Hydrogel (Hydrogel) ist eine Art äußerst hydrophiles dreidimensionales Netzwerkgel, das schnell in Wasser auflöst und in diesem Auflösungszustand große Mengen an Wasser ohne Auflösung aufrechterhalten kann.

Hydrogel Klassifizierung

Durch das Vorhandensein von Vernetzungen kann das Hydrogel aufblasen und große Mengen an Wasser halten, die Wasseraufnahme ist eng mit der Vernetzung verbunden. Je höher die Vernetzung ist, desto geringer die Wasseraufnahme. Diese Eigenschaft ähnelt einer weichen Organisation. Der Wassergehalt im Hydrogel kann bis zu ein paar Prozent oder bis zu 99 Prozent liegen. Der Zustand des Gels ist weder fest noch flüssig. Das Verhalten von Feststoffen ist, dass unter bestimmten Bedingungen eine bestimmte Form und ein bestimmtes Volumen aufrechterhalten werden können, und das Verhalten von Flüssigkeiten ist, dass sich das Lösungsmittel aus dem Hydrogel ausbreiten oder durchdringen kann.

Jedes wasserlösliche oder hydrophile Polymer kann durch eine bestimmte chemische oder physikalische Vernetzung ein Hydrogel bilden. Diese Polymere können nach ihrer Quelle in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: natürliche und synthetische. Natürliche hydrophile Polymere umfassen Polysaccharide (Stärke, Zellulose, Algensäure, Transparentensäure, Schalenpolysaccharide usw.) und Polypeptide (Kollagen, PolyL-Lysin, PolyL-Glutaminsäure usw.). Die synthetischen hydrophilen Polymere umfassen Alkohol, Acrylsäure und ihre Derivate (Polyacrylsäure, Polymethylacrylsäure, Polyacrylamid, PolyN-Polyacrylamid usw.).

01 Physikalische und chemische Gele

Es gibt verschiedene Klassifizierungsmethoden für Hydrogele, die je nach der Bindung des Hydrogelnetzes in physikalische und chemische Gele unterteilt werden können. Physikalisches Gel wird durch physikalische Kräfte wie elektrostatische Wirkung, Wasserstoffbindungen, Kettenwicklung usw. gebildet, dieses Gel ist nicht permanent und kann durch Erwärmung in eine Lösung umgewandelt werden, also auch als falsches Gel oder thermisch reversibles Gel bekannt. Viele natürliche Polymere haben einen stabilen Gelzustand bei normaler Temperatur, wie z. B. K2-Typ-Hornfabelgel, Agal usw.; In synthetischen Polymeren ist Polyethylanol (PVA) ein typisches Beispiel, bei dem ein stabiles Hydrogel bei unter 60 ° C nach einer Gefrierschmelzbehandlung erhalten wird. Chemische Gele sind dreidimensionale Netzwerkpolymere, die durch chemische Bindungen gebildet werden, die permanent sind und auch als echte Gele bekannt sind.

02 Makrogel und Mikrogel

Abhängig von der Größe und Form des Hydrogels gibt es ein Makrogel und ein Mikrogel (Mikrokugel), je nach Form können verschiedene Makrogele in säulenförmige, poröse schwammenförmige, faserförmige, membranförmige, kugelförmige usw. unterteilt werden.

03 Traditionelle und umweltfreundliche Hydrogele

Abhängig von der Reaktion des Hydrogels auf äußere Reize kann in zwei Kategorien unterteilt werden: herkömmliches Hydrogel und umweltsempfindliches Hydrogel. Traditionelle Hydrogele sind nicht empfindlich für Veränderungen in der Umgebung wie Temperatur oder pH-Wert, während umweltsempfindliche Hydrogele sich auf kleine Veränderungen oder Reize in der äußeren Umgebung (wie Temperatur, pH, Licht, Elektrizität, Druck usw.) beziehen und die entsprechende physikalische Struktur und chemische Veränderungen oder sogar Mutationen erzeugen können. Das herausragende Merkmal dieses Gels ist, dass sich sein Aufblasverhalten während der Reaktion auf die Umgebung erheblich ändert, und die Nutzung dieser Stimulationsreaktionseigenschaften kann es als Sensor, Steuerschalter usw. verwenden, was seit 1985 eines der am meisten interessierten Themen für Forscher ist.

04 Synthetische Polymere und natürliche Polymere Hydrogel

Je nach synthetischem Material unterteilt sich das Hydrogel in synthetisches Polymerhydrogel und natürliches Polymerhydrogel. Natürliche Polymere ziehen aufgrund ihrer besseren Biokompatibilität, ihrer Umweltempfindlichkeit und ihrer reichen Quellen und niedrigen Preise immer mehr Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern. Natürliche Polymerenmaterialien haben jedoch eine schlechte Stabilität und sind leicht abbaubar.

Anwendung von Hydrogel

Als Material mit hoher Wasseraufnahme und hoher Wasserretention wird Hydrogel weit verbreitet in einer Vielzahl von Bereichen verwendet, wie: Dürrenbeständigkeit in trockenen Gebieten, Masken in Kosmetik, Abheizungskleber, Schmerzmittel, landwirtschaftliche Filme, Verkostungsverhinderungsmittel in Gebäuden, Feuchtigkeitsmittel, Wasserverstopfungsmittel in der Petrochemie, Entwässerung von Rohöl oder Fertigprodukten, Staubdämpfer in Bergbau, Konservierungsmittel in Lebensmitteln, Verdickungsmittel, Medizinträger und vieles mehr. Es ist erwähnenswert, dass verschiedene Anwendungsbereiche unterschiedliche polymere Rohstoffe wählen sollten, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen.

Hydrogel Biokompatibilität, Bioabbaubarkeit, hohe Wasserabsorption, Wasserretention Eigenschaften machen es weit verbreitet für Umwelttechnik, flexible Sensing, Elektrochemie und viele andere Bereiche, vor allem im biomedizinischen Bereich, einschließlich Gewebetechnik, Arzneimittelförderungssysteme, Wundbandage, Biosensoren, Kontaktlinsen, künstliche Zellen und andere, hat eine breite Anwendung.

Beispielsweise ist die dreidimensionale Struktur des Hydrogels ähnlich wie die extrazelluläre Matrix vieler Gewebe, während in der Gewebetechnik bestimmte Zellen als entsprechende Organe auf einem geeigneten Stütz kultiviert werden müssen.

Während die Hydrogel-gesteuerte poröse Struktur für die langsame und stationäre Freisetzung von Medikamenten in Dosiersystemen verwendet werden kann, ermöglicht es ihm, eine Vielzahl von Medikamenten zu transportieren und Bewegung an bestimmte Stellen zu migrieren. Gleichzeitig erzeugen intelligente Hydrogele unterschiedliche Auflösungsreaktionen, wenn sie durch pH, Enzyme und andere Umweltstimulierungen stimuliert werden, um Medikamente mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten freizugeben.

Hydrogel als neues Funktionsmaterial hat eine hohe Wasseraufnahme, gute Biokompatibilität, Flexibilität und andere Eigenschaften, die durch die Auswahl verschiedener Materialien sowie Modifikationen, Kompositionen und andere Mittel spezifische Eigenschaften wie Selbstheilbarkeit, Umweltreaktionseigenschaften etc. verleihen. Daher gibt es unzählige Studien zum Thema Hydrogel. Gleichzeitig werden Hydrogele und ihre Derivate in allen Bereichen zunehmend weit verbreitet, und ihr Forschungswert ist nicht darauf beschränkt, was auch die Ursache seines Brandes ist.

Fujitsu Gefriertrocknerlabor

Experimentelle Probe: Hydrogel

Zweck des Experiments: Gefriertrocknen aller Feuchtigkeit, schwammförmig

Testgeräte: Mercury-Serie

Versuchsprozess:

1. Hydrogel-80 ° C vorgefriert 4h oder flüssiger Stickstoff Schnellgefriert.

2. Öffnen Sie den Gefriertrockner vor der Kühlung, legen Sie das vorgefrorene Hydrogel auf die Trennplatte und öffnen Sie das Vakuum.

3. Gefriertrockner Verfahren ist: Sublimationsverfahren -40 ℃ ~ 25 ℃, Vakuumgrad 2Pa, Zeit 30h.

Nach Abschluss des Verfahrens wird die gefriergetrocknete Probe entnommen, gelagert oder nachfolgende Versuche durchgeführt.

Vor dem Einfrieren:

Gefriertrocknet:

Nach dem Gefrieren:

Hydrogel SEM

Nach dem Gefriertrocknen schwammförmig, um den idealen Effekt zu erreichen.