Содержание

токсичен и вреден или безопасен?

Что такое гидрогель, из чего он состоит?

На упаковке, купленного мной гидрогеля, написан следующий состав: “пространственносшитый гель полиакриламида и полиакрилата калия”. Так же там написано, что гель абсолютно безопасен для человека и не токсичен для растений (однако, акриламид, входящий в его состав, является опаснейшим нейротоксином. Кроме того, акриламид вызывает рак у лабораторных животных. Он легко проходит через кожу и может быть вдыхаем в виде пыли. Подробнее об этом со ссылками на научные работы в конце статьи).

Содержимое представляет собой белый порошок, набухающий при добавлении воды

Содержимое представляет собой белый порошок, набухающий при добавлении воды. Я насыпал слой в 1 мм порошка гидрогеля на дно пластикового стаканчика объемом пол литра, и набухнув гидрогель полностью заполнил этот стакан.

Для чего применяют гидрогель?

При помощи гидрогеля можно создать граффити из мха, гидрогель используют в дизайне, а так же добавляют в горшки к цветочным культурам, чтобы их можно было реже поливать. Сейчас модно проращивание рассады на гидрогеле (она действительно хорошо прорастает, особенно если вместо воды замочить гидрогель в питательном растворе для гидропоники, так как сам по себе гидрогель инертен — без дополнительного питания растения в нем через некоторое время погибнут).

Рассада в гидрогеле выглядит красиво — можно наблюдать как растет корневая система

Ну и попросту рассада в гидрогеле выглядит красиво — можно наблюдать как растет корневая система. Многие садоводы рекомендуют добавлять гидрогель в почву под культуры, употребляемые в пищу (огурцы, помидоры, клубника итд), я тоже было запланировал это сделать, но для начала решил изучить информацию о гидрогеле в зарубежном интернете.

Возможная опасность и токсичность гидрогеля

Linda Chalker-Scott (Ph.D., Washington State University) в статье Миф о полиакриламидных гидрогелях (статья на английском, перевод сделан гугл-переводчиком, в нем возможны неточности, ниже представлены выдержки из статьи) пишет:

Когда гидрогель разрушается, он высвобождает акрилат калия и акриламид. Акриламид является смертельным нейротоксином

“… Гидрогели обычно преподносятся как рН-нейтральные, нетоксичные, экологически чистые соединения (в полимеризованной форме). Факт остается фактом, что после пяти лет практически весь гидрогель деполимеризуется за счет естественных процессов разложения … Когда гидрогель разрушается, он высвобождает акрилат калия и акриламид. Акриламид является смертельным нейротоксином, и было установлено, что он вызывает рак у лабораторных животных. Он легко проходит через кожу и может быть вдыхаем в виде пыли … Кто подвергается риску воздействия акриламида? Работники детских садов и садовники, которые обычно используют гидрогели и могут подвергается их воздействию, когда они разрушаются и становятся токсичными. Домовладельцы, которые добавляют гидрогель-содержащие смеси на их участки или компостные кучи. Собаки, кошки, и животные дикой природы, которые вступают в контакт с этими веществами находятся в опасности. В более широком масштабе, существует риск для всей экосистемы, так как акриламид растворим в воде и может легко попасть в водоносные слои.”

Jeff Schalau (Associate Agent, Agriculture & Natural Resources University of Arizona Cooperative Extension) в статье Гидрогели: являются ли они безопасными? (статья на английском, перевод сделан гугл-переводчиком, в нем возможны неточности, ниже представлены выдержки из статьи) пишет:

При производстве гидрогелей, остаточный акриламид присутствует в качестве загрязнителя, но его количество строго регламентированы в США до уровня не более 0,05%

“… Некоторые люди обеспокоены безопасностью гидрогелей, поэтому я решил представить немного научной информации об их эффективности и безопасности … Как гидрогели будут действовать в той или иной ситуации очень трудно предсказать, так как химические взаимодействия между гидрогелем, веществами составляющими почву, и растворенными веществами являются сложными и происходят одновременно … Документально, воздействие сшитых гидрогелей на выживаемость растений является переменным (нестабильным). Некоторые исследователи сообщают об усилении роста сельскохозяйственных культур и пород деревьев. По мнению других исследователей, гидрогели не улучшили выживание растений по сравнению с контролем … В ряде случаев, состояние растений, обработанных гидрогелем, ухудшилось по сравнению с необработанным контролем и обнаружен недостаток питательных веществ … Как следует из названия, полиакриламиды состоят из многочисленных взаимосвязанных соединений акриламида. Акриламид является известным нейротоксином в организме человека и, как подозревают также канцерогенном.

При производстве гидрогелей, остаточный акриламид присутствует в качестве загрязнителя, но его количество строго регламентированы в США до уровня не более 0,05%, или 500 ppm для сельскохозяйственного использования … Учитывая выводы, представленные выше, я не могу рекомендовать использование гидрогелей для домашних садов. Есть несколько альтернативных практик, которые являются безопасными и не менее эффективными. Они включают мульчирование, периодическое добавление компоста, защита от ветра и т.д.

Учитывая выводы, представленные выше, я не могу рекомендовать использование гидрогелей для домашних садов

Также вы можете ознакомиться со статьей Супер-абсорбирующие кристаллы – действительно ли они “супер”? (на английском языке), в этой статье более подробно описываются проблемы изложенные в статьях, выдержки из которых представлены выше. Кроме того, много интересных сайтов можно получить задав гуглу запрос “hydrogel toxicity plant growth“.

Гидрогель- что это такое и его использование

Гранула + вода = гидрогель

Сухие гранулы и насыщенные водой. Некоторые типоразмеры гидрогеля Эвабеона®
Д- для деревьев и кустарников, М- мульти, Р- для рассады и горшечных растений
Фото © Гидрогель РУ

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

Где и как используется гидрогель?

Гидрогель вносится в почву, смеси, компосты и любые другие субстраты, использующиеся для выращивания растений. Применяются как для открытого, так и защищенного грунта.

Давно применяется в комнатном цветоводстве, фитодизайне, при посадке деревьев, цветов, для выращивания рассады, при закладке газонов, в ландшафтном дизайне, в тепличных хозяйствах итд.

Как работает гидрогель?

Для нормального роста и развития растений им необходим постоянный источник доступной воды с растворенными в ней элементами питания. При переувлажнении они погибают, при недостаточном поливе плохо развиваются.

В почве корни растений проникают непосредственно в набухшие гранулы полимера (обычно на это уходит 1,5- 2 недели) и потребляют оттуда воду и растворимые удобрения по мере необходимости. Вам не нужно заботится о поддержании оптимального режима влажности почвы- растения возьмут из геля воды и растворенных в ней веществ ровно столько, сколько им нужно на данной стадии развития и в зависимости от индивидуального физиологического состояния.

Как часто нужно вносить гидрогель Эвабеона® ?

Одного внесения достаточно на 3-5 лет (зависит от микробиологической активности почвы). В течение этого срока он может многократно высыхать и потом опять набухать, фактически не меняя своих свойств. Сохраняет свои свойства даже при промерзании и последующем оттаивании почвы.

Некоторые эффекты применения гидрогеля

  • Растения не страдают от засухи. Можно значительно (в 2- 6 раз) увеличить интервалы между поливами. Например, уехать в отпуск и оставить растения на 2 недели.
  • Гранулы удерживают удобрения, препятствуя их вымыванию
  • При избытке воды гранулы впитывают ее в себя, освобождая воздухопроводящие поры. Корни растений нормально дышат и не страдают от застоя влаги
  • Применение гидрогеля ускоряет темпы развития растений, способствует усилению цветения, улучшает внешний вид
  • Поскольку растение находится в оптимальных условиях, у него возрастает устойчивость к инфекционным заболеваниям

Функции гидрогеля в засуху и дождь в разных типах почв:

 
песчаные и супесчаные почвы источник воды и питательных элементов удерживает питательные элементы, препятствуя их вымыванию
глинистые и суглинистые почвы источник воды и питательных элементов, препятствует коркообразованию и появлению микротрещин, повреждающих корневые волоски Разбухание- сжатие гранул улучшает структуру почв, оптимизирует условия аэрации и впитывания влаги (снижается переувлажнение в корневой зоне, уменьшается поверхностный смыв почвы)

Основной принцип работы гидрогеля- оптимизация режимов увлажнения и питания

Если вы следите за своими растениями, то их гибель из-за застоя влаги или пересыхания субстрата наблюдается редко, но даже кратковременные отклонения влажности в обе стороны от оптимума приводят к значительному нарушению их нормального развития.

С режимом влажности напрямую связан режим питания. Самый простой пример: растения не способны использовать удобрения «в сухом виде», поэтому при недостатке влаги происходит нарушение нормального потребления элементов питания. Растение «сидит на голодном пайке», хотя удобрения были внесены в почву.

И изменения влажности и нарушения нормального режима питания приводят к тому, что растения слабо цветут, быстро стареют и вянут. В условиях крупных теплиц, подобные проблемы давно решают при помощи капельного полива. Для любителей единственной альтернативой является применение гидрогеля.

I. Динамика влажности почвы без внесения гидрогеля:

Схематичная динамика влажности почв. «Тучки»- это моменты полива, нижняя шкала- время. Промежуток времени, в который создаются оптимальные условия для роста и развития растений (выделен на нижней шкале зеленым) очень мал. Режим поступление воды и питания носит выраженный пульсирующий характер.

I- переполив. Вода занимает поры аэрации- рост растений угнетен. При длительном застое влаги- гибель
II- диапазон оптимальной влажности. Нормальный рост и развитие растений
III- недостаток воды. Рост и развитие растений останавливается

II. Содержание влаги при внесении гидрогеля Эвабеона®:

I- переполив. Гидрогель впитывает лишнюю воду, освобождая поры аэрации.

II- диапазон оптимальной влажности. Нормальный рост и развитие растений
III- недостаток воды. Гидрогель отдает воду корням растения.

При внесении гидрогеля Эвабеона® режим поступление воды и питания носит постоянный характер. Растение находится в комфортных условиях все время. Поэтому оно обильнее и дольше цветет, быстрее развивается, увеличивает урожай и меньше болеет.

Особенно эффективен гидрогель при выращивании в емкостях

Хорошо известно, что обеспечить обильное и длительное цветение, хороший внешний вид растений в горшках, ящиках и контейнерах гораздо сложнее, чем в открытом грунте. Одна из главных причин- постоянные колебания влажности почвы. Чем меньше объем емкости, в которой происходит выращивание, тем больше частота и амплитуда таких изменений. И тем сложнее следить за растениями. Даже при регулярном уходе неизбежно происходит либо подсыхание субстрата, либо его избыточное увлажнение.

Еще проще- обобщение

Если ваш цветок не вянет, это совершенно не значит, что ему хорошо. Если рядом посадить контрольное растение и создать оптимальный режим влажности и питания, вы увидите, что оно лучше растет и развивается, обильнее и дольше цветет, лучше выглядит. Именно такой эффект, помимо всего прочего, дает применение гидрогеля.

Экологичность и безопасность

Улучшение развития растений происходит естественным, экологичным путем, без применения каких-либо стимуляторов роста, цветения и тд. Меняются только сами условия его произрастания.

Гидрогель не является «химией» (в общепринятом выражении), так как не выделяет никаких веществ в почвенный раствор (не растворяется и ничего не вымывается из его матрицы). Поэтому он не оказывает влияния на химический состав растений.

По окончании срока действия он полностью разлагается самой обычной почвенной микрофлорой. Продукты разложения абсолютно безопасны: аммоний, CO2 и вода.

Поделитесь с друзьями:

Гидрогель РУ разделы сайта:

✅ Гидрогель состав — cvetochki-yaroslavl.ru

Состав гидрогеля: токсичен и вреден или безопасен?

Что такое гидрогель, из чего он состоит?

На упаковке, купленного мной гидрогеля, написан следующий состав: «пространственносшитый гель полиакриламида и полиакрилата калия». Так же там написано, что гель абсолютно безопасен для человека и не токсичен для растений (однако, акриламид, входящий в его состав, является опаснейшим нейротоксином. Кроме того, акриламид вызывает рак у лабораторных животных. Он легко проходит через кожу и может быть вдыхаем в виде пыли. Подробнее об этом со ссылками на научные работы в конце статьи).

Содержимое представляет собой белый порошок, набухающий при добавлении воды. Я насыпал слой в 1 мм порошка гидрогеля на дно пластикового стаканчика объемом пол литра, и набухнув гидрогель полностью заполнил этот стакан.

Для чего применяют гидрогель?

При помощи гидрогеля можно создать граффити из мха, гидрогель используют в дизайне, а так же добавляют в горшки к цветочным культурам, чтобы их можно было реже поливать. Сейчас модно проращивание рассады на гидрогеле (она действительно хорошо прорастает, особенно если вместо воды замочить гидрогель в питательном растворе для гидропоники, так как сам по себе гидрогель инертен — без дополнительного питания растения в нем через некоторое время погибнут).

Ну и попросту рассада в гидрогеле выглядит красиво — можно наблюдать как растет корневая система. Многие садоводы рекомендуют добавлять гидрогель в почву под культуры, употребляемые в пищу (огурцы, помидоры, клубника итд), я тоже было запланировал это сделать, но для начала решил изучить информацию о гидрогеле в зарубежном интернете.

Возможная опасность и токсичность гидрогеля

Linda Chalker-Scott (Ph.D., Washington State University) в статье Миф о полиакриламидных гидрогелях (статья на английском, перевод сделан гугл-переводчиком, в нем возможны неточности, ниже представлены выдержки из статьи) пишет:

«… Гидрогели обычно преподносятся как рН-нейтральные, нетоксичные, экологически чистые соединения (в полимеризованной форме). Факт остается фактом, что после пяти лет практически весь гидрогель деполимеризуется за счет естественных процессов разложения … Когда гидрогель разрушается, он высвобождает акрилат калия и акриламид. Акриламид является смертельным нейротоксином, и было установлено, что он вызывает рак у лабораторных животных. Он легко проходит через кожу и может быть вдыхаем в виде пыли … Кто подвергается риску воздействия акриламида? Работники детских садов и садовники, которые обычно используют гидрогели и могут подвергается их воздействию, когда они разрушаются и становятся токсичными. Домовладельцы, которые добавляют гидрогель-содержащие смеси на их участки или компостные кучи. Собаки, кошки, и животные дикой природы, которые вступают в контакт с этими веществами находятся в опасности. В более широком масштабе, существует риск для всей экосистемы, так как акриламид растворим в воде и может легко попасть в водоносные слои.»

Jeff Schalau (Associate Agent, Agriculture & Natural Resources University of Arizona Cooperative Extension) в статье Гидрогели: являются ли они безопасными? (статья на английском, перевод сделан гугл-переводчиком, в нем возможны неточности, ниже представлены выдержки из статьи) пишет:

«… Некоторые люди обеспокоены безопасностью гидрогелей, поэтому я решил представить немного научной информации об их эффективности и безопасности … Как гидрогели будут действовать в той или иной ситуации очень трудно предсказать, так как химические взаимодействия между гидрогелем, веществами составляющими почву, и растворенными веществами являются сложными и происходят одновременно … Документально, воздействие сшитых гидрогелей на выживаемость растений является переменным (нестабильным). Некоторые исследователи сообщают об усилении роста сельскохозяйственных культур и пород деревьев. По мнению других исследователей, гидрогели не улучшили выживание растений по сравнению с контролем … В ряде случаев, состояние растений, обработанных гидрогелем, ухудшилось по сравнению с необработанным контролем и обнаружен недостаток питательных веществ … Как следует из названия, полиакриламиды состоят из многочисленных взаимосвязанных соединений акриламида. Акриламид является известным нейротоксином в организме человека и, как подозревают также канцерогенном. При производстве гидрогелей, остаточный акриламид присутствует в качестве загрязнителя, но его количество строго регламентированы в США до уровня не более 0,05%, или 500 ppm для сельскохозяйственного использования … Учитывая выводы, представленные выше, я не могу рекомендовать использование гидрогелей для домашних садов. Есть несколько альтернативных практик, которые являются безопасными и не менее эффективными. Они включают мульчирование, периодическое добавление компоста, защита от ветра и т.д.»

Также вы можете ознакомиться со статьей Супер-абсорбирующие кристаллы — действительно ли они «супер»? (на английском языке), в этой статье более подробно описываются проблемы изложенные в статьях, выдержки из которых представлены выше. Кроме того, много интересных сайтов можно получить задав гуглу запрос «hydrogel toxicity plant growth«.

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ

    Этот раздел пока пуст
    Этот раздел пока пуст

Что такое гидрогель, из чего он состоит?

На упаковке, купленного мной гидрогеля, написан следующий состав: «пространственносшитый гель полиакриламида и полиакрилата калия». Так же там написано, что гель абсолютно безопасен для человека и не токсичен для растений (однако, акриламид, входящий в его состав, является опаснейшим нейротоксином. Кроме того, акриламид вызывает рак у лабораторных животных. Он легко проходит через кожу и может быть вдыхаем в виде пыли.

Содержимое представляет собой белый порошок, набухающий при добавлении воды. Я насыпал слой в 1 мм порошка гидрогеля на дно пластикового стаканчика объемом пол литра, и набухнув гидрогель полностью заполнил этот стакан.

Для чего применяют гидрогель?

При помощи гидрогеля можно создать граффити из мха, гидрогель используют в дизайне, а так же добавляют в горшки к цветочным культурам, чтобы их можно было реже поливать. Сейчас модно проращивание рассады на гидрогеле (она действительно хорошо прорастает, особенно если вместо воды замочить гидрогель в питательном растворе для гидропоники, так как сам по себе гидрогель инертен — без дополнительного питания растения в нем через некоторое время погибнут).

Ну и попросту рассада в гидрогеле выглядит красиво — можно наблюдать как растет корневая система. Многие садоводы рекомендуют добавлять гидрогель в почву под культуры, употребляемые в пищу (огурцы, помидоры, клубника и тд).

Возможная опасность и токсичность гидрогеля

Linda Chalker-Scott (Ph.D., Washington State University) в статье Миф о полиакриламидных гидрогелях пишет: Когда гидрогель разрушается, он высвобождает акрилат калия и акриламид. Акриламид является смертельным нейротоксином «.

Гидрогели обычно преподносятся как рН-нейтральные, нетоксичные, экологически чистые соединения (в полимеризованной форме). Факт остается фактом, что после пяти лет практически весь гидрогель деполимеризуется за счет естественных процессов разложения . Когда гидрогель разрушается, он высвобождает акрилат калия и акриламид. Акриламид является смертельным нейротоксином, и было установлено, что он вызывает рак у лабораторных животных. Он легко проходит через кожу и может быть вдыхаем в виде пыли .

Кто подвергается риску воздействия акриламида?

Работники детских садов и садовники, которые обычно используют гидрогели и могут подвергается их воздействию, когда они разрушаются и становятся токсичными.

Домовладельцы, которые добавляют гидрогель-содержащие смеси на их участки или компостные кучи.

Собаки, кошки, и животные дикой природы, которые вступают в контакт с этими веществами находятся в опасности.

В более широком масштабе, существует риск для всей экосистемы, так как акриламид растворим в воде и может легко попасть в водоносные слои.

Как гидрогели будут действовать в той или иной ситуации очень трудно предсказать, так как химические взаимодействия между гидрогелем, веществами составляющими почву, и растворенными веществами являются сложными и происходят одновременно.

Документально, воздействие сшитых гидрогелей на выживаемость растений является переменным (нестабильным). Некоторые исследователи сообщают об усилении роста сельскохозяйственных культур и пород деревьев. По мнению других исследователей, гидрогели не улучшили выживание растений по сравнению с контролем.

В ряде случаев, состояние растений, обработанных гидрогелем, ухудшилось по сравнению с необработанным контролем и обнаружен недостаток питательных веществ.

Как следует из названия, полиакриламиды состоят из многочисленных взаимосвязанных соединений акриламида. Акриламид является известным нейротоксином в организме человека и, как подозревают также канцерогенном. При производстве гидрогелей, остаточный акриламид присутствует в качестве загрязнителя.

Учитывая выводы, представленные выше, мы не можем рекомендовать использование гидрогелей для домашних садов. Есть несколько альтернативных практик, которые являются безопасными и не менее эффективными. Они включают мульчирование, периодическое добавление компоста, защита от ветра и т.д.

Гидрогель: как использовать для растений? Инструкция по применению

Гидрогель – это обычный полимер, который хорошо удерживает влагу. Средство появилось в продаже относительно недавно, но сразу зарекомендовало себя с лучшей стороны. В сегодняшней статье рассмотрим, как правильно пользоваться гидрогелем, что нужно учитывать при покупке, для каких типов растений его лучше применять.

Что такое гидрогель

Гидрогель – особый полимер, который выпускается в форме гранул или порошка.

Средство обладает следующими свойствами:
  1. Удерживает влагу, которая необходима растению.
  2. Хорошо сохраняет внесенные в грунт удобрения. Полезные компоненты надолго задерживаются в гранулах, что позволяет растениям лучше их усваивать.
  3. Улучшает структуру почвы.
  4. Защищает грунт от растрескивания.
  5. Ускоряет сроки цветения и плодоношения растений.

Мягкий гидрогель выпускается в виде бесцветного порошка или небольших цветных гранул. Каков принцип его работы? При взаимодействии с водой средство начинает набухать, значительно увеличивается в размере. Уже набухшие шарики смешиваются с почвой, корневая система растений начинает в них прорастать и подпитываться влагой.

Использование гидрогеля позволяет полностью обходиться без полива достаточно долгое время (2 – 3 недели). Конечно, многое зависит от корневой системы растения – чем она толще и сильнее, тем лучше эффект.

Шарики надолго остаются в грунте (срок эксплуатации 5 лет), после полива они вновь набухают и продолжают полноценно выполнять свои функции.

Стоит отметить, что использование гидрогеля защищает корни растений от лишней влаги. Благодаря этому не стоит переживать об их загнивании.

Можно выделить несколько видов гидрогеля:
  1. Мягкий. Широко применяется для комнатных растений. Идеально подходит для проращивания семян. Часто используется садоводами при высадке огородных культур. Его преимущество в том, что гранулы довольно мягкие, корни любого растения могут беспрепятственно проникнуть внутрь гидрогеля и высосать влагу.
  2. Плотный. По-другому этот вид гидрогеля называют аквагрунтом. Гранулы разноцветные, в некоторые добавлены блестки и другие украшения. Основная задача – декорирование ваз и горшков с растениями.

Гидрогель получил широкое применение в цветоводстве и садоводстве, зарекомендовав себя только с положительной стороны.

Химический состав гидрогеля

Многих цветоводов беспокоит вопрос, не опасно ли применять гидрогель для цветов и растений. Специалисты говорят о том, что он не токсичен и состоит из химически безвредных веществ.

Все его компоненты, после того, как выйдет срок эксплуатации, самостоятельно расщепляются, превращаясь в органику.

Гидрогель абсолютно безопасен для растений и не токсичен для человека.

Для каких растений используется гидрогель

Гидрогель идеально подходит для комнатных растений. Он хорошо впитывает и удерживает влагу. Так, 1 г средства может с легкостью удержать до 200 – 400 г жидкости, которая впоследствии будет постепенно отдана корневой системе.

Гидрогель также можно использовать в открытом или закрытом грунте. Средство рекомендуют вносить при посадке деревьев, кустарников, цветников. В этих случаях количество поливов значительно сокращается.

Также гидрогель широко применяется при выращивании рассады. В жидкость для полива добавляются питательные компоненты, что способствует скорейшему росту растения и укреплению корневой системы.

Многие цветоводы используют шарики гидрогеля исключительно в декоративных целях, путая их с аквагрунтом. Это неправильно.

Основная задача средства – обеспечить растение необходимым количеством жидкости и не допустить пересыхания грунта.

Инструкция по применению

Задумываясь о том, как использовать гидрогель для растений, в первую очередь обратите внимание на то, в какой грунт будет производиться посадка. Важную роль играет и вид корневой системы зеленого питомца, и многие другие факторы, в которых стоит разобраться подробнее.

Как использовать для комнатных растений

Гидрогель для комнатных растений, которые высаживаются в вазоны и горшки, применяют довольно часто. С этой целью лучше использовать уже готовые, разбухшие гранулы. Для этого средство стоит замочить в отстоянной воде на 1 час, слить лишнюю жидкость, затем смешать гранулы с грунтом и высадить цветок.

Очень важно распределить гидрогель равномерно, чтобы не осталось участков без капсул.

Если вы уже высадили цветок в почву и хотите добавить к нему гидрогель, действовать нужно следующим образом:
  • На поверхности почвы сделайте лунки, которые будут доходить до корневой системы цветка. Делайте это аккуратно, не острым предметом, чтобы не повредить растение.
  • Засыпьте гидрогель в сформированные отверстия. Важно, чтобы капсулы были сухими, не напитанными влагой.
  • Обильно полейте растение.
  • Капсулы после этого должны увеличиться в размерах. Если их слишком много, и они заметны на поверхности почвы, обязательно удалите излишки и присыпьте их грунтом.

Некоторые виды цветов можно выращивать только в гидрогеле. В этом случае гранулы замачиваются в растворе с минеральными удобрениями.

Источники:

http://www.hloroplast.com/raznoe/Sostav-gidrogelja-bezopasen-toksichen-vreden.html
http://www.cluboz-praktik.kiev.ua/encyclopaedia/gidrogelius
http://attuale.ru/gidrogel-kak-ispolzovat-dlya-rastenij-instruktsiya-po-primeneniyu/

состав аквагрунта, инструкция по применению

Мой брак считается счастливым, но, к сожалению, типичным. Например, супруг радует меня цветами только дважды в год — на 8 Марта и день рождения, и каждый раз это дежурные красные розы. Я всегда ставила их в вазу с водой, но в этот раз дочка накупила цветного гидрогеля, очень уж он ей понравился.

Засыпала я его в вазу, получилось красиво, да и розочки долго не вяли. Но все же букетный век короток, и скоро я его выбросила, а шарики остались. Тоже отправить в ведро для мусора? А если они еще могут пригодиться? Моя «встроенная хозяйка» победила, и я натыкала в вазу черенков разных растений — укоренятся или нет?

Прижились не все. Я полезла в интернет искать правды, и оказалось, что у меня на самом деле был не гидрогель, а аквагрунт. И с этими веществами еще нужно уметь работать…

Содержание статьи

Что такое гидрогель

Hydrogel — это прозрачное сыпучее вещество. Если его смешать с водой, оно впитает ее, многократно разрастаясь в размерах. 1 г вещества может втянуть в себя до 200 г воды! Но удерживают влагу гидрогелевые шарики (или кристаллики, кусочки — форма продукта бывает разной) недолго.

Спустя некоторое время они начинают понемногу ее отдавать. Этим и пользуются цветоводы и садоводы.

Его преимущества

  • Если смешать гидрогель с почвой комнатных вазонов, их можно реже поливать. Также это средство выручит людей, отправляющихся в отпуск или командировку. Оно может обеспечить цветы жидкостью на 2, а то и 3 недели. Спустя это время вещество высохнет, и грунт можно поливать снова. Единственный нюанс: внести гидрогель нужно при пересадке/посадке, то есть заранее.
  • Поливать растущие в гидрогелевой почве растения можно водой, смешанной с удобрением. Результат будет тот же: гидрогель впитает всю жидкость (став при этом чуть коричневым) и будет маленькими порциями «выдавать» ее цветам.
  • Не обязательно останавливаться на комнатном цветоводстве — огородники и садоводы добавляют гидрогель в грунт на клумбах, грядках, газонах, защищая своих зеленых питомцев в засушливые месяцы.
  • Это не одноразовая субстанция — цветоводы пользуются гидрогелем месяцы, а то и годы.
  • Гранулы стерильные. В них изначально нет бактерий, вирусов и грибков. Также болезнетворные микроорганизмы не могут проникнуть в гидрогель, так что растения, растущие в нем, намного реже болеют.

Важно! Он не подходит некоторым домашним цветам. Опытные цветоводы не советуют выращивать в нем суккуленты, пустынные кактусы, орхидеи и некоторых представителей семейства Ароидные.

Зато те же орхидеи неплохо чувствуют себя в аквагрунте (о нем читайте ниже).

Есть ли у него недостатки

На одних сайтах пишут, что минусов множество, на других — что ни одного. Кто прав? Все!

Как так? Все просто: гидрогель действительно удобное и беспроблемное в применении вещество. Но в цветочных магазинах продается также аквагрунт, который не только покупатели, но также не слишком углубляющиеся в тему продавцы путают с гидрогелем. Вот с ним-то и возникает много проблем. Каких? Читайте ниже!

Состав гидрогеля

Везде говорят, что гидрогель состоит из мягких полимеров.

Вот что пишет о составе вещества популярный производитель, продукции которого можно доверять:

К сожалению, подробного состава продукта я не нашла, хоть и пересмотрела много упаковок.

Многих волнует вопрос: как утилизировать это вещество? По сути, никак. Когда заканчивается срок годности, гидрогель расщепляется на углекислый газ, аммоний, соли калия и воду.

Если вам гель просто уже не нужен, выбросьте его вместе с бытовым мусором. По понятным причинам его нельзя высыпать в канализацию.

Кстати! Есть мнение, что при разложении вещества образуется еще и акриламид — опасная субстанция, вызывающая рак (хотя панически бояться ее не стоит — например, она даже в еде образуется, когда мы ее жарим или запекаем при температуре свыше 180 градусов, так что наши тела хорошо знакомы с этим соединением).

Но все же лично я старый цветочный грунт с гидрогелем выбрасываю, от греха подальше.

Срок годности вещества: от 2 до 5 лет. Более точные данные смотрите на упаковке купленного вами продукта (срок может меняться, так как у разных производителей могут отличаться формулы производства гидрогеля).

Как им правильно пользоваться: инструкция

  • Замочите гель в воде. Точная дозировка всегда написана на пакете. В среднем, на 3-литровую банку идет около 2 столовых ложек гранул.
  • Когда вы увидели, что гранулы разбухли и больше не растут, аккуратно переложите их на сито или дуршлаг. Так из субстанции сойдет лишняя, не впитавшаяся жидкость.
  • Если после работы остались еще «мокрые» гранулы, сложите их в контейнер с крышкой и храните в холодильнике. Если вещество случайно замерзнет, не страшно — после оттаивания оно снова будет рабочим.
  • На огороде гранулы (сухие) можно добавлять при посадке в лунку. После этого высаженное растение нужно щедро полить.
  • В случае с горшками и открытым грунтом стоит помнить: вещество начинает приносить пользу растениям не сразу, а только тогда, когда корешки овощей и фруктов прорастут в кристаллы. На это в среднем уходит от 10 до 14 дней.
  • Не добавляйте в грунт гранул больше, чем рекомендует производитель.

Вот что пишет о своем продукте один из отечественных изготовителей:

Проращивание семян

  • Гранулы гидрогеля бывают разного размера. В целом, их размер (как и форма) на работу вещества не влияет. Но все же если вы хотите прорастить семена, ищите в продаже мелкие гранулы, а если ваша цель — добавление вещества в грунт для «дистанционного полива» цветов, купите крупные (чем взрослее растение, тем крупнее может быть гидрогель).
  • Если вам продали крупные гранулы, а вам нужно прорастить семена, напитайте гидрогель водой и пробейте его блендером или протрите через сито (это делается легко).
  • Замачивая шарики для проращивания семян, сразу используйте воду с удобрениями, ведь гидрогель в чистом виде — вещество пустое, то есть никаких полезных веществ для цветов и овощей оно в себе не несет.
  • «Желе» разложите в лотки слоем в 3 см. Сверху рассыпьте семена. Углублять их не нужно, чтобы семена не задохнулись — внутрь геля не поступает воздух. Сверху лоток накройте прозрачной крышкой или пленкой. Ее иногда нужно приподнимать, пропуская внутрь чистый воздух.
  • Если вы прорастили семена в геле без удобрений, то как только появятся листики, пикируйте ростки в грунт. Не стряхивайте гель, налипший к корням, сажайте ростки вместе с ним.
  • Если смешать 1 часть геля и 3-4 части питательного грунта, получится почва, в которой и семена прорастут, и ростки окрепнут аж до перенесения их в открытый грунт. Поверх такого грунта нужно уложить тонкий слой мокрого, протертого гидрогеля, сверху разложить семена, увлажнить их из пульверизатора и накрыть той же пленкой. Когда появятся ростки, пленку можно будет убрать.

Увидеть работу с гидрогелем и услышать отзыв цветовода с более чем десятилетним стажем можно здесь:

Почему его не стоит путать с аквагрунтом

Современные магазины могут продать вам два схожих продукта:

  • Гидрогель. Он мягкий, бесцветный (после набирания чистой воды прозрачный). Такая структура позволяет веществу беспрепятственно пропускать в себя корешки растений. Поэтому в нем так хорошо прорастают семена, укореняются черенки, а если вынуть из земли, насыщенной гидрогелем, вазон, вы увидите, что он держит своими корнями много гранул.
  • Аквагрунт. Это плотные цветные декоративные шарики, реже — пирамидки или кубики. В него корешки не проходят, поэтому вещество стоит использовать в качестве заменителя воды в вазах со срезанными цветами, реже — вместо грунта для некоторых растений (например, орхидей, то есть зеленых «существ», которые могут существовать и в резервуаре с водой). Аквагрунт тоже вбирает воду, но для этого нужно много времени. А вот удобрение он не аккумулирует.

Проблема в том, что некоторые продавцы предлагают аквагрунт под видом гидрогеля. Люди пытаются прорастить в нем семена, но ничего не выходит. Растить цветок в нем тоже нельзя — это будет равносильно выращиванию вазона в стакане воды.

Важно! Засыпав аквагрунт в вазу, помните: он застаивается, так что раз в 2-3 дня высыпайте его в дуршлаг и промывайте под краном.

Если же верхние шарики в вазе высохнут, их можно оживить с помощью пульверизатора. Это вещество побаивается солнца — под действием света оно выгорает, так что если вы хотите, чтобы шарики долго были цветными и яркими, держите вазу или горшок с ними в полутени.

Больше о различии этих «желейных» грунтов расскажет данное видео:

состав, характеристики, инструкция по применению

Гидрогель для растений — это гранулы специально разработанного полимера абсорбента, благодаря своей пористой структуре, способного впитывать и длительное время удерживать большое количество воды, постепенно отдавать ее комнатным растениям.

Для чего нужен гидрогель?

Всем, кому приходилось заниматься выращиванием растений и рассады, хорошо знакома одна проблема: как удержать влагу в почве или специальной питательной среде? И вот появился новый уникальный материал, гранулы которого обладают способностью, сильно набухая, поглощать и удерживать огромное количество влаги. Всего 10 г этих гранул способны впитать до двух литров дистиллированной воды. Речь идет о гидрогеле на основе полиакриламида.Вместе с водой гидрогель впитывает и все, что в ней растворено. А это могут быть самые разные подкормки, содержащие макро- и микроэлементы, регуляторы роста и прочие необходимые для развития растения вещества. При этом расходоваться они будут постепенно, воздействуя на растение длительное время, а поливать его придется гораздо реже, чем в горшке с обычной почвой.

Гидрогель можно использовать и в чистом виде — для содержания комнатных растений, выращивания рассады и проращивания семян, и в смеси с различными грунтами — для укоренения черенков. Такие смеси с гидрополимером также обладают очень большой влагоемкостью. Например, субстрат, состоящий из 1000 г промытого песка и 50 г сухого полимера, может впитать до 10 л воды (или питательного раствора) и удерживать ее длительное время, обеспечивая оптимальную влажность.

Преимущества использования:

  • повышает способность удерживать влагу у почвогрунтов;
  • обеспечивает значительное снижение частоты поливов;
  • предотвращает выщелачивание из почвы питательных элементов;
  • снижает трудозатраты на полив;
  • повышает уровень выживаемости растений после пересадки;
  • повышает качество и выход рассады;
  • обеспечивает рост растений в засушливых условиях.

Области применения:

  • садоводство и огородничество;
  • комнатное растениеводство;
  • выращивание рассады;
  •  проращивание семян;
  • транспортировка, пересадка и хранение растений.

Отдавая влагу растениям, гранулы гидрогеля уменьшаются в объеме, а при поливе их размер вновь увеличивается и они раздвигают частицы грунта. В результате возникает эффект насоса, благодаря которому почва хорошо обеспечивается воздухом.

Практическое применение гидрогеля

В продажу гидрогель обычно поступает в виде гранул. Они бывают разного размера и цвета; отличается и объем упаковки. Мелкие гранулы удобно использовать для проращивания семян, для добавления к грунту предпочтительны более крупные. Цвет субстанции на ее свойства не влияет. Перед использованием гель замачивают в воде.

Впитывая влагу, он значительно увеличивается в размерах: на трехлитровую банку достаточно двух столовых ложек гранул; из 100-граммовой упаковки получается от 8 до 10 литров геля. Излишек воды можно слить, отбросив приготовленный состав на дуршлаг.

Неиспользованный гель длительное время хранится в холодильнике, в закрытой емкости. А оставив его в открытой посуде при комнатной температуре, после испарения влаги вы увидите, что он снова кристаллизовался.

Если гидрогель планируется использовать для проращивания семян, следует учесть, что сам по себе он – субстанция инертная, в нем нет питательных веществ, которые нужны растениям для развития и роста. В таком случае можно добавлять в воду для замачивания водорастворимые удобрения (например, комплексную смесь Кемира) или стимуляторы роста (к примеру, НВ101).

Используя гидрогель, можно создавать замечательные декоративные композиции из комнатных растений. Любой прозрачный сосуд интересной формы, заполненный бесцветными или окрашенными с помощью пищевых красителей гранулами гидрогеля, уже сам по себе может служить оригинальным украшением интерьера. А с посаженным в этот сосуд растением композиция приобретает совершенно фантастический вид.

Проращивание семян в гидрогеле

Используют гидрогель для проращивания семян различными способами – каждый садовод опытным путем определяет для себя наиболее подходящий. Помимо индивидуальных предпочтений, выбор может зависеть и от размера семян. Можно посеять в чистый гель. Если замоченные гранулы были крупными, набухший состав лучше протереть через сито или измельчить блендером (миксером), чтобы образовалась однородная желеобразная масса.

Этот состав выкладывают в подготовленные плошки слоем около 3 см, и по его поверхности раскладывают семена. Иногда крупные куски набухшего гидрогеля не измельчают, а нарезают тонкими пластами, поверх которых выкладывают семена, слегка вдавливая их в поверхность пластины кончиком зубочистки.

Заглублять семена в гель не следует, чтобы не лишить их доступа воздуха, достаточно слегка прижать, чтобы контакт с гелевой массой был более плотным. Емкость с посевами накрывают полиэтиленовой пленкой – это помогает избежать пересыхания; не реже чем раз в день пленку нужно снимать, чтобы стряхнуть скопившийся конденсат и проветрить посевы.

Если семенам для прорастания требуется темнота, применяют черную пленку или убирают емкости с посевами в шкаф (кладовку). Плошки с разложенными на геле семенами удобно применять и для стратификации. Можно использовать гидрогель в смеси с грунтом, обычно используемым для рассады.

Оптимальная пропорция: 3 – 4 части почвенной смеси на 1 часть геля. Этой смесью, слегка утрамбовывая ее, заполняют емкости для посева. На поверхности тонким слоем распределяют протертую (измельченную) гелевую массу, и в этот слой геля высевают семена. Посевы опрыскивают водой и тоже накрывают пленкой, которую снимают, когда появятся ростки.

Поверх геля к росткам можно подсыпать немного почвы, чтобы сеянцы не вытягивались. Такой способ проращивания хорошо подходит для мелких семян. Если семена проращиваются в чистом геле, то в фазе семядольных листьев их обычно пересаживают в грунт. Чтобы не повредить корешки, росток переносят в почву вместе с кусочком геля.

Следует учесть, что не для всех семян пригоден такой метод проращивания. В первую очередь он рекомендуется для тех растений, семена которых требуют длительной стратификации, очень мелкие или нуждаются в особых условиях в период прорастания. Таковы, к примеру, лобелия, петуния, примулы, гейхеры.

Практические советы

  • Перед посадкой в гидрогель корни растения надо тщательно отмыть от земли. Чем гуще и тоньше корешки растения, тем сложнее подготовить его к пересадке. Поэтому, пока вы не приобрели необходимого опыта, начните с растений, имеющих толстые основные корни или выращенных с применением гидропоники.
  • Ни в коем случае нельзя сильно заливать гидрогель водой, так как это препятствует поступлению воздуха между гранулами и ухудшает условия аэрации. Для уменьшения испарения с поверхности гидрогеля, чтобы поливать растение приходилось пореже, полезно затянуть горловину сосуда прозрачной пленкой из пищевого полиэтилена, оставив лишь небольшое отверстие вокруг ствола.
  • В результате диффузии со временем происходит смешение цветов послойно окрашенного геля. Если композиция в результате изменения цвета утратила эффектный внешний вид, необходимо аккуратно извлечь растение, отряхнуть корни и промыть гидрогель слабым мыльным раствором или просто горячей водой. Гидрогель при этом обесцветится, и его опять можно будет подкрасить специальным пищевым красителем.

В общем, гидрогель безусловно стоит попробовать. Мы уверены, что его применение доставит удовольствие как начинающим, так и опытным любителям растений и откроет новые перспективы в их увлечении.

Новый гидрогель поможет восстановить мышцы и голосовые связки

Канадские ученые разработали новый биоматериал – достаточно прочный, чтобы восстанавливать ткани мышц (в том числе сердца) и голосовые связки, сообщает пресс-служба Университета Макгилла. Подробно разработка описана в журнале Advanced Science.

Гидрогель – это тип биоматериала, который дает клеткам пространство для жизни и роста. Попадая в организм, биоматериал образует стабильную пористую структуру, позволяющую живым клеткам расти или проходить через поврежденные органы.

Ни один прежний инъекционный гидрогель не обладал одновременно высокой пористостью и ударной вязкостью, отмечают авторы работы. Чтобы наделить свой гидрогель такими свойствами, ученые добавили в его состав порообразующий полимер. 

Ученые проверили прочность своего гидрогеля в машине, которую они разработали для моделирования экстремальной биомеханики голосовых связок человека. Вибрируя со скоростью 120 движений в секунду в течение более шести миллионов циклов, новый биоматериал остался целым, в то время как другие стандартные гидрогели рассыпались на куски, неспособные справиться с нагрузкой.

«Результаты многообещающие, и мы надеемся, что однажды новый гидрогель будут использовать в качестве имплантата для восстановления голоса людей с поврежденными голосовыми связками, например, тех, что победили рак гортани», – говорит Гуаню Бао из Университета Макгилла.

Также новый гидрогель можно в будущем использовать, например, для доставки лекарств или создания модельных тканей для скрининга лекарств, говорят ученые. Команда даже пробует применить технологию в создании модели легочной ткани для тестирования лекарств от COVID-19.

Напомним, что исследователи из Ирландии также придумали новую технологию с использованием гидрогеля – для заживления кожных ран. Они добавили к гидрогелю плазму крови и получили биочернила, из которых напечатали на 3D-принтере имплантат для восстановления тканей. 

Пример того, как используется инъекционный гидрогель в качестве имплантата для заполнения поврежденного участка голосовых связок и восстановления голоса.

Иллюстрация: Sepideh Mohammadi.

[Фото: ZIXIN HE]

Гидрогель SCHALI® Smart Dermic: инструкция, цены, отзывы

ИНСТРУКЦИЯ
по применению средства профилактического гигиенического
Фотоактивный фито-минеральный гидрогель для ухода за кожей
SCHALI® Smart Dermic

Аутоиммунные и дерматологические заболевания

 

Фотоактивный фито-минеральный гидрогель для ухода за кожей SCHALI® Smart Dermic (аутоиммунные системные и дерматологические заболевания) является высокоэффективным противовоспалительным гигиеническим средством для ухода за кожными проявлениями аутоиммунных и дерматологических заболеваний.

 

ФОРМА ВЫПУСКА:

Фотоактивный гидрогель в дозирующем устройстве.

 

СОСТАВ:

Состоит из экоблагоприятных биокомпонентов растительно-минерального происхождения. Активные компоненты: комплексные соединения эксклюзивной субстанции гидроксипропил бета-циклодекстрин (HPBCD) и QD SCHALI®.

Aqua, Glycerin, Propylene Glycol, Glycereth-18 Ethylhexanoate, Glycereth-18, Hydroxypropyl Cyclodextrin, Acrylates/C10-30 Alkyl Acrylate Crosspolymer, Titanium Dioxide, Salvia Officinalis Flower/Leaf/Stem Extract, Sodium Hydroxide, Potassium Sorbate, Sodium Benzoate, Diazolidinyl Urea, Methylparaben, Propylparaben, Phosphoric Acid.

 

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ:

Фотоактивная композиция гидрогеля на основе фотосенсибилизирующего комплекса QD SCHALI® обеспечивает высокоэффективный катализ активных форм кислорода (синглетный кислород). Активные формы кислорода способствуют оксигенации и улучшению кровоснабжения и метаболических процессов в тканях, также восстанавливают нарушенный энергообмен в тканях, способствуя усилению иммунного ответа организма.

Гидрогель оказывает как общее нормализующее влияние на организм, так и выраженное локальное действие в месте нанесения – противовоспалительное, анальгетическое, регенераторное, улучшает микроциркуляцию.

Благодаря восстановлению энергообмена в клетках стимулируются обменные процессы, микроциркуляция, происходит насыщение тканей кислородом, что позволяет быстро и эффективно снять боль, отёчность, высыпания, зуд, увеличить адаптационные возможности организма.

Продукт применяется как с профилактическим действием, так и виде монотерапии при проведении иммунореабилитационных мероприятий, в частности, при неполном выздоровлении после перенесенного заболевания, а также при комплексной терапии широкого спектра аутоиммунных системных и дерматологических заболеваний одновременно с антибиотиками и противовирусными средствами. Усиление клеточного метаболизма в свою очередь синергетически усиливает действие других лекарственных средств, позволяя значительно сократить сроки лечения при применении гидрогеля. Фотоактивный фито-минеральный гидрогель для ухода за кожей SCHALI® Smart Dermicможет также применяться при фотодинамической терапии (ФДТ) кожных проявлений системных аутоиммунных заболеваний в сочетании с лазерным светом и другими средствами аппаратной терапии.

Препарат обладает гипоаллергенным действием.

 

ПОКАЗАНИЯ К ПРИМЕНЕНИЮ:

  • Ревматоидный артрит
  • Геморрагические васкулиты
  • Узелковый периартериит
  • Экзема
  • Атипический дерматит
  • Псориаз

 

СПОСОБ ПРИМЕНЕНИЯ:

Наносить небольшое количество гидрогеля SCHALI® Smart Dermic 1-2 раза в день на предварительно очищенный участок поражения. Проникновение гидрогеля в ткани может быть усилено путём применения аппаратов для электропорации или фонофореза. До нанесения фотоактивного гидрогеля SCHALI® Smart Dermic зону поражения можно дополнительно обработать спреем SCHALI® Care Dermic.

Длительность применения – от 3 дней до 2 месяцев. Длительность курса зависит от клинической картины.

 

ПОБОЧНЫЕ ДЕЙСТВИЯ:

Побочных действий не выявлено.
Не развивается зависимость, и не возникает синдром отмены.

 

ПРАВИЛА ХРАНЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ:

Препарат следует хранить в неповрежденной упаковке в холодном месте при температуре не выше +15°С.

 

СРОК ГОДНОСТИ:

Срок годности изделия: 3 года с даты производства.
Не рекомендуется использовать продукта после срока годности, указанного на упаковке.

 

Комплексные средства серии SCHALI® Care производятся по лицензии No. 286-S

*Под воздействием света широкого диапазона излучения (от ультрафиолетового до инфракрасного) светочувствительные кристаллы серии QDSCHALI® инициируют интенсивное выделение активных форм кислорода. Фотоактивные продукты на основе QDSCHALI® предназначены для универсального применения и могут также использоваться в фотодинамической терапии (ФДТ) с различными источниками монохроматического излучения (лазерный свет определенных диапазонов).

Состав и жесткость полусинтетического гидрогеля регулируют морфогенез нейронов

. 2017 25 мая; 523 (2): 545-555. doi: 10.1016/j.ijpharm.2016.11.032.

Принадлежности Расширять

Принадлежности

  • 1 Факультет биомедицинской инженерии, Израильский технологический институт Технион, Хайфа 32000, Израиль; Междисциплинарная программа по биотехнологии, Израильский технологический институт Технион, Хайфа 32000, Израиль.
  • 2 Факультет биомедицинской инженерии, Израильский технологический институт Технион, Хайфа 32000, Израиль. Электронный адрес: [email protected]

Элемент в буфере обмена

Юлия Беркович и соавт. Инт Дж Фарм. .

Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

. 2017 25 мая; 523 (2): 545-555. дои: 10.1016/j.ijpharm.2016.11.032.

Принадлежности

  • 1 Факультет биомедицинской инженерии, Израильский технологический институт Технион, Хайфа 32000, Израиль; Междисциплинарная программа по биотехнологии, Израильский технологический институт Технион, Хайфа 32000, Израиль.
  • 2 Факультет биомедицинской инженерии, Израильский технологический институт Технион, Хайфа 32000, Израиль. Электронный адрес: [email protected]

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Параметры отображения цитирования

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

В этом исследовании описывается использование набора биоматериалов на основе белка, которые позволяют нам исследовать механизм клеточно-опосредованной трехмерной инвазии, связанной с регенерацией периферических нервов.Гидрогели, изготовленные из белков внеклеточного матрикса, конъюгированных с полиэтиленгликолем (ПЭГ), включая фибриноген, желатин и альбумин, сравнивали по их способности поддерживать удлинение нейритов и миграцию глиальных клеток из ганглия задних корешков (DRG) по сравнению с контрольными гидрогелями, содержащими только ПЭГ. . Синтетический полимер в системе обеспечивает сшитую сеть с контролируемыми механическими свойствами и деградацией, тогда как белковые компоненты обеспечивают уникальный внеклеточный матрикс (ECM) для контроля морфогенеза нейронных клеток.Было обнаружено, что ряд гидрогелевых композиций поддерживает рост клеток DRG на основе механических свойств, плотности и протеолитической деградации матрикса. Трехмерная инвазия и морфогенез недавно выращенных нейритов и глиальных клеток в различных материалах были охарактеризованы и сопоставлены со свойствами каркасов. Рост клеток DRG сильно коррелировал с плотностью различных композиций гидрогеля.

Ключевые слова: Альбумин; фибриноген; Желатин; Гидрогелевый каркас; Нервный проводник; ПЭГ; Полусинтетика; Тканевая инженерия.

Copyright © 2016. Опубликовано Elsevier B.V.

Похожие статьи

  • Роль матриксных металлопротеиназ в регуляции инвазии нейрональных и ненейрональных клеток в пегилированные гидрогели фибриногена.

    Сариг-Надир О, Селиктар Д. Сариг-Надир О. и др. Биоматериалы. 2010 сен; 31 (25): 6411-6. дои: 10.1016/j.биоматериалы.2010.04.052. Биоматериалы. 2010. PMID: 20537384

  • Композиционные изменения материалов на основе фибрина для регуляции роста нервов in vitro.

    Сариг-Надир О, Селиктар Д. Сариг-Надир О. и др. Tissue Eng Часть A. 2008 Mar; 14 (3): 401-11. doi: 10.1089/tea.2007.0029. Tissue Eng Часть A. 2008. PMID: 18333792

  • Гибридные гидрогели миокардиального матрикса и полиэтиленгликоля для тканевой инженерии.

    Гровер Г.Н., Рао Н., Кристман К.Л. Гровер Г.Н. и соавт. Нанотехнологии. 2014 10 января; 25 (1): 014011. doi: 10.1088/0957-4484/25/1/014011. Epub 2013 11 декабря. Нанотехнологии. 2014. PMID: 24334615 Бесплатная статья ЧВК.

  • Биоактивная модификация гидрогелей полиэтиленгликоля для тканевой инженерии.

    Чжу Дж. Чжу Дж. Биоматериалы.2010 июнь; 31 (17): 4639-56. doi: 10.1016/j.biomaterials.2010.02.044. Epub 2010 19 марта. Биоматериалы. 2010. PMID: 20303169 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

  • Конструктивные свойства гидрогелевых тканеинженерных каркасов.

    Чжу Дж., Маршан Р.Э. Чжу Дж. и др. Эксперт Rev Med Devices. 2011 Сентябрь;8(5):607-26. doi: 10.1586/erd.11.27. Эксперт Rev Med Devices. 2011.PMID: 22026626 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

Цитируется

5 статьи
  • Бициклические пептиды RGD усиливают рост нервов в синтетических анизогелях на основе ПЭГ.

    Ведараман С., Бернхаген Д., Харасти Т., Лихт С., Кастро Нава А., Омидиния Анарколи А., Тиммерман П., Де Лапорт Л.Ведараман С. и соавт. биоматерия наук. 2021 15 июня; 9 (12): 4329-4342. DOI: 10.1039/d0bm02051f. биоматерия наук. 2021. PMID: 33724266 Бесплатная статья ЧВК.

  • Биоматериалы регулируют механосенсоры YAP/TAZ при росте и дифференцировке стволовых клеток.

    Вирди Дж.К., Пит П. Вирди Дж. К. и др. Tissue Eng Regen Med. 2021 апр; 18(2):199-215. doi: 10.1007/s13770-020-00301-4.Epub 2020 24 ноября. Tissue Eng Regen Med. 2021. PMID: 33230800 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

  • Коммерческие гидрогели для биомедицинских применений.

    Асвати С.Х., Нарендракумар У., Манджубала И. Асвати С.Х. и др. Гелион. 2020 7 апр; 6(4):e03719. doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e03719. Электронная коллекция 2020 апр. Гелион. 2020. PMID: 32280802 Бесплатная статья ЧВК.Рассмотрение.

  • Влияние каркасного модуля на морфологию и ремоделирование фетальных мезенхимальных стволовых клеток.

    Руфаиха А.Дж., Чейятрайвендран С., Мазлан МДМ, Лим К., Чонг М.С.К., Маттар КНЗ, Чан Дж.К.И., Кофидис Т., Селиктар Д. Руфаиха А.Дж. и соавт. Фронт Физиол. 2018 21 декабря; 9:1555. doi: 10.3389/fphys.2018.01555. Электронная коллекция 2018. Фронт Физиол. 2018. PMID: 30622472 Бесплатная статья ЧВК.

  • Инкапсуляция клеток с использованием гидрогеля ПЭГ-фибриноген поддерживает жизнеспособность и повышает продуктивность в условиях стресса.

    Коэн Н., Тойстер Э., Лати Ю., Гиршенгорн М., Левин Л., Зильберштейн Л., Селиктар Д., Эпштейн Э. Коэн Н. и соавт. Цитотехнология. 2018 июнь;70(3):1075-1083. doi: 10.1007/s10616-018-0204-x. Epub 2018 21 февраля. Цитотехнология. 2018. PMID: 29468479 Бесплатная статья ЧВК.

термины MeSH

  • Белки внеклеточного матрикса / химия
  • Полиэтиленгликоли / химия

вещества

  • Белки внеклеточного матрикса

LinkOut — больше ресурсов

  • Полнотекстовые источники

  • Прочие литературные источники

[Икс]

Укажите

Копировать

Формат: ААД АПА МДА НЛМ

6 Использование гидрогеля I Strouse

Прежде чем мы углубимся в многочисленные варианты использования этого исключительного вещества, давайте начнем с основ: «Что такое гидрогель?» Гидрогель представляет собой трехмерную сеть из гидрофильного полимерного материала, который быстро поглощает и удерживает большое количество воды (или другой жидкости).Невероятно универсальные и экологически чувствительные, гидрогели многофункциональны в различных отраслях промышленности.

Гидрогели стали популярны 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 является причиной его недавнего успеха и имеет большие перспективы для использования в будущем.Имея как вязкие, так и эластичные характеристики (вязкоупругие), а также смазывающие свойства, 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 либо мягкими и гибкими (например, контактные линзы), либо обладающими высокой впитывающей способностью (в детских подгузниках). Пористая природа гидрогелей допускает диффузию, или они могут быть плотными. Характеристики зависят от состава гидрогеля, который можно адаптировать в зависимости от необходимости.Гидрогели могут быть составлены таким образом, чтобы они разлагались/растворялись или были химически стабильными.

Для чего используется гидрогель?

Потенциал гидрогелей во многих областях применения невероятен. Поэтому, естественно, ученые раздвигают границы, чтобы открыть новые области применения. Мы собрали несколько здесь, заканчивая использованием гидрогеля в конвертирующем мире.

  1. Средства гигиены

    Гидрогели появляются в различных повседневных продуктах: геле для волос, зубной пасте, косметике.Некоторые суперабсорбирующие гидрогели с материалами на основе акрилата используются для впитывания жидкости в одноразовых подгузниках. Поскольку гидрогели удерживают влагу от кожи, они предотвращают опрелости, удобны и способствуют здоровью кожи.
  2. Общее медицинское применение

    Мягкая консистенция, пористость и высокое содержание воды в гидрогелях очень похожи на естественные живые ткани организма, что делает их хорошими кандидатами для многих медицинских применений. Обычное использование включает контактные линзы, проводники нервных волокон, наполнители тканей и технологию замены ядра.

    При использовании в качестве перевязочного материала гидрогели способствуют заживлению, увлажняют и облегчают боль благодаря прохладному содержанию воды. Гидрогель, пропитанный марлевым тампоном, может предотвратить прилипание повязки к поверхности раны.

  3. «Умная» повязка для ран

    Эти повязки имеют встроенные в гидрогель элементы: микроэлектронные биосенсоры, микропроцессоры, беспроводные радиопередатчики и т. д. Таким образом, эти раневые повязки не только защищают раны, они могут, например, реагировать на изменения температуры кожи, высвобождая лекарство по мере необходимости (подробнее на доставка лекарств ниже).Они могут даже загореться, если лекарство заканчивается.

    «Умные» раневые повязки изгибаются вместе с телом, оставаясь на месте, когда пациент сгибает колено или локоть. Какие бы элементы или электроника ни были встроены в повязку, она остается функциональной даже при растяжении.

  4. Доставка лекарств

    Внутри растяжимого пластыря из гидрогеля вставленные трубки или просверленные отверстия создают пути в матрице. Высокопористая структура гидрогелей позволяет загружать и затем высвобождать лекарства, что упрощает долгосрочную трансдермальную доставку лекарств и позволяет использовать систему контролируемой доставки лекарств (DDS).

    Другие элементы, встроенные в гидрогель — проводящие титановые провода, полупроводниковые чипы — позволяют доставлять лекарства по требованию из небольших резервуаров с лекарствами. Еще одним преимуществом использования гидрогелей для доставки лекарств является их способность к замедленному высвобождению, что приводит к высокой концентрации лекарства в течение длительного периода времени.

  5. Мониторинг доставки лекарств

    Доставка лекарств с помощью гидрогелей — это одно. Реальное преимущество заключается в возможности полностью контролировать эту доставку с помощью электронного интерфейса внутри гидрогеля.При тесном контакте электроники с кожей не возникает особых проблем, когда мягкий эластичный гидрогель соответствует среде человеческого тела.

    Предположим, что в резервуарах мало наркотиков. В этом случае светодиодный индикатор, встроенный в гидрогель, предупреждает пациента и/или лиц, осуществляющих уход, даже если гидрогель растягивается вокруг гибких частей тела.

  6. Микрофлюидика и преобразование

    Чтобы использовать гидрогели для точной доставки лекарств или тестирования жидких образцов, в гидрогель необходимо встроить сложные микроканалы (от субмикронных до нескольких миллиметров) и контуры.Топовые преобразователи создают микрожидкостные устройства для технологии «орган-на-чипе», тест-полосок или других задач, требующих движения или анализа небольших молекул жидкости. Поскольку гидрогели нетоксичны для большинства клеток, на них можно формировать элементы дизайна и размеров.

    Опытные переработчики преодолевают низкую прочность гидрогелей и их нежелание прилипать при контакте с инновационными клеевыми растворами. Транспортные жидкости. Защитите образцы. Обеспечивает точное обнаружение. Точно преобразованная клейкая лента помогает воплотить все это в жизнь.

Будущие возможности

Гидрогели уже выполняют широкий спектр функций. Так что же дальше? Помощь в восстановлении спинного мозга? Генерация органов? Каркасы тканевой инженерии? И кто знает, какие новые микрожидкостные устройства находятся в разработке?

Что мы знаем, так это то, что весь потенциал гидрогелей еще предстоит определить в повседневных продуктах и ​​в специализированной медицине. Ожидается дальнейший прогресс, и высококлассные преобразователи, такие как Strouse, остаются на переднем крае.Интересно, какие другие виды гибкого материала можно преобразовать? Узнайте больше, ознакомившись с нашим Руководством по преобразованию гибких материалов.

 

 

Гидрогелевая композиция — Технологический институт Нью-Джерси

Настоящая заявка является выделенной заявкой, в которой испрашивается преимущественный приоритет по отношению к непредварительной патентной заявке, озаглавленной «Система и способ получения сверхабсорбирующего материала», которая была подана 18 июля 2012 г. и присвоена сер. № 13/552,550.Полное содержание вышеуказанной не предварительной заявки на патент включено сюда в качестве ссылки.

1. Область техники

Настоящее изобретение относится к супервпитывающим композициям, содержащим гидрогелевую матрицу и осмотически активный материал, иммобилизованный в матрице.

2. Уровень техники

Обычные гидрогели поглощают не более 100% (1 г воды/1 г гидрогеля). Супервпитывающие материалы представляют собой гидрофильные полимерные сетки, которые могут поглощать воду в количестве от 1000 до 100 000% (от 10 до 1000 г/г) от их сухого веса, с типичными значениями порядка от 1000 до 30 000% (от 10 до 300 г/г).Гидрогели нерастворимы в воде в водной среде из-за химических или физических сшивок между полимерными цепями. В физически сшитых гидрогелях полимерная сеть удерживается вместе за счет молекулярных зацеплений или вторичных сил, включая водородные связи или гидрофобные силы. Химически сшитые гидрогели ковалентно связаны между собой различными полимерными цепями внутри сети.

Гидрогелям уделяется большое внимание, и был достигнут значительный прогресс в разработке этих материалов для многих биологических и биомедицинских применений, а также в качестве суперабсорбентов.

Супервпитывающие материалы представляют собой водонерастворимые и гидрофильные полимерные сетки, которые впитывают воду в 10-1000 раз больше своего сухого веса. Гидрогели привлекают все большее внимание из-за их способности удерживать большое количество воды и хорошей биосовместимости. Гидрогели могут быть химически стабильными или со временем разрушаться и растворяться. Когда сухой гидрогель начинает поглощать воду, первые молекулы воды, попадающие в матрицу, гидратируют наиболее полярные гидрофильные группы, что приводит к «первично связанной воде».По мере гидратации полярных групп сеть набухает и обнажает гидрофобные группы, которые также взаимодействуют с молекулами воды, что приводит к образованию «вторично связанной воды». Первичную и вторичную связанную воду часто объединяют и называют просто «общая связанная вода». После того, как полярные и гидрофобные участки взаимодействуют с молекулами воды и связывают их, сеть будет впитывать дополнительную воду из-за осмотической движущей силы сетевых цепей в направлении бесконечного разбавления. Этому дополнительному набуханию противостоят ковалентные или физические поперечные связи, что приводит к силе втягивания эластичной сети.Таким образом, гидрогель достигнет равновесного уровня набухания. Дополнительная набухающая вода, которая впитывается после того, как ионные, полярные и гидрофобные группы насыщаются связанной водой, называется «свободной водой» или «объемной водой», и предполагается, что она заполняет пространство между цепями сети и/или центр более крупные поры, макропоры или пустоты. По мере набухания сети, если цепи сети или поперечные связи способны разлагаться, гель начнет распадаться и растворяться со скоростью, зависящей от его состава.Однако сообщалось, что набухание в водных растворах, содержащих соли, обычно присутствующие в физиологических жидкостях, приводит к уменьшению набухания на целых 30%. Сверхабсорбирующие материалы обычно способны абсорбировать около 30 г/г в водном растворе, содержащем 0,9 мас.% раствора хлорида натрия в воде.

Таким образом, остается потребность в дополнительных гидрогелевых композициях, которые поглощают больший процент физиологических жидкостей. Кроме того, существует потребность в биоразлагаемых материалах для использования в качестве суперабсорбентов, поскольку современные суперабсорбенты на акриловой основе не являются биоразлагаемыми.

В настоящее время установлено, что композиции гидрогелевой матрицы и осмотически активного материала, иммобилизованного в матрице, могут быть объединены в суперабсорбирующие препараты, способные адсорбировать большое количество воды.

Абсорбирующие препараты по изобретению имеют преимущества при использовании абсорбирующих материалов для физиологических жидкостей, таких как подгузники, изделия при недержании, повязки на раны и т.п., а также в сельском хозяйстве и природоохранных применениях. Кроме того, могут быть получены биоразлагаемые суперабсорбенты по изобретению.

Для того, чтобы специалисты в данной области лучше поняли, как приготовить и использовать раскрытые гелевые смеси, делается ссылка на прилагаемые чертежи, на которых:

РИС. 1 представляет собой визуальное представление одного варианта осуществления изобретения до и после поглощения жидкости;

РИС. 2 иллюстрирует изменение объема в процентах варианта осуществления настоящего изобретения А) набухание в воде; и B) опухший PBS;

РИС. Фиг.3 иллюстрирует процент водопоглощения варианта осуществления настоящего изобретения А) набухшего в воде; и B) набухшие в PBS;

РИС.4 показан процент изменения массы варианта осуществления настоящего изобретения А) набухание в воде В) набухание в PBS; и

РИС. 5 показывает пористую структуру суперабсорбента по изобретению с помощью SEM-микроскопии.

В настоящее время установлено, что гидрогелевая матрица и осмотически активный материал, иммобилизованный в матрице, могут быть объединены в препараты, способные поглощать большое количество воды в расчете на массу матрицы.

Гидрогелевая матрица по изобретению представляет собой водорастворимый сшиваемый материал, такой как декстран, крахмал, полиакриламид или желатин.В рамках настоящего варианта осуществления рассматривается любой источник желатина, включая, но не ограничиваясь этим, свинину, свиную кожу типа А, кости, бычью шкуру и бычью кожу. Кроме того, гидрогелевая матрица по изобретению представляет собой сшитый частично сульфатированный материал, такой как частично сульфатированный сульфат целлюлозы натрия, частично сульфатированный сульфат декстрана, частично сульфатированный хитозан и частично сульфатированный крахмал.

Осмотически активный материал по изобретению представляет собой олигомерный или полиионный материал, который может быть иммобилизован в матрице гидрогеля.Неограничивающие примеры включают хитозан, диэтиламиноэтилдекстран, а также полианионные материалы, такие как сульфатированные полисахариды, например, сульфат натрия целлюлозы, сульфат декстрана, сульфатированный хитозан и сульфатированный крахмал. Дополнительные соединения включают встречающиеся в природе ионные полисахариды, такие как гликозаминогликаны, включая, например, хондроитин-4-сульфат, хондроитин-6-сульфат, гепарин, гиалуронат, дерматансульфат и кератинсульфат.

Предпочтительным сульфатированным полисахаридом по изобретению является сульфат натрия целлюлозы (NaCS).

Пример NaCS с тремя сульфатными группами на единицу глюкозы показан как Соединение (I)

Осмотически активный материал смешивают с водным раствором сшиваемого гидрофильного материала, и полученной смеси дают превратиться в гель. В некоторых вариантах осуществления изобретения сшивающий агент добавляют после растворения компонентов, но перед гелеобразованием. После гелеобразования образцы гелей можно вырезать с помощью штампа, чтобы можно было изучить их свойства.

Водоудерживающая способность этих гидрогелей может быть использована для других целей, таких как абсорбирующие материалы, доступные на рынке.

В одном варианте гидрогелевый препарат по изобретению может быть получен из сульфатированного полисахарида, иммобилизованного в желатиновой матрице. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения NaCS иммобилизуют в желатине с образованием биоразлагаемого суперабсорбента.

Еще один вариант осуществления включает смешивание полностью сульфатированного полисахарида с нейтральным полисахаридом, который затем сшивают.В этом воплощении сульфатированный полисахарид иммобилизован в нейтральной полисахаридной матрице.

В еще одном варианте осуществления изобретения сульфат декстрана иммобилизован в матрице сшитого декстрана.

Химические сшивающие агенты, применимые в данном изобретении, включают известные в данной области техники сшивающие агенты, такие как эпоксидный сшивающий агент на основе изосорбида, генипин, 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодиимид (EDC) и глутаровый альдегид.

Одним из наиболее широко доступных бисэпоксидных сшивающих агентов является диэфир эпихлоргидрина и бифенила А, который образует диглицидиловый эфир бифенила А.Это соединение мало растворимо в воде. Также сообщается, что он, возможно, является канцерогенным и эндокринным разрушителем и, следовательно, не идеален для настоящего изобретения. Неожиданно, однако, мы обнаружили, что эпихлоргидриновые диэфиры изосорбида, бисэпоксида диизосорбида (соединение II) и бисэпоксида моноизосорбида (соединение III) полностью растворимы в воде, при этом не сообщалось о проблемах токсичности.

Благодаря растворимости в воде он хорошо подходит для приготовления гидрогелей и предпочтительно используется во многих вариантах осуществления настоящего изобретения.

В одном из вариантов осуществления изобретения NaCS можно объединять в гелевые смеси, способные поглощать большое количество воды. Типичные композиции этого варианта осуществления содержат от примерно 5% NaCS до примерно 60% NaCS в расчете на массу бычьего геля. Набухшие гелевые смеси содержат от примерно 92% до примерно 98% воды при набухании деионизированной водой и от 90% до примерно 96% абсорбированной воды при помещении в фосфатно-солевой буфер (PBS).

В другом варианте осуществления настоящего изобретения полностью сульфатированный NaCS смешивают в различных количествах, от примерно 1% до примерно 60%, с частично сульфатированным полисахаридом и сшивают бисэпоксидом на основе изосорбида.

В другом примерном варианте осуществления полностью сульфатированный NaCS смешивают с растворимым крахмалом. Крахмалы включают, помимо прочего, различные растительные источники, такие как кукуруза, рис, картофель и соя.

Несколько вариантов осуществления настоящего изобретения как со сшивающими агентами, так и без них затем помещали в воду и давали им набухнуть. В некоторых примерах иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения набухание происходило в деионизированной воде и/или PBS в течение периода от примерно 14 до примерно 16 часов.

Размеры цилиндрических образцов были измерены до и после набухания для измерения изменения объема.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, содержащем нерасфасованные гидрогели, слегка щелочной водный раствор полисахарида, содержащий изосорбидный сшивающий агент, нагревали примерно до 50°С для осуществления сшивания.

Несколько вариантов осуществления настоящего изобретения затем нагревали для удаления воды. Один пример протокола нагревания, использованного в нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения, допускал примерно 4 часа нагревания примерно до 120°C.Затем определяли степень набухания.

Водопоглощение набухших гидрогелей измеряли методом лиофильной сушки. Образцы выдерживали в деионизированной воде/PBS для набухания в течение 14-16 часов. Набухшие образцы сушили вымораживанием в течение ночи при 80°С. Измеряли потерю веса образцов во время сушки вымораживанием, исходя из того, какое количество воды, поглощенной гидрогелями, рассчитывали.

Готовили варианты желатиновых гидрогелевых композиций, содержащих различные концентрации NaCS, и анализировали изменение объема путем погружения гелей в воду и PBS.

Было определено изменение диаметра первоначально желатинизированного образца геля до и после набухания для некоторых примеров нескольких вариантов осуществления настоящего изобретения. До и после набухания измеряли диаметр и высоту с помощью штангенциркуля и рассчитывали объем.

Объемные гидрогели по изобретению изучали путем характеристики гидрогелей из смесей желатин/NaCS. Набухшие гелевые смеси содержат от примерно 92% до примерно 98% воды при набухании деионизированной водой и от 90% до примерно 96% абсорбированной воды при помещении в фосфатно-солевой буфер (PBS).Гидрогели погружали как в деионизированную (DI) воду, так и в фосфатно-солевой буфер (PBS). Наблюдали водопоглощение и изменение объема. Нормированное водопоглощение всеми гидрогелями составляет около 90%, хотя разница в изменении объема у них неодинакова. Гидрогели, приготовленные в воде и набухшие в воде, показали наибольшее изменение объема по сравнению с гидрогелями, набухшими в PBS. Гидрогели, изготовленные с использованием сшивающего агента, не показали больших изменений объема как в воде, так и в PBS.

Для некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения процентное изменение объема гелей при набухании в воде, наблюдаемое для вариантов осуществления, составляло от 300% до 3000%.Было также определено, что изменение объема иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения при набухании в PBS находится в диапазоне от 90% до 170%. Сравнивая набухание геля при погружении в воду и PBS, было замечено, что для указанных вариантов осуществления гели набухали примерно на В 300 раз больше в воде по сравнению с PBS.

Примеры вариантов осуществления также были проанализированы и измерены с использованием метода сушки вымораживанием. Варианты осуществления взвешивали до и после сушки вымораживанием. По начальной и конечной массе образцов рассчитывали количество удаленной воды.Количество воды, поглощенной в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, составляло около 90-95% при погружении в воду. В случае вариантов осуществления, использующих погружение в PBS, водопоглощение составляло около 90-95%.

Варианты осуществления настоящего изобретения, использующие деионизированную воду и PBS, имели аналогичное водопоглощение 95% при погружении их в деионизированную воду. Варианты осуществления настоящего изобретения, приготовленные с использованием сшивающего агента, снижали абсорбцию до 85%. Аналогичные наблюдения были сделаны для вариантов осуществления, погруженных в PBS.

Морфология поверхности лиофильно высушенного гидрогеля определялась с помощью СЭМ. Все варианты осуществления настоящего изобретения имеют сходную морфологию. Как показано ниже, варианты осуществления настоящего изобретения показывают разницу в изменении объема между вариантами осуществления.

Варианты осуществления настоящего изобретения, изготовленные в воде и набухшие в воде, показали наибольшее изменение объема по сравнению с вариантами осуществления настоящего изобретения, набухшими в PBS.

Из результатов FTIR видно, что пик карбоксильной группы в геле не виден.Можно предположить, что карбоксильная (С=О) группа желатина взаимодействует с эпоксидной группой сшивающего агента.

В этих двух вариантах осуществления, описанных выше, равновесие Гиббса-Доннана обеспечивает движущую силу осмотического давления для набухания полисахаридного гидрогеля. Вариант со смешением дает возможность выбирать материалы и оптимизировать поглощающие свойства.

Полностью сульфатированные полисахариды не могут быть сшиты из-за отсутствия гидроксильных групп, которые могли бы участвовать в реакции сшивки.Частично сульфатированный полисахарид имеет доступные гидроксильные группы и обеспечивает возможность получения одного компонента, сшитого сульфатированного полисахарида. Поэтому в одном варианте осуществления настоящего изобретения синтезируют частично сульфатированный крахмал. В указанном варианте частично сульфатированный крахмал очищают и сшивают с использованием бисэпоксида на основе изосорбида с образованием однокомпонентного сульфатированного полисахарида.

Варианты осуществления изобретения являются жизнеспособными кандидатами на материалы с высокой абсорбирующей способностью для личной гигиены и управления отходами.

Хотя системы и способы настоящего раскрытия были описаны со ссылкой на их примерные варианты осуществления, настоящее раскрытие ими не ограничивается. Действительно, примерные варианты осуществления представляют собой реализации раскрытых систем и способов, представленных в иллюстративных и не ограничивающих целях. Изменения, модификации, усовершенствования и/или усовершенствования раскрытых систем и способов могут быть сделаны без отклонения от сущности или объема настоящего раскрытия.Соответственно, такие изменения, модификации, усовершенствования и/или уточнения входят в объем настоящего изобретения.

Желатин из свиной кожи типа А был приобретен у Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури). Сульфат целлюлозы натрия (NaCS) был щедро предоставлен компанией Dextran Products Ltd. (Скарборо, Онтарио, Канада). Молекулярная масса сульфата натрия целлюлозы составляет 3,04×10 6 г/моль. Содержание серы в сульфате натрия целлюлозы по данным Dextran Products Ltd.составляет 18,2%. Каждая единица глюкозы имеет по крайней мере две сульфатные группы.

Частично сульфатированные полисахариды получали по известным методикам с использованием сухого пиридина и хлорсульфоновой кислоты.

Бисепоксид диизосорбида и бисэпоксид моноизосорбида, химические сшивающие агенты, использованные в этом исследовании, были синтезированы в соответствии с известными процедурами, такими как описанные в патенте США No. №№ 3,272,845 и 3,041,300

Растворы желатина с различными концентрациями NaCS хорошо перемешивали путем непрерывного перемешивания в течение приблизительно 2 часов при 50°C.Для всех экспериментов использовали растворы 5%, 10% и 20% NaCS на основе желатина в воде с желатином (24% по массе воды). Смеси желатин/NaCS желатинировали при комнатной температуре в течение 2 часов. Для приготовления сшитого гидрогеля сшиватель добавляли после растворения желатина/NaCS и перемешивали в течение 10 минут. Цилиндрические образцы гелей вырезали с помощью биопсийного перфоратора (внутренний диаметр 10 мм, Acuderm Inc.; США) для дальнейших экспериментов.

Химическое сшивание проводилось с использованием эпоксидного сшивателя на основе изосорбида, синтезированного в лаборатории.Перед добавлением сшивателя желатин с различными концентрациями растворов NaCS хорошо перемешивали. К раствору добавляли сшивающий агент при 50°С при непрерывном перемешивании. Были проведены эксперименты с 20% сшивающего агента (в расчете на твердую массу раствора).

Образцы желатина с различными концентрациями NaCS помещали в деионизированную воду и PBS на 14-16 часов для набухания. Растворы желатин/NaCS, содержащие сшиватель, нагревали при 120°С в течение 4 часов, чтобы обеспечить реакцию сшивания, прежде чем помещать их в воду.Размеры цилиндрических образцов измеряли до и после набухания для измерения изменения объема.

Гели с различными концентрациями NaCS нагревали в течение четырех часов при 120°С для удаления всей воды. Образцы сухого гидрогеля взвешивали до и после набухания для измерения изменения веса. Набухание сухих пленок гидрогеля наблюдали как в DI воде, так и в PBS. Степень набухания определяли по следующей формуле:


Ds = ( Ws-Wo )/ Wo × 100

Ds=степень набухания

Wo=масса геля до набухания

2 Ws=масса геля после набухания

Сушка вымораживанием, также известная как лиофилизация, представляет собой процесс сушки образца, который сводит к минимуму повреждение его внутренней структуры.Поскольку лиофилизация является относительно сложной и дорогой формой сушки, она ограничивается теми материалами, которые чувствительны к теплу и имеют нежную структуру и значительную ценность. Образцы выдерживали в деионизированной воде/PBS для набухания в течение 14-16 часов. Набухшие образцы сушили вымораживанием в течение ночи при 80°С. Измеряли потерю веса образцов во время сушки вымораживанием, исходя из того, какое количество воды, поглощенной гидрогелями, рассчитывали.

Готовили желатиновые гидрогелевые конструкции, содержащие различные концентрации NaCS, и анализировали изменение объема путем погружения гелей в воду и PBS. ИНЖИР. 1 показано изменение диаметра исходно загущенного образца геля: (а) до и (б) после набухания. Все значения набухания были получены путем погружения геля цилиндрической формы в деионизированную воду и PBS. До и после набухания диаметр и высоту измеряли с помощью штангенциркуля, а объем рассчитывали по математической формуле


V=πr 2 ч.

РИС. 2 представлен график изменения объема образцов. ИНЖИР. 1 ( и ) показано процентное изменение объема гелей при набухании в воде. Наблюдаемое здесь изменение объема колеблется от 300% до 3000%. 20%-й раствор NaCS, приготовленный в воде, демонстрирует самое большое изменение объема по сравнению со всеми другими образцами. ИНЖИР. 2 (b ) показано изменение объема образцов при набухании в PBS. Наблюдаемое здесь изменение объема колеблется от 90% до 170%. Сравнивая набухание геля при погружении в воду и PBS, было замечено, что гель набухает прибл.В 300 раз больше в воде по сравнению с PBS.

Образцы взвешивали до и после сушки вымораживанием. По начальной и конечной массе образцов рассчитывали количество удаленной воды. ИНЖИР. 3 показывает процентное содержание воды, поглощенной гидрогелями. Количество воды, поглощенной различными гидрогелевыми системами, составляло около 90-95% при погружении в воду. В случае погружения их в PBS водопоглощение составляло около 90-95%.

Гидрогели, приготовленные из деионизированной воды и PBS, имели одинаковое водопоглощение 95% при погружении их в деионизированную воду.Водопоглощение гидрогелей, приготовленных с использованием сшивающего агента, снизилось до 85%. Аналогичное наблюдение было установлено, когда гидрогели были погружены в PBS. Гидрогели, приготовленные с использованием сшивающего агента, имеют абсорбцию 85% по сравнению с гидрогелями, приготовленными с использованием деионизированной воды и PBS.

Способность гидрогелей к набуханию оценивали путем измерения прироста массы после регидратации из сухого состояния в деионизированной воде и PBS в течение 16 часов. ИНЖИР. 4 показано процентное изменение массы этих гидрогелей после набухания.

Морфологию поверхности сублимированных суперабсорбентов определяли с помощью СЭМ. ИНЖИР. 5 показывает пористую структуру сверхабсорбента по изобретению. Все суперабсорбенты имели одинаковую морфологию.

Гидрогели для 3D-культуры клеток

*Некоторые гидрогели биологически активны и могут взаимодействовать с клетками. Это может иногда мешать результатам ваших экспериментов

Гель ECM (E1270, E6909) : Основанный на оригинальных протоколах экстракции ECM из базальных мембран клеток мышиной саркомы EHS, эти гидрогели обеспечивают очень богатую среду, хорошо совместимую с развитием клеток, но они содержат факторы роста мыши ( E6909 представляет собой версию E1270 с уменьшенным фактором роста).Основными компонентами являются ламинин, коллаген IV типа, гепарансульфат протеогликан и энтактин. Эти гидрогели образуют гели путем термической активации при температуре от 20 до 40 ° C, и процесс гелеобразования является обратимым. (концентрация белка: 8-12 мг/мл). Гель ECM был успешно использован для нескольких приложений, включая анализ сократительной способности и инвазивного потенциала клеточной линии рака молочной железы 2 или для формирования капиллярной сети in vitro 3 .

MaxGel ВКМ человека: MaxGel ВКМ человека представляет собой альтернативу экстракту базальной мембраны клеток мышиной саркомы EHS на основе человека.Он производится путем совместного культивирования in vitro фибробластов человека и эпителиальных клеток человека с последующей экстракцией компонентов базальной мембраны . Как и гели ECM или гели Cultrex, он содержит компоненты внеклеточного матрикса, включая коллагены, ламинин, фибронектин, тенасцин, эластин, ряд протеогликанов и гликозаминогликанов. Максгель был успешно использован для формирования эмбриоидных тел с ИПСК человека 4 , инвазии или миграции раковых клеток

Тканеспецифические гидрогели dECM: Чтобы изолировать нативный внеклеточный матрикс ткани от населяющих ее клеток, используется процесс децеллюляризации, в результате чего каркасы децеллюляризованного внеклеточного матрикса (dECM) могут использоваться в клеточных культурах и тканевой инженерии.По сравнению с другими экстрактами базальной мембраны, полученными из опухоли, эти гидрогелевые каркасы dECM могут обеспечить более физиологичную среду с повышенной скоростью роста клеток без использования каких-либо экзогенных факторов роста.

PhotoGel Hydrogels: Наборы фотосшитых гидрогелей содержат высококачественные модифицированные природные гидрогели, включая метакрилированный коллаген типа I (PhotoCol ® ), желатин (PhotoGel ® ) или гиалуроновую кислоту (PhotoHA ® ) вместе с фотоинициаторами. ® 2959, LAP или Ruthenium), а также оптимизированные буферы и растворы для различных приложений 3D-культивирования клеток или биопечати.

Hystem ® : Платформа Hystem ® основана на химически синтезированной гиалуроновой кислоте, одном из основных компонентов ВКМ. В зависимости от изучаемой клетки вы можете выбрать на платформе наиболее подходящий состав: только гиалуроновую кислоту (с сшивающим агентом) или включающую коллаген (GelinS) с гепарансульфатом или без него. Поскольку это не биологический экстракт, он обеспечивает лучший контроль состава клеточной среды: контроль включения факторов роста, включения факторов прикрепления, включения белка ЕСМ, жесткости гидрогеля.Наборы Hystem ® оптимальны для культивирования стволовых клеток, естественная среда которых богата гиалуроновой кислотой, но они также успешно используются для некоторых других целей, таких как тканевая инженерия.

TrueGel3D ® биомиметические синтетические гидрогели : TrueGel3D ® гидрогели представляют собой биохимически определенные гидрогели, образованные путем смешивания полимеров со сшивающими агентами. Они позволяют имитировать критические характеристики естественного внеклеточного матрикса (ECM), включая белки ECM.Они воспроизводят нативную клеточную среду, аналогичную среде мягких тканей, поддерживая клеточную адгезию и секвестрацию белка. Платформа гидрогелей TrueGel3D ® обеспечивает гибкость выбора между предопределенной системой или принятием решения о том, хотите ли вы настроить свою клеточную среду (время гелеобразования, жесткость, интеграция биоактивных компонентов). Он был одобрен для нескольких применений, включая образование кист, совместное культивирование раковых и стромальных клеток или образование сфероидов.

TrueGel3D ® HTS Hydrogel Plate: TrueGel3D ® HTS Hydrogel Plate — это готовое к использованию решение для простого создания трехмерных клеточных культур с использованием полностью синтетических гидрогелей простым и совместимым с автоматизацией способом. 96-луночные полистироловые планшеты со стеклянным дном содержат предварительно отлитые синтетические функционализированные гидрогели на основе ПЭГ. Эти инновационные гидрогели содержат постепенно увеличивающуюся плотность сшивания по всей скважине. Пользователи могут приступить непосредственно к засеванию клеток без каких-либо этапов подготовки гидрогеля или инкапсуляции.

Влияние рН и состава на набухание и высвобождение лекарственного средства

Настоящая работа была направлена ​​на синтез рН-чувствительных поперечно-сшитых гидрогелей АК/желатина методом свободнорадикальной полимеризации. Персульфат аммония и диметакрилат этиленгликоля (ЭГДМА) использовали в качестве инициатора и сшивающего агента соответственно. Различные соотношения подачи акриловой кислоты, желатина и ЭГДМА использовали для исследования влияния мономера, полимера и степени сшивки на характер набухания и высвобождения модельного лекарственного средства.Набухание образцов гидрогеля изучали в 0,05 М фосфатных буферных растворах USP с различными значениями pH: pH 1,2, pH 5,5, pH 6,5 и pH 7,5. Приготовленные образцы оценивали на пористость и анализ золь-гель фракции. Малеат фенирамина, используемый для лечения аллергии, загружали в качестве модельного лекарственного средства в выбранные образцы. Исследование высвобождения лекарственного средства исследовали в 0,05 М фосфатном буфере USP с различными значениями pH (1,2, 5,5 и 7,5) в течение 12 часов. Данные о высвобождении были приспособлены к различным кинетическим моделям для изучения механизма высвобождения.Гидрогели были охарактеризованы с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR), которая подтвердила формирование структуры. Морфологию поверхности ненагруженных и нагруженных образцов изучали с помощью поверхностной электронной микроскопии (СЭМ), которая подтвердила распределение модельного лекарственного средства в сетке геля.

1. Введение

Полимеры, реагирующие на стимулы, представляют собой платформу для доставки лекарств, которую можно использовать для доставки лекарств с контролируемой скоростью и в стабильной и биологически активной форме. Эти полимеры реагируют на небольшие изменения условий окружающей среды, таких как температура, рН, свет, ионная сила, электрические или магнитные поля или присутствие ферментов или специфических лигандов.Гидрогели представляют собой трехмерные гидрофильные полимерные сетки, которые набухают в воде или биологической жидкости, не растворяясь за счет химических или физических поперечных связей [1]. Эти трехмерные сети гидрогеля образованы либо обратимыми связями (физическими связями), которые могут образовываться или разрываться в определенных условиях, либо ковалентными связями. Если сшивки основаны на физических связях, таких как водородные, ионные или ван-дер-ваальсовые связи, ответы гидрогелей на внешние раздражители часто бывают обратимыми [2].Для сохранения пространственной структуры гидрогеля полимерные цепи обычно сшивают физически или химически [3].

Гидрогели стали отличными носителями для высвобождения лекарств и биоактивных макромолекул либо в их набухшем равновесном состоянии, либо в виде динамически набухающих систем. Относительно низкая механическая прочность гидрогелей может быть преодолена либо сшиванием, образованием взаимопроникающих сетей (ВПС), либо кристаллизацией, вызывающей образование кристаллитов и резкое укрепление их структуры [4].Набухающие свойства этих гидрогелей привлекли внимание исследователей и технологов и нашли широкое применение в устройствах доставки лекарств, процессах разделения, сенсорах, контактных линзах и многих других областях [5].

Сшивка отвечает за трехмерные сетчатые структуры, которые характеризуют эти материалы. Свойства эластичности и набухания объясняются наличием физических или химических поперечных связей в полимерных цепях.Уровень сшивки гидрогелей также важен, потому что физическое состояние гидрогелей меняется с изменением уровня сшивки [6].

Акриловая кислота представляет собой чувствительный к рН синтетический полимер, широко используемый в области доставки лекарств в определенные места желудочно-кишечного тракта [7]. Это один из основных сверхабсорбирующих полимеров и типичный pH-чувствительный полиэлектролит. Исходная характеристика высвобождения, зависящая от рН, может быть изменена путем изменения состава полимеров.Поэтому полимерные сетки, чувствительные к рН, были тщательно изучены [8]. Сообщалось также, что взаимопроникающие сетки (ВПС) и сополимеры, содержащие акриловую кислоту, проявляют термочувствительные, электрочувствительные и рН-чувствительные свойства [9]. Поли(акриловая кислота) хорошо известна своей полианионной природой и широко используется при разработке чувствительных к рН макромолекулярных архитектур, в основном используемых для адресной доставки лекарств [10]. Значение pKa полиакриловой кислоты составляет от 4.5 и 5,0, а гидрогели ПАК значительно набухают при физиологическом рН 7,4 за счет ионизации анионных карбоксильных групп [11].

Желатин — белковый продукт, получаемый путем частичного гидролиза коллагена, выделенного из кожи, костей, хрящей и связок [12]. Желатин в основном содержит в своей структуре остатки 3 аминокислот, глицина, пролина и 4-гидроксипролина [13]. Коллаген является основным белковым компонентом хрящей, кожи, костей и соединительной ткани и составляет основную часть внеклеточного матрикса у животных; однако коллаген обладает антигенностью благодаря своему животному происхождению.Напротив, желатин имеет относительно низкую антигенность из-за денатурации [14]. Желатин известен своей биоразлагаемостью, неканцерогенностью и гидрофильностью [15]. Среди природных полимеров, предпочтительных из-за их низкой токсичности и биосовместимости, желатин является хорошим кандидатом на сырье из-за его превосходных физических и химических свойств [16]. При температуре около 40°С водные растворы желатина находятся в зольном состоянии и при охлаждении образуют физические термообратимые гели. Во время гелеобразования цепи претерпевают переход конформационный беспорядок-порядок и имеют тенденцию восстанавливать структуру тройной спирали коллагена [17].

Фенирамина малеат (C 16 H 20 N 2 C 4 H 4 O 4 ), химически известный как N,N-диметил-3-фенил-3-пиридил ) гидромалеат пропиламина — антигистаминный антагонист рецепторов H 1 , используемый в качестве антигистаминного средства для симптоматического облегчения реакции гиперчувствительности. Он клинически используется для лечения острых аллергических приступов, всех состояний зуда кожи, тошноты, рвоты и головокружения, связанных с укачиванием [18].На рис. 1 представлена ​​структура малеата фенирамина.


Целью настоящего исследования было приготовление гидрогелей АК/желатина методом свободнорадикальной полимеризации с использованием EGDMA в качестве сшивающего агента и персульфата аммония в качестве инициатора. Подготовленные образцы гидрогеля использовали для оценки влияния pH и состава ВПС на динамическое и равновесное набухание и высвобождение лекарственного средства в 0,05 M фосфатных буферных растворах USP с различными значениями pH 1,2, pH 5,5, pH 6,5 и pH 7,5. В эти образцы гидрогеля в качестве модельного лекарственного средства загружали малеат фенирамина.Характер высвобождения модельного препарата изучали в фосфатных буферных растворах USP с различными значениями pH. Для этих гидрогелей также были рассчитаны анализ золь-гель фракции, плотность сшивки, пористость и параметры сетки. Гидрогели были охарактеризованы с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR), чтобы подтвердить образование сетки и исследовать наличие определенных химических групп в гидрогелях. Морфологию поверхности гидрогелей изучали с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).

2. Экспериментальные процедуры
2.1. Материалы

Для приготовления гидрогелей, чувствительных к рН, в качестве мономера использовали акриловую кислоту (АК) (Mw ~ 72,06 г моль -1 ) (Sigma Aldrich). В качестве полимера использовали желатин типа В из бычьей кожи (Ge) (Mw ~ 402,47 г моль –1 ) (Merck, Германия). В качестве сшивающего агента и инициатора использовали соответственно диметакрилат этиленгликоля (EGDMA) (Aldrich) и персульфат аммония. Использовали гидрофосфат калия, хлорид натрия, гидроксид натрия и соляную кислоту (Merck, Германия).Для характеристики гидрогелей с помощью FTIR бромид калия (KBr) был приобретен у Fisher Scientific (Великобритания). Все использованные реактивы были аналитической чистоты.

2.2. Синтез взаимопроникающих сеток АК/Желатин

В настоящей работе методом свободнорадикальной сополимеризации были приготовлены различные составы гидрогелей с различным составом сырья [7, 19]. Навеску желатина (Ge) добавляли в заданное количество дистиллированной воды при постоянном перемешивании при комнатной температуре.Когда образовался прозрачный раствор желатина, в этом растворе желатина растворяли используемый персульфат аммония в концентрации 1  вес.% АК. Добавляли различные количества диметакрилата этиленгликоля (EGDMA) в качестве сшивающего агента и растворяли в растворе акриловой кислоты. Два раствора тщательно перемешивали. Конечный объем раствора доводили до 100 г дистиллированной водой. Полимеризацию приготовленного раствора проводили в стеклянных пробирках (Pyrex) с внутренним диаметром 16 мм.Эти пробирки деоксигенировали азотом в течение 15–20 минут, а затем плотно закрывали крышкой. Закрытые пробирки помещали в водяную баню. Температуру постепенно повышали, чтобы избежать автоускорения и образования пузырьков. Температурная схема полимеризации в растворе: 45°С в течение 1 ч, 50°С в течение 2 ч, 55°С в течение 3 ч, 60°С в течение 4 ч и 65°С в течение 24 ч. По истечении этого времени пробирки охлаждали до комнатной температуры, цилиндры полученного гелеобразного продукта извлекали из пробирок и разрезали на диски размером 6 мм.Эти цилиндрические диски промывали 50% об/об этанолом в воде в течение 1-2 недель для полного удаления непрореагировавших мономеров. В течение этого периода растворитель меняли ежедневно. Эти гелевые диски тщательно промывали до тех пор, пока рН промывочной жидкости не стал таким же, как pH смеси этанола и воды перед промывкой. Затем диски высушивали сначала при комнатной температуре, а затем в печи при 40–45°С до достижения постоянной массы твердого вещества. Гидрогели хранили в эксикаторе для дальнейшего использования. Предполагаемая структура сшитых взаимопроникающих сетей EGDMA гидрогелей AA/желатина показана на рисунке 2.Список различных композиций гидрогелей AA / желатина приведен в таблице 1.


Образец кодов AA / 100 G Решение GE / 100 G Решение AA: GE ( WT%) (EGDM) / 100 г решения
U 1 35.00 400 89.74 / 10.26 0,70512
U 2 35 .00 500512 5.00 87.50 / 12.50 0,70
U 3 35.00 605.00 8517 / 14.63 0,70515 U 4
U 4 28.00 6.00 82.35 / 17.65 0.70512 0.70
U 5

32.00 60512 84.21 / 15.79 0.70
U 6 U 6 36.00 6.00 85.71 / 14.29 0,70
U 7 35.00 6,00 85,37 / 14,63 0,65
U 8 35,00 6,00 85,37 / 14,63 0.75
U 9 35.00 60512 60517 / 14.63 0.85


9012
2.3. Эксперименты по набуханию гидрогелей АК/желатина
2.3.1. Эксперимент с динамическим набуханием

Эксперименты с динамическим набуханием проводились в 100 мл раствора при 37°C. Сухие диски взвешивали и погружали в фосфатные буферные растворы USP с различными значениями pH, то есть 1,2, 5,5, 6,5 и 7,5, с постоянной ионной силой. Концентрация буферного агента составляла 0,05 М. Образцы отбирали через равные промежутки времени в течение 8 ч и взвешивали после удаления избытка поверхностной воды путем промокания фильтровальной бумагой.После взвешивания каждый образец помещали в одну и ту же колбу. Коэффициент динамического набухания каждого образца рассчитывали по [20], где указана масса гидратированных гелей после набухания и показан начальный сухой диск гидрогеля в момент времени ().

2.3.2. Эксперименты по равновесному набуханию

Для проведения экспериментов по равновесному набуханию образцы оставались в той же буферной среде и использовались для исследований равновесного набухания. Коэффициент набухания был равновесным, когда гидрогель достигал постоянной массы.Для равновесного набухания набухшие гели регулярно взвешивали до постоянного веса, что занимает 15–21 день.

Равновесный коэффициент набухания рассчитывали по [21]

2.3.3. Коэффициент диффузии

Высвобождение лекарственного средства из сшитых гидрогелей обычно происходит по механизму диффузии. Для расчета коэффициента диффузии гидратированных гелей набухшие гидрогели подвергали сушке при комнатной температуре, а затем через 15 минут взвешивали до достижения равновесного веса.Коэффициенты диффузии воды образцов гидрогелей рассчитывали по [22], где представляет собой коэффициент диффузии гидрогелей, указывает на равновесное набухание геля, представляет собой наклон линейной части кривых набухания и относится к начальной толщине в сухом состоянии. .

2.4. Параметры взаимопроникающих полимерных сетей гидрогелей АК/желатина
2.4.1. Молекулярная масса между поперечными связями ()

Теория Флори-Ренера была использована для расчета значений средней молекулярной массы () между взаимопроникающими полимерными сетками гидрогелей АК/желатина, которая представляет собой степень сшивки гидрогелевых сеток между двумя соседними поперечными связями. ссылки.Согласно этой теории, значения увеличиваются по мере увеличения степени набухания гидрогелей. Молекулярный вес между соседними поперечными связями рассчитывается с использованием [23]. Объемная доля полимера указывает на способность гидрогеля обеспечивать диффузию растворителя в сетчатую структуру. Он рассчитывается по следующему уравнению: где и — плотности (г/мл) гидрогеля и растворителя соответственно, и — массы (г) набухшего и сухого гидрогелей соответственно, (мл/моль) относится к объему доля набухшего гидрогеля в равновесном состоянии и указывает параметры взаимодействия полимера Флори-Хаггинса с растворителем.

2.4.2. Параметры взаимодействия с растворителем ()

Для исследования совместимости мономера и полимера в гидрогелях АК/Желатин с молекулами окружающей среды были измерены параметры взаимодействия с растворителем. Теория Флори-Хаггинса была использована для расчета параметров взаимодействия с растворителем (). Следующее уравнение использовалось для расчета значений, приведенных в [24]: где (мл/моль) обозначает объемную долю гидратированного геля в равновесном состоянии, а параметры взаимодействия полимера с растворителем Флори-Хаггинса.

2.4.3. Плотность сшивки ()

Сшитые гидрогели характеризуются плотностью сшивки. Для плотности сшивки используется следующее уравнение [25]: где – молярная масса повторяющегося звена и рассчитывается по формуле где , , и – массы мономера (АА), полимера (Ge) и ЭГДМА соответственно. , а , , и – молярные массы AA, Ge и EGDMA соответственно.

2.5. Анализ золь-гелевой фракции

Для расчета несшитого полимера используется золь-гелевая фракция.Образцы гидрогеля разрезали на куски диаметром 3-4 мм, сушили сначала при комнатной температуре, а затем в вакуумной печи при 45°С до постоянной массы и подвергали экстракции по Сокслету в течение 4 ч с деионизированной водой в качестве растворителя при кипячении. температура. При такой экстракции из структуры геля удаляли несшитый полимер. Извлеченные гели повторно сушили в вакуумной печи при 45°С до постоянной массы. Гель-фракцию рассчитывали, используя исходную массу сухого геля и массу извлеченного сухого геля согласно [26]

2.6. Измерение пористости

Для измерения пористости гидрогелей, которая представляет собой долю объема пор в общем объеме от 0 до 100 процентов, использовался метод замены растворителя. Взвешенные высушенные гидрогелевые диски погружали в абсолютный этанол на ночь и взвешивали после избытка этанола на поверхности. Пористость (%) рассчитывали по [27], где и – масса гидрогеля до и после погружения в этанол соответственно, – плотность абсолютного этанола, – объем гидрогеля.

2.7. Загрузка малеата фенирамина

Отобранные образцы, показавшие максимальное набухание, использовали для исследования загрузки и высвобождения модельного лекарственного средства, то есть малеата фенирамина. Загрузку лекарственного средства в диски из взвешенных высушенных образцов гидрогеля осуществляли замачиванием их в 1% (мас./об.) растворе лекарственного средства малеата фенирамина до равновесного набухания. Лекарственный раствор малеата фенирамина готовили путем растворения водорастворимого лекарственного средства в буферном растворе с рН 7,5. После достижения равновесного значения набухшие гидрогелевые диски извлекали из раствора препарата, промокали фильтровальной бумагой, сначала сушили при комнатной температуре, а затем помещали в печь при 45°С до постоянной массы [20, 26].

2.8. Количественная оценка загрузки лекарственного средства

Количество лекарственного средства, загруженного в диски гидрогелей, рассчитывали тремя методами. Первый метод, известный как весовой метод, используемый для расчета количества лекарственного средства, загруженного в гидрогелевые диски, представлен [22]

. Для расчета процентного содержания лекарственного средства используется следующее уравнение: в растворе лекарственного средства и представляет собой массу высушенных гидрогелевых дисков перед погружением в раствор лекарственного средства.

Во втором методе расчета количества лекарственного средства, содержащегося в гидрогелях, лекарственное средство, заключенное в образцах гидрогеля, рассчитывали путем многократного экстрагирования взвешенных образцов гидрогеля, содержащих лекарственное средство, с использованием фосфатного буферного раствора с рН 7,5. Каждый раз использовали 25 мл свежего фосфатного буферного раствора с рН 7,5 до тех пор, пока в растворе лекарственного средства не осталось лекарственного средства. Концентрацию лекарственного средства определяли спектрофотометрически. Общее количество лекарственного средства, присутствующего во всех порциях, рассматривали как количество захваченного или загруженного лекарственного средства.Этот метод известен как метод экстракции.

В третьем методе, известном как метод набухания, взвешенные гидрогелевые диски помещали в раствор препарата до равновесного набухания. Нагруженные гидрогелевые диски снова взвешивали после промокания промокательной бумагой. Разница в весе до и после набухания представляет собой вес раствора лекарственного средства. Объем раствора лекарственного средства, поглощаемого гелевыми дисками, можно рассчитать, зная плотность и массу раствора лекарственного средства. Зная объем раствора лекарственного средства, также рассчитывали количество лекарственного средства, абсорбированного гелевыми дисками.

2.9. Исследование высвобождения лекарственного средства
In Vitro

Высвобождение лекарственного средства из сшитых AA / желатиновых гидрогелей измеряли с использованием прибора для растворения (Pharmatest; тип PT-DT 7, Германия) и спектрофотометра в УФ-видимой области (IRMECO, UV-Vis U2020). ). Диск с взвешенными гидрогелями погружали в 500 мл среды растворения при 37°C и перемешивали среду растворения со скоростью 100 об/мин для поддержания однородной концентрации лекарственного средства в среде. 0,05 M фосфатных буферных растворов USP с pH 1.2, pH 5,5 и pH 7,5 использовали в качестве среды растворения. Определение выделившегося малеата фенирамина проводили при 265,6 с показаниями до 12 часов. При каждой пробе брали 5 мл раствора для УФ-анализа и заменяли раствор свежим фосфатным буферным раствором USP [28, 29].

2.9.1. Анализ схемы высвобождения лекарственного средства

Высвобождение растворенного вещества из сшитой структуры основано на набухании полимеров и скорости диффузии. Чтобы определить механизм высвобождения, высвобождение лекарственного средства из сшитых взаимопроникающих сетей гидрогелей АК/желатина изучали с помощью моделей нулевого порядка, первого порядка, Хигучи и Корсмейера-Пеппаса.Уравнения (13), (14), (15) и (16), используемые для этих моделей, приведены ниже.

Кинетика нулевого порядка [30] выглядит следующим образом: где – доля высвобождения лекарства во времени, – константа высвобождения нулевого порядка.

Кинетика первого порядка [31] выглядит следующим образом: где показывает долю высвобождения лекарства во времени, а – константа высвобождения первого порядка.

Модель Хигучи [22] выглядит следующим образом: где представляет долю высвобождения лекарственного средства во времени, а – константа Хигучи.

Модель Корсмейера-Пеппаса [23] выглядит следующим образом: Здесь — масса воды, поглощенная в любой момент времени () или время проникновения (), — количество воды в равновесии или масса, поглощенная в равновесии, — кинетическая константа, и – показатель степени, описывающий механизм набухания.

2.10. ИК-Фурье-спектроскопия

Для ИК-Фурье-спектроскопии с использованием пестика и ступки высушенные диски образцов гидрогеля измельчали ​​в порошок. Бромид калия (Merck, ЧДА для ИК-спектроскопии) смешивали с порошкообразным материалом в пропорции 1 : 100 и сушили при 40°С.При приложении давления 65 кН (манометр, Shimadzu) в течение 2 минут смесь спрессовали в полупрозрачный диск диаметром 12 мм. ИК-Фурье-спектр в диапазоне длин волн 4500–500 см -1 регистрировали с помощью ИК-Фурье-спектрометра (FT-IR 8400 S, Shimadzu) [20, 24].

2.11. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)

Морфологию поверхности желатиновых гидрогелей АА / определяли с помощью сканирующего электронного микроскопа (Hitachi, S 3000 H, Япония).Образцы гидрогеля устанавливали на алюминиевую подставку и напыляли золотым палладием. Для сканирования образцов используется ускоряющее напряжение 10 кВ при рабочем расстоянии 10–25 мм [19, 20].

3. Результаты и обсуждение
3.1. Влияние pH на набухание и высвобождение лекарств из гидрогелей AA/желатина

Для определения набухающего поведения гидрогелей важную роль играют значения pH среды и pKa кислотного компонента полимера. Для достижения эффективного набухания рКа компонентов буфера должно быть выше рКа карбоксильной группы геля.При этом pKa буфер примет протоны и ионизирует гель. Способность к набуханию синтезированных гидрогелей определяли с использованием буферных растворов 0,05 М фосфатных буферных растворов USP с pH 1,2, pH 5,5, pH 6,5 и pH 7,5. Ионизация карбоксильных групп зависит от pH иммерсионной среды, что приводит к большим различиям в поведении гидрогеля при набухании, как показано в таблице 2. Когда pH среды превышает значения pKa кислотного компонента полимера, он начинает набухать. за счет ионизации карбоксильных групп.Эти результаты можно сопоставить с Ranjha et al. [19]. При более высоком рН гидрогели набухают из-за ионного отталкивания протонированных карбоксильных групп и разрушаются при низком рН из-за влияния непротонированной карбоксильной группы. Ионизированные группы COO становятся группами COOH по мере снижения pH буферного раствора, и возникающая в результате нейтрализация ионных групп вызывает осаждение гидрогелей. Аналогичные результаты были исследованы Byun et al. [32]. Максимальное набухание было получено при рН 7.5. Большинство карбоксилатных групп протонируются при кислом рН (рН < 3), поэтому устраняются основные анион-анионные силы отталкивания и, следовательно, уменьшаются значения набухания. Некоторые карбоксилатные группы ионизируются при более высоких значениях pH (pH > 4), а электростатическое отталкивание между группами –COO приводит к усилению способности к набуханию. В таблице 2 показано влияние рН на равновесный коэффициент набухания гидрогелей АК/желатин.




Коды образца Коды подачи (AA / Gelatin) Степень кросс-связывания (EGDMA)% W / W pH раствора
1.2 5.5 5.5 6.5 7.5

U 1 3 35.70 5.48 16.43 29.62 39.58
U 2 35.00 / 5.00 0,70 5.26 5.26 14.82 26.81 30.95 30.95
U 3 35.00 / 60512 0,70512 4.76 12,88 24,01 27,94
U 4 28,00 / 6,00 0,70 4,22 11,51 22,75 26,18
U 5 32.00 / 6.00 0,70512 4.68 4.68 14.66 26.66 26.66 32.63
U 6 36.00 / 60512 36.00 / 60512 5.66 17.27 33,56 38,28
U 7 36,00 / 6,00 0,65 5,52 16,83 33,00 37,21
U 8 36,00 / 6,00 0,75 4.64 4,64 12.64 26.43 26.59 27.59
U 9

5

36.00 / 60512 0,85 4,014 4,014 22.75 24,61

Влияние pH на высвобождение лекарственного средства исследовали путем погружения образцов фенирамина малеата в растворы с различными значениями pH (1. Наблюдали, что при повышении рН среды высвобождение лекарственного средства увеличивалось, как показано в Таблице 3. При более высоком рН (7,5) осмотическое давление внутри геля также вызывает максимальное высвобождение лекарственного средства по сравнению с более низким рН (1,2). На рис. 3 представлены гидрогели AA/желатин с поперечными связями EGDMA.

9

Коды образцов Количество загруженного малеата фенирамина
(г/г сухого геля)
Количество фенирамина Maleate выпущено (%)
(pH раствора)
от набухания по весу путем экстракции 1.2 5.5 7.5

U 4 0.069 0,066 0,068 25,53 52,67 71,01
U 5 0,073 0,071 0,075 27,81 56,92 76,54
U 6 0.077 0.075 0.079 29.73 29.73 62.45 8055
U 7 0.081 0.079 0,082 30,37 67,76 82,83
U 8 0,078 0,075 0,071 22,28 54,29 74,45
U 9 0,071 0.069 0.066 20.09 20.09 50.62 69.59

9052
3.2. Влияние концентрации акриловой кислоты на набухание и высвобождение лекарственного средства гидрогелей AA/желатина

Для исследования влияния мономерной композиции на набухание и высвобождение лекарственного средства были приготовлены гидрогели AA/Ge с различными концентрациями мономеров с использованием EGDMA в качестве сшивающего агента. (0,70% масс. АК). На рис. 4 показано динамическое набухание при различных концентрациях акриловой кислоты. Значение pKa акриловой кислоты составляет 4,28; следовательно, при рН менее 4 цепи акриловой кислоты находятся в свернутом состоянии, что снижает степень набухания.Однако при увеличении pH выше 6 и 8 акриловая кислота образует карбоксилат-ионы, которые вызывают отталкивание между сетками, что приводит к быстрому увеличению степени набухания. Аналогичные наблюдения были сделаны Sullad et al. [5]. В Таблице 2 образцы (от U 4 до U 6 ) демонстрируют влияние концентрации мономера на равновесную степень набухания при сохранении постоянной концентрации полимера и сшивающего агента. Исследовано, что высвобождение лекарственного средства и набухание геля увеличиваются с увеличением концентрации акриловой кислоты за счет доступности большего количества карбоксильных групп акриловой кислоты для ионизации и имеет место электростатическое отталкивание по цепи, вызывающее расширение исходно свернутых молекул.


Для изучения влияния концентрации акриловой кислоты на высвобождение лекарственного средства исследование высвобождения проводили при pH 1,2, pH 5,5 и pH 7,5 в течение 12 часов. Влияние концентрации акриловой кислоты на высвобождение лекарственного средства из гидрогелей показано на Фигуре 7. В фосфатном буфере при рН 7,5 количество лекарственного средства, высвобождаемого из гидрогелей, было значительно выше, чем при рН 1,2 и рН 5,5. Набухание гидрогелей АК/Ге увеличивалось при изменении рН среды от более низкого к более высокому.Из результатов было замечено, что увеличение концентрации АК приводит к повышенному процентному высвобождению лекарственного средства. В таблице 3 указано количество загруженного и высвобожденного лекарства.

3.3. Влияние концентрации желатина на набухание гидрогелей АК/желатина

Три состава гидрогелей АК/Ге с различной концентрацией желатина (4,0 г, 5,0 г и 6,0 г) при сохранении постоянной концентрации акриловой кислоты и ЭГДМА (0,70% от АК) были синтезированы и подвергнуты исследованию набухания в растворах с разными значениями рН.На рис. 5 показано влияние концентрации желатина на динамическое набухание этих гидрогелей. Численные данные, показывающие влияние желатина (от U 1 до U 3 ) на профиль набухания, представлены в таблице 2. Концентрация желатина оказывает обратное влияние на поведение набухания по сравнению с содержанием акриловой кислоты. Коэффициент набухания полученных гидрогелей уменьшался с увеличением концентрации желатина. Ниже значения PI (изоэлектрический pH) желатиновые цепи остаются протонированными.В результате цепочки содержат ионы, и катионное отталкивание между ними может быть причиной их сильного набухания. Но общее увеличение содержания желатина не оказывает существенного влияния на набухание, поскольку процент набухания увеличивался с увеличением количества акриловой кислоты при всех значениях рН, тогда как увеличение содержания желатина приводило к уменьшению процента набухания. Аналогичные наблюдения были сделаны Ханом и Ранджей [22].


3.4. Влияние степени сшивки на набухание и высвобождение лекарственного средства гидрогелей АК/желатина

Степень набухания и высвобождение лекарственного средства также исследовали в зависимости от концентрации сшивающего агента (EGDMA).Чтобы исследовать влияние EGDMA на набухание и высвобождение гидрогелей, была использована серия из трех гидрогелей AA/желатина (U 7 –U 9 ) с различной концентрацией сшивающего агента (0,65%, 0,75% и 0,85% АК) готовили, как показано в Таблице 2. На Фигуре 6 видно, что набухание геля уменьшалось с увеличением концентрации EGDMA из-за присутствия большего количества физических сцеплений между гидрогелями. Влияние увеличения перекрестных связей можно описать уменьшением размера ячейки сети.Высокосшитые полимеры менее кислотны, поскольку карбоксилатные группы скрыты, а более высокая степень сшивки снижает процесс ионизации. Было замечено, что при более высокой концентрации сшивающего агента релаксация полимерной цепи уменьшалась, что обусловливало меньшее набухание гидрогеля. Такие же результаты были получены Shah et al. [23].



Исследования высвобождения лекарственных средств проводили в буферных растворах с различными значениями рН (1,2, 5,5 и 7,5). Результаты исследования показали, что увеличение концентрации EGDMA приведет к уменьшению % высвобождения лекарственного средства из-за более плотной структуры гидрогеля, как показано в таблице 3.О таких же наблюдениях сообщили Singh et al. [33]. На фигуре 8 показано влияние концентрации EGDMA на кумулятивный % высвобождения лекарственного средства в буферных растворах с различными значениями pH.


3.5. Золь-гель анализ

Для определения доли несшитого полимера в гидрогеле был проведен золь-гель анализ. Было обнаружено, что гель-фракция гидрогелей увеличивалась вместе с увеличением концентрации акриловой кислоты, желатина и сшивающего агента, как показано в таблице 4. Наблюдалось уменьшение золь-фракции гидрогелей при увеличении концентрации желатина, акриловой кислоты и EGDMA.Дергунов и др. исследовали аналогичные результаты [34]. На рисунках 9, 10 и 11 показано влияние концентрации желатина, концентрации АК и концентрации EGDMA на гель-фракцию гидрогеля.


Образец кодов
Степень кроссвязывания (EGDMA)% W / W Гель Фракция (%) Sol Fraction (%) пористость (%)

У 1 0.70 84,44 15,56 44,07
U 2 0,70 86,59 13,41 56,81
U 3 0,70 90,22 9,78 62,09
U 4 U 4 0,70512 87.12 12.88 12.88 46.43
U 5 0,70 90.23 9 9.77 57,47
U 6 0,70 94,54 5,46 63,72
U 7 0,65 85,64 14,36 69,03
U 8 0,75 89,09 10,91 65,32
U 9 0,85 95,23 4,77 62,30




3.6. Измерение пористости

Из результатов в таблице 4 видно, что пористость увеличивается при увеличении концентрации акриловой кислоты и желатина из-за увеличения вязкости раствора гидрогеля. Вязкий раствор эффективно препятствует выходу пузырьков из раствора, что приводит к увеличению пористости за счет образования взаимосвязанных каналов. При увеличении концентрации EGDMA пористость уменьшается из-за увеличения физического зацепления между акриловой кислотой и желатином, как показано на рисунках 12, 13 и 14.Увеличение концентрации сшивающего агента приводит к увеличению зацепления между мономером и полимером, что приводит к снижению пористости. Инь и др. наблюдались аналогичные результаты [35].




3.7. Коэффициент диффузии полимеров ()

При методе мембранной проницаемости или явлении сорбции и десорбции использовался закон диффузии Фика. Для измерения диффузии растворенного вещества в гидрогель косвенно применяется коэффициент диффузии. Таблица 5 показывает, что коэффициент диффузии уменьшался с увеличением концентрации акриловой кислоты и концентрации желатина, поскольку набухание полимера увеличивается с увеличением концентрации АК.Коэффициент диффузии увеличивался с увеличением концентрации сшивающего агента.

9

Образец кодов Степень кросс-связывания (EGDMA) WT% (CM²SEC -1

U 1 0,70 0,059 −0,520 949,945 106,517527 8,917 0,2289
2 U 0,70 0,064 -0,522 856,917 113,876 7,524 0,3038
U 3 0,70 0.065 -0512 -0.522 858.763 120.869 7.105 7.105 0.3526
U 4 0,70512 0.064 -0.527 +918,091 130,723 7,023 0,3316
U 5 0,70 0,053 -0,518 1245.87 124,633 9.996 0.1559
6 U 0,70512 0,70512 0.052 -0.515 1291.54 119.702 10.79 0,1487 0,1487
U 7 0.65 0,049 -0,516 1483,83 120,811 12,28 0,1301
U 8 0,75 0,066 -0,523 1031,95 120,878 8,532 0,2547
U 9 0,85 0,067 -0,523 804,943 120,949 6,659 0,4384

3.8. Молекулярная масса между поперечными связями () и параметры взаимодействия с растворителем ()

Было замечено, что увеличение концентрации акриловой кислоты приводит к увеличению значений молекулярной массы между поперечными связями (). Из-за присутствия карбоксильных групп в полимерной цепи акриловой кислоты сообщалось о более сильном набухании полимера. Плотность поперечных связей () также связана со значениями акриловой кислоты и средней молекулярной массой между поперечными связями, как показано в Таблице 5. Чтобы проверить влияние взаимодействия растворителя между полимером и растворителем, были изучены параметры взаимодействия растворителя ().В табл. 5 указано, что более высокие значения () приводят к более слабому взаимодействию между полимером и растворителем [36].

3.9. Кинетика высвобождения лекарств

Анализ характера высвобождения лекарств изучали в фосфатных буферных растворах с pH 1,2, pH 5,5 и pH 7,5. Полученные данные были сопоставлены с моделями нулевого порядка, первого порядка, Корсмейера-Пеппаса и Хигучи для оценки схемы высвобождения лекарственного средства, как указано в таблицах 6 и 7. Метод, который лучше всего соответствует данным о высвобождении, оценивали с помощью коэффициента регрессии .Критерий выбора наиболее подходящей модели основывался на идеальной подгонке, на которую указывают значения коэффициента регрессии, близкие к 1. акриловой кислоты и степень сшивки приведены в таблицах 6 и 7. Для большинства образцов значения коэффициента регрессии, полученные для констант скорости высвобождения нулевого порядка, оказались выше, чем для констант скорости высвобождения первого порядка.Следовательно, это связано с тем, что высвобождение лекарственного средства из образцов с различным мономерным составом и степенью сшивания соответствует высвобождению нулевого порядка. В модели Хигучи значение коэффициента регрессии при различном мономерном составе и разной степени сшивки указывало на то, что механизм высвобождения лекарственного средства контролируется диффузией. На фигурах 15, 16 и 17 показан профиль высвобождения малеата фенирамина после высвобождения нулевого порядка, высвобождения первого порядка и модели Хигучи из гидрогелей AA/желатина (образец U 7 ).Влияние концентрации мономера и степени сшивки на значения экспоненты высвобождения приведены в таблицах 8 и 9 соответственно. Все образцы продемонстрировали нефиковское поведение [37].



Образцы кодов Содержание AA (%) Kinetics Zero MineTics HIGUCHI модель
(H -1 ) (H -1 ) (H -1 )

U 4 28 1.2 1,75 0,991 0,020 0,991 0,068 0,958
5,5 3,945 0,997 0,057 0,990 0,157 0,958
7,5 5,127 0.991 0.092 0.976 0.976 0.959 0,959


U 5 32 1.2 2,076 0,992 0,024 0,986 0,081 0,930
5,5 4,149 0,994 0,063 0,995 0,167 0,979
7,5 5.177 0.994 0.099 0.099 0.951 0.950 0.950


U 6 36 1.2 1,948 0,985 0,023 0,980 0,077 0,942
5,5 4,401 0,995 0,071 0,986 0,177 0,971
7,5 5,679 0,985 0,119 0,987 0,232 0,997

+

Примеры кодов содержание EGDMA (%) рН Кинетика нуля кинетика первого порядка модель HIGUCHI
(H -1
    )
(H -1 ) (H -1 )

У 7 0.65 1,2 2,052 0,984 0,025 0,987 0,0833 0,976
5,5 4,853 0,996 0,077 0,984 0,195 0,971
7.5 6.247 0.981 0,134 0.988 0.083 0.086 0.0976


U 8 U 8 0.75 1,2 1,423 0,980 0,016 0,984 0,057 0,973
5,5 4,176 0,990 0,062 0,995 0,169 0,983
7.5 5.121 0.989 0.097 0.097 0.966 0.211 0.993


U 9 U 0.85 1,2 1,412 0,977 0,016 0,983 0,058 0,993
5,5 4,019 0,997 0,056 0,994 0,160 0,963
7.5 5,251 0,992 0,090 0,989 0,212 0,978

91 636 36

Примеры кодов содержание AA (%) PH PH выпуск экспоненты () Заказ выпуска

U 4 28 1.2 0,7162 0,995 нефиковских
5,5 0,9463 0,997 нефиковские
7,5 0,9257 0,991 нефиковские

U 5 U 5 32 32 1.2 0.7532 0.994 Non-Fickian
5.5 0.9832 0.984 Non-Fickian
7.5 0,9573 0,992 нефиковская

U 6 1,2 0,7261 0,987 нефиковская
5,5 0,8643 0,990 нефиковские
7,5 0,8252 0,985 нефиковских

2 U 7 9 6 16532 U 7 065 91 636 0,85

Примеров коды Содержание ЭГДМА (%) pH Показатель степени высвобождения () Порядок высвобождения

1,2 0,6242 0,981 нефиковских
5,5 0,8345 0,996 нефиковские
7,5 0,7752 0,984 нефиковские

U 8 8 0,75 0,75 1.2 0.7529 0.978 Non Fickian
5.5 0.8673 0,990 нефиковская
7,5 0,7868 0,987 нефиковская

U 9 1,2 0,7591 0,992 нефиковские
5,5 0,8765 0,994 нефиковские
7,5 0,7847 0,979 нефиковские




4.ИК-Фурье-спектроскопия

Для оценки функциональных групп в мономере и полимере (AA и Ge) и подтверждения образования сшитых сетей из гидрогелей с EGDMA образцы анализировали с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR). FTIR-спектры желатина, акриловой кислоты, гидрогеля AA/желатина, гидрогеля AA/желатина, содержащего лекарственное средство, и фенирамина малеата показаны на рисунке 18. В FTIR-спектрах желатина, как показано на рисунке 18  (A), пик поглощения при 3321 см −1 приписывается растяжению NH.Пики при 3060 и 2948 см -1 относятся к растяжению С-Н. Пик при 1664 см -1 относится к полосе поглощения амида I, а при 1539 см -1 соответствует полосе поглощения амида II [38]. FTIR-спектры чистой АК показаны на рисунке 18  (B). Пик поглощения акриловой кислоты при 3425 см −1 соответствует растяжению O–H, 1691 см −1 соответствует растяжению C=O, 1573 см −1 соответствует изгибу C=O в –COOH, 1319 см −1 – для растяжения С–С.Спектр FTIR гидрогеля AA/Ge отличается от спектров чистого Ge и AA, как показано на рисунке 18  (C). Для гидрогеля AA/Ge без лекарственного вещества пики поглощения вибрации при 3060 и 2948 см -1 ослабли или исчезли после химической сшивки с EGDMA. Это ослабление пика поглощения и изменение удлинения С-С между 1200 и 1350 подтверждает образование гидрогеля. Из FTIR-спектров гидрогеля, содержащего лекарство, показанного на рисунке 18  (D), видно, что нет заметного сдвига основных пиков, что показывает отсутствие химического взаимодействия между полимерами и лекарственным средством, загруженным в гидрогель.На рисунке 18  (E) показаны FTIR-спектры чистого лекарственного средства.


4.1. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)

Морфологию взаимопроникающих гидрогелей изучали с помощью поверхностной электронной микроскопии. На рисунках 19(a) и 19(b) показана морфология поверхности ненагруженного образца и образца гидрогеля AA/желатина, нагруженного малеатом фенирамина. Было замечено, что SEM-графики образца гидрогеля содержат поры, которые облегчают прилипание лекарственного средства к взаимопроникающей сети гидрогеля.На рис. 19(b) показаны диспергированные белые частицы при большом увеличении по всей сети гидрогеля, что относится к модельному лекарственному средству, загруженному в эти образцы гидрогеля.


(a) Без нагрузки
(b) С нагрузкой
(a) Без нагрузки
(b) С нагрузкой
путем свободнорадикальной полимеризации с использованием диметакрилата этиленгликоля (ЭГДМА) в качестве сшивающего агента в качестве носителя для водорастворимых лекарственных средств.Для исследования поведения, чувствительного к pH, образцы гидрогеля подвергали экспериментам по набуханию в фосфатных буферных растворах USP с различными значениями pH. Установлено, что на набухание полимерной сетки влияют состав и рН среды набухания. Коэффициенты набухания этих гидрогелей регулярно меняются при изменении концентрации мономера, полимера и сшивающего агента. Установлено, что коэффициенты набухания уменьшаются по мере увеличения концентрации полимера и сшивающего агента в составе образцов.В то время как с увеличением содержания акриловой кислоты в композиции увеличивается коэффициент динамического и равновесного набухания за счет электростатического отталкивания между карбоксилат-ионами (СОО
), что приводит к отталкиванию цепей и, в свою очередь, к набуханию сетки при более высоких значениях рН. Набухание и высвобождение лекарственного средства уменьшались с увеличением концентрации сшивающего агента из-за более плотной структуры гидрогеля. Высвобождение лекарственного средства из гидрогеля зависит от состава, а также от pH среды для набухания.В фосфатном буфере с рН 7,5 скорость высвобождения лекарственного средства была выше по сравнению с другими значениями рН. Гель-фракция образцов увеличивалась с увеличением концентрации мономера, полимера и сшивающего агента. Пористость гидрогелей увеличивалась с увеличением содержания акриловой кислоты и желатина и уменьшалась с увеличением содержания в гелях EGDMA. Было обнаружено, что механизм высвобождения лекарственного средства не является фиковским для гидрогелей AA/желатина. Был сделан вывод, что эти полимерные сетки чувствительны к рН и способны реагировать на условия окружающей среды.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы выражают признательность фармацевтическому факультету Университета Б.З. за предоставление лабораторного оборудования и директору Централизованной ресурсной лаборатории физического факультета Пешаварского университета за предоставление им средств SEM.

Динамический гидрогель, используемый для изготовления компонентов «мягких роботов» и строительных блоков, подобных LEGO

Гидрогелевые строительные блоки, похожие на LEGO, с крошечными жидкостными каналами можно собрать в сложные микрофлюидные устройства, а затем плотно скрепить вместе.Предоставлено: Лаборатория Вонга / Университет Брауна.

Используя новый тип двойного полимерного материала, способного динамически реагировать на окружающую среду, исследователи Университета Брауна разработали набор модульных гидрогелевых компонентов, которые могут быть полезны в различных «мягких роботах» и биомедицинских приложениях.

Компоненты, напечатанные на 3D-принтере, способны изгибаться, скручиваться или слипаться в ответ на обработку определенными химическими веществами.В статье, опубликованной в журнале Polymer Chemistry , исследователи продемонстрировали мягкий захват, способный срабатывать по требованию для захвата мелких предметов. Они также разработали строительные блоки из гидрогеля, похожие на LEGO, которые можно аккуратно собрать, а затем плотно скрепить вместе, чтобы сформировать индивидуальные микрофлюидные устройства — системы «лаборатория на чипе», используемые для скрининга лекарств, культивирования клеток и других приложений.

По словам исследователей, ключом к функциональности нового материала является его двойной полимерный состав.

«По сути, один полимер обеспечивает структурную целостность, в то время как другой обеспечивает такое динамическое поведение, как изгибание или самоклейка», — сказал Томас Валентин, недавно получивший степень доктора философии. студент Инженерной школы Брауна и ведущий автор статьи. «Таким образом, соединение этих двух вещей дает материал, который больше, чем сумма его частей».

Гидрогели затвердевают, когда нити полимера внутри них связываются друг с другом, этот процесс называется сшиванием. Существует два типа связей, которые удерживают сшитые полимеры вместе: ковалентная и ионная.Ковалентные связи достаточно прочны, но необратимы. Когда две нити связаны ковалентно, их легче разорвать, чем разорвать связь. Ионные связи, с другой стороны, не такие прочные, но их можно обратить. Добавление ионов (атомов или молекул с суммарным положительным или отрицательным зарядом) приведет к образованию связей. Удаление ионов приведет к разрушению связей.

Новый гидрогелевый материал способен динамично реагировать на окружающую среду. В присутствии ионов железа материал изгибается сам по себе, в данном случае закрывая захват, который может поднимать мелкие предметы. Предоставлено: Лаборатория Вонга / Университет Брауна.

Для этого нового материала исследователи объединили один ковалентно сшитый полимер, называемый PEGDA, и полимер, сшитый ионным способом, называемый PAA.Сильные ковалентные связи PEGDA удерживают материал вместе, а ионные связи PAA делают его чувствительным. Помещение материала в среду, богатую ионами, вызывает сшивание ПАК, что означает, что он становится более жестким и сжимается. Уберите эти ионы, и материал размякнет и набухнет, когда ионные связи разорвутся. Тот же процесс также позволяет материалу быть самоклеящимся, когда это необходимо. Соедините две отдельные части вместе, добавьте немного ионов, и части плотно сцепятся друг с другом.

Сочетание прочности и динамичности позволило исследователям создать мягкий захват.Они сформировали каждый из «пальцев» захвата так, чтобы с одной стороны был чистый ПЭГДА, а с другой — смесь ПЭГДА-ПАА. Добавление ионов вызвало сжатие и укрепление стороны PEGDA-PAA, что сблизило два пальца захвата. Исследователи показали, что установка была достаточно прочной, чтобы поднимать небольшие объекты весом около грамма и удерживать их против силы тяжести.

«Существует большой интерес к материалам, которые могут изменять свою форму и автоматически адаптироваться к различным условиям», — сказал Ян И.Вонг, доцент инженерных наук и автор-корреспондент статьи. «Итак, здесь мы демонстрируем материал, который может изгибаться и перестраиваться в ответ на внешний раздражитель».

Но исследователи говорят, что потенциально более непосредственное применение находится в микрофлюидике.

Гидрогели являются привлекательным материалом для микрожидкостных устройств, особенно используемых в биомедицинских испытаниях. Они мягкие и гибкие, как человеческие ткани, и в целом нетоксичны. Проблема в том, что гидрогелям часто трудно создать сложные каналы и камеры, необходимые в микрофлюидике.

Новый вид гидрогелевого материала, разработанный в Брауне, обладает способностью динамично реагировать на окружающую среду — изгибаться, скручиваться и самоклеиться по требованию. Выше исследователи продемонстрировали самоклеящееся поведение на хвосте 3D-печатной саламандры из гидрогеля. Самослипание также использовалось для изготовления строительных блоков из гидрогеля, которые соединялись друг с другом, как блоки LEGO. Предоставлено: Лаборатория Вонга / Университет Брауна.

Но этот новый материал и концепция блоков LEGO, которую он позволяет, предлагают потенциальное решение.Процесс 3D-печати позволяет включать в каждый блок сложную микрожидкостную архитектуру. Затем эти блоки можно собрать, используя конфигурацию сокетов, очень похожую на настоящие блоки LEGO. Добавление ионов к собранным блокам создает водонепроницаемое уплотнение.

«Модульные блоки LEGO интересны тем, что мы можем создать готовый набор инструментов для микрожидкостных устройств», — сказал Валентин. «Вы держите под рукой множество предустановленных деталей с различными микрофлюидными архитектурами, а затем просто берете те, которые вам нужны, чтобы создать собственную микрофлюидную схему.Затем вы исцеляете их вместе, и все готово к работе.»

Исследователи утверждают, что хранение блоков в течение длительного времени перед использованием не представляет проблемы.

«Некоторым из образцов, которые мы протестировали для этого исследования, было три или четыре месяца», — сказал Эрик Дюбуа, студент Брауна и соавтор статьи. «Поэтому мы думаем, что они могут оставаться пригодными для использования в течение длительного периода времени».

Исследователи говорят, что они продолжат работу с материалом, потенциально изменяя свойства полимеров, чтобы сделать их еще более прочными и функциональными.


Исследователи создают новый «умный» материал с потенциальным биомедицинским и экологическим применением
Дополнительная информация: Томас М. Валентин и др., Самоклеящиеся гидрогели PEGDA-PAA, напечатанные на 3D-принтере, как модульные компоненты для мягких приводов и микрофлюидики, Polymer Chemistry (2019).DOI: 10.1039/C9PY00211A Предоставлено Университет Брауна

Цитата : Динамический гидрогель используется для изготовления компонентов «мягкого робота» и строительных блоков, подобных LEGO (21 марта 2019 г.) получено 17 февраля 2022 г. с https://физ.org/news/2019-03-dynamic-hydrogel-soft-robot-components.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Динамический гидрогель, используемый для изготовления компонентов «мягкого робота» и строительных блоков, подобных LEGO

Повторное прикрепление: новый вид гидрогелевого материала, разработанный в Брауне, обладает способностью динамически реагировать на окружающую среду — изгибаться, скручиваться и самоклеиться по требованию.Выше исследователи продемонстрировали самоклеящееся поведение на хвосте 3D-печатной саламандры из гидрогеля. Самослипание также использовалось для изготовления строительных блоков из гидрогеля, которые соединялись друг с другом, как блоки LEGO.
Лаборатория Вонга / Университет Брауна

ПРОВИДЕНС, Род-Айленд [Университет Брауна] — Используя новый тип двойного полимерного материала, способного динамически реагировать на окружающую среду, исследователи Университета Брауна разработали набор модульных гидрогелевых компонентов, которые могут быть полезны. в различных «мягких роботах» и биомедицинских приложениях.

Компоненты, напечатанные на 3D-принтере, способны изгибаться, скручиваться или слипаться в ответ на обработку определенными химическими веществами. В статье, опубликованной в журнале Polymer Chemistry, исследователи продемонстрировали мягкий захват, способный срабатывать по требованию для захвата мелких предметов. Они также разработали строительные блоки из гидрогеля, похожие на LEGO, которые можно аккуратно собрать, а затем плотно скрепить вместе, чтобы сформировать индивидуальные микрожидкостные устройства — системы «лаборатория на чипе», используемые для скрининга лекарств, культивирования клеток и других приложений.

По словам исследователей, ключом к функциональности нового материала является его двойной полимерный состав.

«По сути, один полимер обеспечивает структурную целостность, в то время как другой обеспечивает такое динамическое поведение, как изгибание или самоклейка», — сказал Томас Валентин, недавно получивший степень доктора философии. студент Инженерной школы Брауна и ведущий автор статьи. «Поэтому соединение двух вместе дает материал, который больше, чем сумма его частей».

Гидрогели затвердевают, когда нити полимера внутри них связываются друг с другом, этот процесс называется сшиванием.Существует два типа связей, которые удерживают сшитые полимеры вместе: ковалентная и ионная. Ковалентные связи достаточно прочны, но необратимы. Когда две нити связаны ковалентно, их легче разорвать, чем разорвать связь. Ионные связи, с другой стороны, не такие прочные, но их можно обратить. Добавление ионов (атомов или молекул с суммарным положительным или отрицательным зарядом) приведет к образованию связей. Удаление ионов приведет к разрушению связей.

Для этого нового материала исследователи объединили один ковалентно сшитый полимер, называемый PEGDA, и полимер, сшитый ионным способом, называемый PAA.Сильные ковалентные связи PEGDA удерживают материал вместе, а ионные связи PAA делают его чувствительным. Помещение материала в среду, богатую ионами, вызывает сшивание ПАК, что означает, что он становится более жестким и сжимается. Уберите эти ионы, и материал размякнет и набухнет, когда ионные связи разорвутся. Тот же процесс также позволяет материалу быть самоклеящимся, когда это необходимо. Соедините две отдельные части вместе, добавьте немного ионов, и части плотно сцепятся друг с другом.

Покадровое изображение показывает срабатывание мягкого захвата.

Сочетание прочности и динамичности позволило исследователям создать мягкий захват. Они сформировали каждый из «пальцев» захвата так, чтобы с одной стороны был чистый ПЭГДА, а с другой — смесь ПЭГДА-ПАА. Добавление ионов вызвало сжатие и укрепление стороны PEGDA-PAA, что сблизило два пальца захвата. Исследователи показали, что установка была достаточно прочной, чтобы поднимать небольшие объекты весом около грамма и удерживать их против силы тяжести.

«Существует большой интерес к материалам, которые могут изменять свою форму и автоматически адаптироваться к различным условиям, — сказал Ян И.Вонг, доцент инженерных наук и автор-корреспондент статьи. «Итак, здесь мы демонстрируем материал, который может изгибаться и перестраиваться в ответ на внешний раздражитель».

Но исследователи говорят, что потенциально более непосредственное применение находится в микрофлюидике.

Гидрогели являются привлекательным материалом для микрожидкостных устройств, особенно используемых в биомедицинских испытаниях. Они мягкие и гибкие, как человеческие ткани, и в целом нетоксичны. Проблема в том, что гидрогелям часто трудно создать сложные каналы и камеры, необходимые в микрофлюидике.

Но этот новый материал и концепция блоков LEGO, которые он позволяет использовать, предлагают потенциальное решение. Процесс 3D-печати позволяет включать в каждый блок сложную микрожидкостную архитектуру. Затем эти блоки можно собрать, используя конфигурацию сокетов, очень похожую на настоящие блоки LEGO. Добавление ионов к собранным блокам создает водонепроницаемое уплотнение.

Гидрогелевые строительные блоки, похожие на LEGO, с крошечными жидкостными каналами можно собрать в сложные микрофлюидные устройства, а затем плотно скрепить вместе.

«Модульные блоки LEGO интересны тем, что мы можем создать сборный набор инструментов для микрожидкостных устройств», — сказал Валентин. «Вы держите под рукой множество предустановленных частей с различными микрофлюидными архитектурами, а затем просто берете те, которые вам нужны, чтобы создать свою собственную микрофлюидную схему. Затем вы исцеляете их вместе, и все готово».

Исследователи говорят, что хранение блоков в течение длительного времени перед использованием не представляет проблемы.

«Некоторым из образцов, которые мы тестировали для этого исследования, было три или четыре месяца», — сказал Эрик Дюбуа, студент Брауна и соавтор статьи.«Поэтому мы считаем, что они могут оставаться пригодными для использования в течение длительного периода времени».

Исследователи говорят, что они продолжат работу с материалом, потенциально изменяя свойства полимеров, чтобы получить еще большую долговечность и функциональность.

Другими авторами статьи были Кэтрин Махницки, Дхананджай Бхаскар и Фрэнсис Куи.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.