можно использовать для перевязки глубоких ран.
Преимущества гидрогелей
Гидрогелевые повязки во многих отношениях идеальны для перевязок ран. При нанесении на сухие раны, а также на шелушащиеся или некротические раны, они могут очищать и поддерживать их в чистоте, способствуя удалению инфицированной или некротической ткани посредством автолиза.
Гидрогелевые повязки сохраняют рану теплой, влажной и закрытой. Кроме того, они не вступают в реакцию с тканями и не раздражают их. При нанесении они не прилипают к раневым поверхностям и позволяют метаболитам беспрепятственно проходить. Эти повязки оказывают охлаждающее действие на рану, что делает их очень приятными для пациентов.
Они способствуют реэпителизации ран, поскольку частично имитируют структуру кожи и стимулируют рост компонентов кожи. Кроме того, они могут использоваться для включения лекарств, ускоряющих заживление ран.Наконец, они подходят для лечения всех типов и стадий ран, за исключением наличия сильного экссудата, включая болезненные раны, частичные и полнослойные раны, лучевые раны, легкие ожоги и сухие раны.
Недостатки гидрогелей
Гидрогели не могут впитывать большое количество жидкости и поэтому не подходят для очень влажных ран, которые могут мацерироваться и инфицироваться. Кроме того, их низкая механическая прочность делает их легко рвущимися, что может затруднить смену повязок пациентами.
Заключение
Таким образом, все недавние исследования подтверждают активное использование гидрогелей для перевязки ран в большинстве типов ран, поскольку их использование приводит к гидратации и разрыхлению некротической ткани, способствуя ее автолизу и очистке, и поглощает умеренное количество шелушащихся выделений и экссудата.
5 Гидрогелевая повязка. M4v Play
Дополнительная литература
Что нужно знать о гидрогелевых повязках
В каждом выпуске Apple Bites вы найдете инструмент, который можно применять в повседневной практике.
Повязки из гидратированного полимера (гидрогеля), первоначально разработанные в 1950-х годах, содержат 90% воды в гелевой основе, которая помогает регулировать обмен жидкости с поверхности раны. Гидрогелевые повязки обычно прозрачные или полупрозрачные и различаются по вязкости и толщине. Они доступны в трех формах:
.
• аморфный гидрогель — сыпучий гель, упакованный в тюбики, пакеты из фольги и флаконы с распылителем
• пропитанный гидрогель — аморфный гидрогель, пропитанный марлевой прокладкой, неткаными губчатыми жгутами и / или полосками
• лист гидрогель — гель, поддерживаемый тонкой сеткой из волокон.Повязка может перекрывать неповрежденную кожу и, как правило, не повредит ей. Доступен с клейкими краями и без них, и их можно разрезать по размеру раны.
Обеспечивая влагу в ране, гидрогелевые повязки создают влажную среду заживления, которая способствует грануляции, эпителизации и аутолитической санации раны. Гидрогелевые повязки с высоким содержанием воды охлаждают рану, снимая боль, которая может длиться до 6 часов. Дискомфорт при смене повязки также уменьшается, поскольку гидрогели не прилипают к поверхности раны.
В целом гидрогелевые повязки:
• успокаивают и уменьшают боль
• увлажняют ложе раны
• облегчают аутолитическую обработку раны
• заполняют мертвое пространство (аморфные и импрегнированные типы)
• можно использовать при наличии инфекции.
Примеры ран, которым может помочь гидрогелевая повязка, включают:
• сухие или слегка влажные раны
• успокаивающие болезненные раны
• частичные и полнослойные раны
• раны с грануляционной тканью, струпом или шелушением
• ссадины или незначительные ожоги
• лучевые повреждения кожи.
Гидрогелевые повязки , а не , рекомендуются для ран с обильным экссудатом. В
добавлено:
• некоторым требуется вторичная повязка
• некоторые трудно закрепить
• они могут вызвать мацерацию вокруг раны
• они могут легко обезвоживаться, если их не накрыть.
Частота смены повязок варьируется от одного дня до четырех дней в зависимости от конкретных рекомендаций производителя.
1. Вымойте руки и наденьте перчатки.
2. Отметить дату на загрязненной повязке; затем удалите его и положите в мешок для мусора.
3. Снимите перчатки, вымойте руки и наденьте новые перчатки.
4. Очистите рану физиологическим раствором или предписанным очищающим средством.
5. Промокните ткань, окружающую рану, насухо чистой марлей.
6. Снимите перчатки, вымойте руки и наденьте новые перчатки.
7. Нанесите жидкую барьерную пленку или влагонепроницаемую мазь на область вокруг раны, чтобы защитить кожу от мацерации.
8. Наложите повязку
.
Аморфная гидрогелевая повязка
а.Нанесите продукт стерильным язычком или аппликатором с ватным наконечником, равномерно распределив его по ложу раны до толщины 5 мм (¼ дюйма). Или же стерильную марлевую салфетку можно пропитать гидрогелем и поместить в рану без наложения на окружающую кожу.
г. При необходимости вставьте соответствующие упаковочные материалы.
г. Накройте повязку вторичной повязкой на рану. Вторичная повязка на рану должна покрывать все ложе раны.
Марля пропитанная гидрогелем
а.Положите повязку прямо на рану или свободно упакуйте ее в ложе раны.
г. Накройте повязку вторичной повязкой на рану. Повязка на рану должна покрывать все ложе раны.
Гидрогель листовой
а. С помощью маркера обведите контур раны на повязке.
г. Чистыми ножницами отрежьте лист гидрогеля по размеру раны.
г. Приложите простыню к ложу раны, стараясь не нахлестывать ее на неповрежденную кожу.
г. Накройте лист вторичной повязкой на рану. Повязка на рану должна покрывать все ложе раны.
9. Утилизируйте отходы в соответствующий контейнер. Снимите перчатки и выбросьте; затем вымойте руки.
1. Вымойте руки и наденьте перчатки.
2. Осторожно удалите вторичную повязку на рану.
3. Снимите гидрогелевую повязку:
a. Повязка из аморфного гидрогеля: смойте остатки геля средством для очищения ран или физиологическим раствором, если необходимо.
г. Пропитанная гидрогелем марля или лист гидрогеля: осторожно приподнимите край повязки и медленно снимите ее.Если повязка прилипла к поверхности раны, пропитайте ее очистителем для ран или физиологическим раствором, чтобы смягчить ее; затем аккуратно удалите.
4. Проверьте снятую повязку на тип, количество, цвет и консистенцию экссудата
.
Выбросьте старую повязку в подходящий контейнер. Снимите перчатки и выбросьте
; затем вымойте руки.
Вот ссылки на образцы каждого типа гидрогелевой повязки:
• Аморфные гидрогелевые повязки
• Пропитанные гидрогелевые повязки
• Листовые гидрогелевые повязки
РЕСУРС ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ПАЦИЕНТОВ
Инструкции по гидрогелевой повязке системы здравоохранения Университета Вирджинии
Избранные ссылки
Европейская консультативная группа по пролежням и Национальная консультативная группа по пролежням.