موضوع مقاله: هیدروژل‌های خودترمیم‌کننده | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # هیدروژل‌های خودترمیم‌کننده | مقدمه: هیدروژل‌ها از مونومرهای آب‌دوست از طریق رشد زنجیره‌ای یا مرحله‌ای، همراه با یک عامل اتصال‌دهنده عرضی (Crosslinker) برای تقویت تشکیل شبکه، سنتز می‌شوند. | ## بخش 1: هیدروژل‌های خودترمیم‌کننده | ساختار شبکه‌ای همراه با نواقص حفره‌ای، توانایی هیدروژل را برای جذب مقادیر زیادی آب از طریق پیوند هیدروژنی افزایش می‌دهد. در نتیجه، هیدروژل‌ها (از جمله انواع خودترمیم‌شونده) خواص مکانیکی مشخصِ سفت و در عین حال کشسان (الاستیک) پیدا می‌کنند. خودترمیم‌شوندگی به تشکیل خودبه‌خودی پیوندهای جدید در هنگام شکسته شدن پیوندهای قدیمی در یک ماده اشاره دارد. ساختار هیدروژل همراه با نیروهای جاذبه الکترواستاتیک، تشکیل پیوند جدید را از طریق زنجیره‌های جانبی آویزان کووالانسی بازسازنده یا پیوند هیدروژنی غیرکووالانسی هدایت می‌کند. این خواصِ شبیه به بافت زنده، انگیزه تحقیق و توسعه هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده را در زمینه‌هایی مانند مهندسی بافت بازسازی‌کننده به عنوان داربست، و همچنین استفاده در کاربردهای غیرفعال و پیشگیرانه ایجاد کرده است. سنتز تنوعی از روش‌های مختلف پلیمریزاسیون (بسپارش) ممکن است برای سنتز زنجیره‌های پلیمری که هیدروژل‌ها را تشکیل می‌دهند، استفاده شود. بنا به تعریف، یک ژل پلیمری اتصال عرضی‌یافته، یک درشت‌مولکول است که حلال قادر به حل کردن آن نیست. به دلیل دامنه‌های پلیمری ایجاد شده توسط اتصال عرضی در ریزساختار ژل، هیدروژل‌ها در سیستم حلال انتخاب شده همگن نیستند. بخش‌های زیر روش‌های شیمیایی و فیزیکی که توسط آن‌ها هیدروژل‌ها اتصال عرضی می‌یابند را خلاصه می‌کند. اتصال عرضی شیمیایی روش فرایند پلیمریزاسیون رادیکالی پلیمریزاسیون رادیکالی روشی از پلیمریزاسیون رشد زنجیره‌ای است. هم پلیمریزاسیون رادیکال آزاد و هم اخیراً، پلیمریزاسیون رادیکال کنترل‌شده برای تهیه هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده استفاده شده‌اند. تعدادی از پلیمریزاسیون‌های رادیکال کنترل‌شده که در حال حاضر برای سنتز هیدروژل خودترمیم‌شونده استفاده می‌شوند عبارتند از: پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم (ATRP) پلیمریزاسیون انتقال زنجیر برگشت‌پذیر با افزایش-قطعه‌شدن (RAFT). هر دو روش آنیونی و کاتیونی از حساسیت شدید نسبت به محیط‌های آبی رنج می‌برند و بنابراین، در سنتز هیدروژل‌های پلیمری استفاده نمی‌شوند. آب حفره‌های موجود در شبکه را اشغال می‌کند و به هیدروژل خواص سطحی مشخص آن را می‌دهد. مونومرهای محلول در آب می‌توانند با استفاده از عوامل اتصال‌دهنده عرضی مانند TEMED به هیدروژل تبدیل شوند. عوامل اتصال‌دهنده چندعاملی با گروه‌های عاملی مونومر در یک واکنش افزایشی مرحله‌ای واکنش می‌دهند. مانند پلیمریزاسیون افزایشی، گروه‌های عاملی به صورت مرحله‌ای واکنش می‌دهند تا یک شبکه ژل با پیوند کووالانسی تشکیل دهند. پلی‌اورتان‌ها، پلی‌استرها یا پلیمرهای نایلون معمولاً برای کاربردهای هیدروژل سنتز می‌شوند. پلیمریزاسیون پرتو گاما و الکترونی تابش الکترومغناطیسی با انرژی بالا می‌تواند انتهای زنجیره مونومر یا پلیمر محلول در آب را بدون افزودن اتصال‌دهنده عرضی، به هم متصل کند. در طول تابش، با استفاده از پرتو گاما یا الکترونی، محلول‌های آبی مونومرها برای تشکیل هیدروژل پلیمریزه می‌شوند. پلیمریزاسیون‌های پرتو گاما و الکترونی مدل‌های آغاز، انتشار و پایان موجود در پلیمریزاسیون رادیکال آزاد را دنبال می‌کنند. در این فرایند، رادیکال‌های هیدروکسیل تشکیل می‌شوند و پلیمریزاسیون رادیکال آزاد را در میان مونومرهای وینیل آغاز می‌کنند که به سرعت به روش افزایش زنجیره‌ای منتشر می‌شوند. این فرایند نسبت به سایر روش‌های اتصال عرضی مزیتی دارد چرا که می‌تواند در دمای اتاق و در pH فیزیولوژیک بدون استفاده از عوامل اتصال‌دهنده عرضی سمی و سخت برای حذف، انجام شود. اتصال عرضی فیزیکی روش فرایند برهم‌کنش‌های یونی با استفاده از برهم‌کنش‌های یونی، فرایند می‌تواند در شرایط ملایم، در دمای اتاق و pH فیزیولوژیک انجام شود. تبلور (کریستالیزاسیون) این روش مختص استفاده از پلی(وینیل الکل) (PVA) است که در آن محلول آبی این پلیمر هنگام گذراندن یک فرایند انجماد-ذوب، ژلی قوی و بسیار کشسان ایجاد می‌کند. تشکیل استریوکمپلکس برای تشکیل استریوکمپلکس، هیدروژل از طریق اتصال عرضی که بین الیگومرهای اسید لاکتیک با کایرالیته مخالف تشکیل می‌شود، شکل می‌گیرد. پلی‌ساکاریدهای آب‌گریز شده نمونه‌هایی از پلی‌ساکاریدهای گزارش شده در متون علمی که برای تهیه هیدروژل‌های اتصال عرضی فیزیکی توسط اصلاح آب‌گریز (هیدروفوبیک) استفاده شده‌اند عبارتند از کیتوسان، دکستران، پولولان و کربوکسی متیل curdlan. برهم‌کنش‌های آب‌گریز منجر به تورم پلیمر و جذب آب می‌شود که هیدروژل را تشکیل می‌دهد. برهم‌کنش پروتئینی مهندسی پروتئین این امکان را برای مهندسان فراهم کرده است تا کوپلیمرهای بلوکی متوالی را تهیه کنند که شامل تکرار بلوک‌های شبه‌ابریشم و شبه‌الاستین به نام ProLastins باشد. این ProLastinها محلول‌های سیال در آب هستند که می‌توانند تحت شرایط فیزیولوژیک به دلیل تبلور دامنه‌های شبه‌ابریشم از محلول به ژل تبدیل شوند. این برهم‌کنش به کمپلکس اجازه می‌دهد تا مایعات را جذب کرده و در pH پایین متورم شود که سیستم را به ژل تبدیل می‌کند. شیمی سطح مشترک هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده پیوند هیدروژنی پیوند هیدروژنی یک نیروی بین‌مولکولی قوی است که نوع خاصی از جاذبه دوقطبی-دوقطبی را تشکیل می‌دهد. پیوندهای هیدروژنی زمانی تشکیل می‌شوند که یک اتم هیدروژن متصل به یک اتم با الکترونگاتیوی شدید، در مجاورت اتم الکترونگاتیو دیگری با یک جفت الکترون تنها قرار گیرد. پیوندهای هیدروژنی قوی‌تر از برهم‌کنش‌های دوقطبی-دوقطبی معمولی و نیروهای پراکندگی هستند اما ضعیف‌تر از پیوندهای کووالانسی و یونی باقی می‌مانند. در هیدروژل‌ها، ساختار و پایداری مولکول‌های آب به شدت تحت تأثیر این پیوندها قرار دارد. گروه‌های قطبی در پلیمر به شدت به مولکول‌های آب متصل می‌شوند و پیوندهای هیدروژنی تشکیل می‌دهند که همچنین باعث بروز اثرات آب‌گریز (هیدروفوبیک) می‌شود. از این اثرات آب‌گریز می‌توان برای طراحی هیدروژل‌های دارای اتصال عرضی فیزیکی که توانایی خودترمیم‌شوندگی دارند، بهره‌برداری کرد. اثرات آب‌گریز همراه با اثرات آب‌دوست در ساختار هیدروژل را می‌توان از طریق زنجیره‌های جانبی آویزان که واسطه پیوند هیدروژنی بین دو قطعه هیدروژل جداگانه یا در سراسر یک هیدروژل پاره شده هستند، متعادل کرد. گروه‌های دمی اسید کربوکسیلیک با یکدیگر واکنش می‌دهند تا زنجیره کربنی اصلی هیدروژل خودترمیم‌شونده را به صورت عرضی متصل کنند. علاوه بر این، گروه‌های عاملی آب‌دوست اطمینان می‌دهند که شبکه به راحتی آب را جذب می‌کند. زنجیره جانبی آویزان یک زنجیره جانبی آویزان، زنجیره‌ای هیدروکربنی است که از اسکلت اصلی پلیمر منشعب می‌شود. زنجیره‌های جانبی در سطح هیدروژل "آویزان" می‌شوند و به آن اجازه می‌دهند با سایر گروه‌های عاملی برهم‌کنش کرده و پیوندهای جدیدی تشکیل دهد. زنجیره جانبی ایده‌آل باید بلند و انعطاف‌پذیر باشد تا بتواند در سطح برای واکنش دسترسی داشته باشد، اما به اندازه کافی کوتاه باشد تا ممانعت فضایی و فروپاشی ناشی از اثر آب‌گریز را به حداقل برساند. | ## بخش 2: هیدروژل‌های خودترمیم‌کننده | در مطالعه‌ای که توسط دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو برای مقایسه توانایی ترمیم انجام شد، هیدروژل‌هایی با طول زنجیره جانبی متفاوت و محتوای اتصال عرضی مشابه مقایسه شدند و نتایج نشان داد که توانایی ترمیم هیدروژل‌ها به صورت غیریکنواخت به طول زنجیره جانبی بستگی دارد. با طول زنجیره جانبی کوتاه‌تر، دسترسی گروه کربوکسیل محدود است که واسطه‌گری پیوندهای هیدروژنی را در سراسر سطح مشترک کاهش می‌دهد. با افزایش طول زنجیره، دسترسی گروه کربوکسیل انعطاف‌پذیرتر می‌شود و پیوندهای هیدروژنی می‌توانند میانجی‌گری شوند. با این حال، وقتی طول زنجیره جانبی خیلی بلند باشد، اختلال در برهم‌کنش گروه‌های کربوکسیل و آمید که به میانجی‌گری پیوندهای هیدروژنی کمک می‌کنند، رخ می‌دهد. همچنین می‌تواند تجمع یافته و باعث فروپاشی هیدروژل شود و از وقوع ترمیم جلوگیری کند. اثرات سورفکتانت بیشتر هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده برای ایجاد خودبه‌خودی پیوندهای جدید به جاذبه الکترواستاتیک متکی هستند. جاذبه الکترواستاتیک می‌تواند با استفاده از پروتون‌دار کردن گروه‌های عاملی قطبی پوشانده شود. هنگامی که pH افزایش می‌یابد، گروه‌های عاملی قطبی پروتون‌زدایی می‌شوند و گروه عاملی قطبی را برای واکنش آزاد می‌کنند. از آنجا که هیدروژل‌ها برای خودترمیم‌شوندگی به جاذبه الکترواستاتیک متکی هستند، این فرایند می‌تواند تحت تأثیر غربالگری الکترواستاتیک قرار گیرد. اثرات تغییر در شوری را می‌توان با استفاده از نظریه گوی-چاپمن-استرن (لایه دوگانه) مدل‌سازی کرد: : پتانسیل زتا : شوری محلول : فاصله بین مولکول‌ها، اگر گروه عاملی قطبی یک مولکول و یون موجود در محلول دیگری باشد. عبارت داده شده برای ضریب شوری به شرح زیر است: : بار یون : : تعداد یون‌ها در هر متر مکعب : ثابت دی‌الکتریک حلال : ، گذردهی الکتریکی خلأ : ، ثابت بولتزمن : دمای ترمودینامیکی این اثرات هنگام در نظر گرفتن کاربرد هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده در زمینه پزشکی مهم می‌شوند. این اثرات همچنین در طول سنتز هنگام تلاش برای افزودن آب‌گریزهای (هیدروفوب‌های) بزرگ به اسکلت پلیمری آب‌دوست نقش دارند. یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه فنی استانبول نشان داده است که با افزودن الکترولیت به مقدار کافی می‌توان آب‌گریزهای بزرگ را اضافه کرد. در طول سنتز، آب‌گریزها قبل از اتصال به اسکلت پلیمری در میسل‌ها نگه داشته می‌شدند. با افزایش شوری محلول، میسل‌ها قادر به رشد و در بر گرفتن آب‌گریزهای بیشتری بودند. اگر آب‌گریزهای بیشتری در یک میسل وجود داشته باشد، حلالیت آب‌گریز افزایش می‌یابد. خواص فیزیکی خواص سطحی کشش سطحی و انرژی کشش سطحی (γ) یک ماده مستقیماً به نیروهای درون‌مولکولی و بین‌مولکولی آن مربوط می‌شود. این را می‌توان با یک معادله مدل‌سازی کرد: که در آن ΔvapU انرژی تبخیر، NA عدد آووگادرو، و a2 مساحت سطح به ازای هر مولکول است. معادله‌ای که این ویژگی را توصیف می‌کند عبارت است از: که در آن T دما است و سیستم در فشار و مساحت ثابت قرار دارد. به طور خاص برای هیدروژل‌ها، انرژی آزاد سطحی را می‌توان با استفاده از تابع انرژی آزاد فلوری-هاگینز برای هیدروژل‌ها پیش‌بینی کرد. برای هیدروژل‌ها، کشش سطحی در چندین ویژگی اضافی از جمله نسبت تورم و تثبیت نقش دارد. نسبت تورم لایه صاف را می‌توان با استفاده از معادله زیر که از نظریه انرژی آزاد سطحی فلوری-هاگینز در هیدروژل‌ها مشتق شده است، محاسبه کرد: که در آن λh نسبت تورم، μ پتانسیل شیمیایی، p فشار، kB ثابت بولتزمن، و χ و Nv ثابت‌های بدون بعد هیدروژل هستند. تغییر شکل سطحی تغییر شکل سطحی هیدروژل‌ها مهم است زیرا می‌تواند منجر به ترک‌خوردگی خودبه‌خودی شود. هر هیدروژل دارای یک طول موج مشخصه ناپایداری (λ) است که به طول الاستوکاپیلاری (کشسانی-مویینگی) بستگی دارد. هر چه طول موج ناپایداری بیشتر باشد، طول الاستوکاپیلاری ناپایداری بیشتر است، که باعث می‌شود ماده بیشتر مستعد ترک‌خوردگی باشد. طول موج مشخصه ناپایداری را می‌توان با معادله زیر مدل‌سازی کرد: که در آن H ضخامت هیدروژل است. دمای بحرانی محلول برخی از هیدروژل‌ها قادر به پاسخگویی به محرک‌ها و محیط اطراف خود هستند. هیدروژل‌های پاسخگو به دما پس از رسیدن به بالاترین یا پایین‌ترین دمای بحرانی محلول، دچار گذار فاز برگشت‌پذیر ناشی از حرارت می‌شوند. به دلیل دامنه‌های پلیمری ایجاد شده توسط اتصال عرضی، در ریزساختار ژل، هیدروژل‌ها در سیستم حلالی که در آن قرار گرفته‌اند همگن نیستند. حفره‌های موجود در ریزساختار ژل که در آن عامل اتصال‌دهنده عرضی یا مونومر در حین پلیمریزاسیون تجمع یافته است، می‌تواند باعث انتشار حلال به داخل یا خارج از هیدروژل شود. بنابراین ریزساختار هیدروژل ثابت نیست و نواقصی ایجاد می‌شود که در آن آب از خارج ژل می‌تواند در این حفره‌ها تجمع یابد. این فرایند وابسته به دما است و رفتار حلال بستگی به این دارد که آیا سیستم حلال-ژل به دمای بحرانی محلول (LCST) رسیده یا از آن عبور کرده است. LCST مرزی را تعریف می‌کند که بین آن یک ژل یا زنجیره پلیمری حلال را به یک یا دو فاز جدا می‌کند. نواحی اسپینودال و بینودال نمودار فازی پلیمر-حلال نشان‌دهنده مطلوبیت انرژی برای امتزاج هیدروژل در محلول یا جدا شدن به دو فاز است. کاربردها مصارف پزشکی هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده طیف وسیعی از کاربردها را در بر می‌گیرند. حوزه‌هایی که تحقیقات فعال در حال حاضر در آن‌ها انجام می‌شود عبارتند از: بخیه‌های قابل جذب مهندسی بافت و بازسازی دارورسانی مهندسی بافت و بازسازی داربست‌های پلیمری هیدروژل‌ها از پلیمرهای اتصال عرضی‌یافته که در آب نامحلول هستند، ایجاد می‌شوند. هیدروژل‌های پلیمری مقادیر قابل توجهی از محلول‌های آبی را جذب می‌کنند و بنابراین محتوای آب بالایی دارند. این محتوای آب بالا باعث می‌شود هیدروژل بیشتر از هر ماده دیگری برای بازسازی بافت به بافت‌های زنده بدن شبیه باشد. علاوه بر این، داربست‌های پلیمری با استفاده از هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده از نظر ساختاری شبیه به ماتریکس خارج سلولی بسیاری از بافت‌ها هستند. داربست‌ها به عنوان الگوهای مصنوعی سه‌بعدی عمل می‌کنند که در آن بافت هدف برای بازسازی، کشت داده می‌شود تا روی آن رشد کند. تخلخل بالای هیدروژل‌ها امکان انتشار سلول‌ها در حین مهاجرت و همچنین انتقال مواد مغذی و مواد زائد را از غشاهای سلولی فراهم می‌کند. این‌ها شامل تحریک مکانیکی برای ترویج رشد سلولی است، فرایندی که بر ساختار داربست فشار وارد می‌کند. این استرس ممکن است منجر به پارگی موضعی داربست شود که برای فرایند بازسازی مضر است. | ## بخش 3: هیدروژل‌های خودترمیم‌کننده | در یک داربست هیدروژل خودترمیم‌شونده، داربست‌های پاره شده توانایی ترمیم موضعی ساختار سه‌بعدی آسیب‌دیده خود را دارند. تحقیقات فعلی در حال بررسی اثربخشی استفاده از انواع مختلف داربست‌های هیدروژل برای مهندسی بافت و بازسازی شامل هیدروژل‌های مصنوعی، هیدروژل‌های بیولوژیکی و هیدروژل‌های بیوهیبریدی است. در سال ۲۰۱۹، محققان بیپلاب سرکار و ویوک کومار از مؤسسه فناوری نیوجرسی یک هیدروژل پپتیدی خودآرا را توسعه دادند که در افزایش رشد مجدد عروق خونی و بقای نورون‌ها در موش‌های مبتلا به آسیب‌های مغزی تروماتیک (TBI) موفقیت‌آمیز بوده است. با تطبیق هیدروژل برای شباهت زیاد به بافت مغز و تزریق آن به نواحی آسیب‌دیده مغز، مطالعات محققان بهبود تحرک و شناخت را تنها پس از یک هفته درمان نشان داده است. اگر آزمایش‌ها همچنان موفقیت‌آمیز باشند، این هیدروژل پپتیدی ممکن است برای آزمایش‌های انسانی و در نهایت استفاده گسترده در جامعه پزشکی به عنوان درمانی برای TBI تأیید شود. این هیدروژل همچنین پتانسیل تطبیق با سایر اشکال بافت در بدن انسان و ترویج بازسازی و بهبودی از سایر آسیب‌ها را دارد. هیدروژل‌های مصنوعی هیدروژل‌های پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) هیدروژل‌های پلی (۲-هیدروکسی اتیل متاکریلات) (PHEMA) پلیمرهای پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) مواد مصنوعی هستند که می‌توانند برای تشکیل هیدروژل اتصال عرضی یابند. هیدروژل‌های PEG برای بدن سمی نیستند، پاسخ ایمنی ایجاد نمی‌کنند و توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده برای استفاده بالینی تأیید شده‌اند. سطوح پلیمرهای PEG به راحتی با توالی‌های پپتیدی اصلاح می‌شوند که می‌توانند سلول‌ها را برای چسبندگی جذب کنند و بنابراین می‌توانند برای بازسازی بافت استفاده شوند. RNTها می‌توانند ساختارهای پوستی مانند کلاژن و کراتین را تقلید کنند و هنگام تزریق به بدن خودآرایی کنند. این نوع هیدروژل برای استفاده در بازسازی پوست مورد بررسی قرار گرفته و نتایج امیدوارکننده‌ای مانند تکثیر فیبروبلاست و کراتینوسیت نشان داده است. هیدروژل‌های بیولوژیکی هیدروژل‌های بیولوژیکی از اجزای موجود در بافت‌های بدن مانند کلاژن، اسید هیالورونیک (HA) یا فیبرین مشتق می‌شوند. کلاژن، HA و فیبرین اجزایی هستند که به طور طبیعی در ماتریکس خارج سلولی پستانداران وجود دارند. کلاژن جزء اصلی ساختاری در بافت‌ها است و از قبل حاوی دامنه‌های سیگنال‌دهی سلولی است که می‌تواند رشد سلول را تقویت کند. برای تقویت مکانیکی کلاژن به یک هیدروژل، باید به صورت شیمیایی اتصال عرضی یابد، با استفاده از نور UV یا دما اتصال عرضی یابد، یا با سایر پلیمرها مخلوط شود. هیدروژل‌های هیبریدی هیدروژل‌های هیبریدی مواد مصنوعی و بیولوژیکی را ترکیب می‌کنند و از بهترین خواص هر یک بهره می‌برند. پلیمرهای مصنوعی به راحتی قابل تنظیم هستند و می‌توانند برای عملکردهای خاص مانند زیست‌سازگاری متناسب شوند. پلیمرهای بیولوژیکی مانند پپتیدها نیز دارای خواص مطلوبی مانند اختصاصیت اتصال و میل ترکیبی بالا برای سلول‌ها و مولکول‌های خاص هستند. هیبریدی از این دو نوع پلیمر امکان ایجاد هیدروژل‌هایی با خواص جدید را فراهم می‌کند. نمونه‌ای از هیدروژل هیبریدی شامل پلیمری است که به صورت مصنوعی با چندین دامنه پپتیدی ایجاد شده است. نانوساختارهای فیبر یکپارچه هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده مبتنی بر پپتید ممکن است به صورت انتخابی بر روی مواد نانوفیبر رشد داده شوند که سپس می‌توانند در هدف بافت بازسازی‌کننده مورد نظر گنجانده شوند. چارچوب هیدروژل سپس به صورت شیمیایی اصلاح می‌شود تا چسبندگی سلول به داربست پپتید نانوفیبر را تقویت کند. از آنجا که رشد داربست ماتریکس خارج سلولی وابسته به pH است، هنگام انتخاب ماده داربست‌بندی، مواد انتخاب شده باید از نظر پاسخ به pH فاکتورگیری شوند. دارورسانی تورم و زیست‌چسبندگی هیدروژل‌ها را می‌توان بر اساس محیط سیالی که در بدن به آن معرفی می‌شوند، کنترل کرد. این خواص آن‌ها را برای استفاده به عنوان دستگاه‌های کنترل‌شده دارورسانی عالی می‌کند. محل چسبندگی هیدروژل در بدن با شیمی آن و واکنش‌ها با بافت‌های اطراف تعیین می‌شود. اگر از طریق دهان معرفی شود، هیدروژل می‌تواند به هر جایی در دستگاه گوارش از جمله دهان، معده، روده کوچک یا روده بزرگ بچسبد. چسبندگی در یک منطقه هدف‌گذاری شده خاص باعث دارورسانی موضعی و افزایش غلظت داروی جذب شده توسط بافت‌ها می‌شود. هیدروژل‌های هوشمند در دارورسانی هیدروژل‌های هوشمند به محرک‌هایی مانند تغییرات دما یا pH حساس هستند. تغییرات در محیط، خواص تورم هیدروژل‌ها را تغییر می‌دهد و می‌تواند باعث افزایش یا کاهش انتشار داروی آغشته شده در الیاف شود. نمونه‌ای از این هیدروژل‌هایی هستند که انسولین را در حضور سطوح بالای گلوکز در جریان خون آزاد می‌کنند. در حضور گلوکز، گلوکز اکسیداز واکنشی را کاتالیز می‌کند که به افزایش سطوح H+ ختم می‌شود. این یون‌های H+ pH محیط اطراف را افزایش می‌دهند و بنابراین می‌توانند باعث تغییری در هیدروژل هوشمند شوند که آزادسازی انسولین را آغاز کند. سایر کاربردها اگرچه تحقیقات در حال حاضر بر جنبه مهندسی زیستی هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده متمرکز است، چندین کاربرد غیرپزشکی نیز وجود دارد، از جمله: pH سنج‌ها درزگیرها برای نشت اسید pH سنج هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده نوع زنجیره جانبی آویزان با تغییرات در اسیدیته نسبی محلولی که در آن هستند فعال می‌شوند. بسته به کاربرد مشخص شده توسط کاربر، زنجیره‌های جانبی ممکن است به طور انتخابی در هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده به عنوان شاخص‌های pH استفاده شوند. اگر انتهای زنجیره یک گروه عاملی مشخص با pKa پایین، مانند اسید کربوکسیلیک، در معرض شرایط pH خنثی قرار گیرد، آب انتهای زنجیره اسیدی را پروتون‌زدایی می‌کند و انتهای زنجیره را فعال می‌کند. اتصال عرضی یا آنچه به عنوان خودترمیم‌شوندگی شناخته می‌شود آغاز خواهد شد و باعث می‌شود دو یا چند هیدروژل جدا شده به یکی ترکیب شوند. درزگیر تحقیقات در مورد استفاده از هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده روش مؤثری را برای کاهش نشت اسید از طریق توانایی اتصال عرضی انتخابی تحت شرایط اسیدی نشان داده است. در آزمایشی که توسط دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو انجام شد، سطوح مختلف با هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده پوشش داده شدند و سپس به طور مکانیکی با ترک‌های ۳۰۰ میکرومتری آسیب دیدند، که پوشش‌ها پس از قرار گرفتن در معرض بافرهای pH پایین، ترک را در عرض چند ثانیه ترمیم کردند. هیدروژل‌ها همچنین به دلیل برهم‌کنش‌های آب‌گریز می‌توانند به پلاستیک‌های مختلف بچسبند. هر دو یافته پیشنهاد می‌کنند که از این هیدروژل‌ها به عنوان درزگیر برای ظروف حاوی اسیدهای خورنده استفاده شود. مشتقات خشک کردن هیدروژل‌ها تحت شرایط کنترل شده ممکن است زروژلها و آئروژلها را تولید کند. زروژل یک جامد است که تخلخل قابل توجهی (۱۵-۵۰٪) با اندازه منافذ بسیار کوچک (۱–۱۰ نانومتر) را حفظ می‌کند. | ## جمع‌بندی | در یک آئروژل، تخلخل تا حدودی بالاتر است و منافذ بیش از یک مرتبه بزرگی بزرگتر هستند، که منجر به ماده‌ای با چگالی بسیار کم با هدایت حرارتی کم و ظاهری تقریباً شفاف و دود مانند می‌شود.