هیدروژل

هیدروژل‌ها دسته‌ای از مواد پلیمری با ساختار شبکه‌ای (پیوندهای عرضی فیزیکی یا شیمیایی) هستند که قابلیت تورم و جذب آب بالایی دارند. این خصوصیت هیدروژل‌ها را از سایر پلیمرها متمایز می‌سازد. پیوندهای عرضی فیزیکی می‌توانند بوسیله درهم گره خوردگی زنجیرها، ایجاد بلور در ساختار پلیمر یا برهمکنش‌های ضعیف مثل پیوند هیدروژنی یا واندروالسی تشکیل شوندکه در شکل زیر نمایی ازاین پیوند‌ها دیده می‌شود.
اهمیت هیدروژل‌ها در کاربردهای پزشکی اولین بار در سال 1950 با استفاده از ژل پلی 2-هیدروکسی اتیل متاکریلات (PHEMA) در ساخت لنزهای تماسی نرم آشکار شد. این ژل خاصیت ترشوندگی بسیار خوب، رفتار الاستیکی بالا و زیست‌سازگاری مناسبی از خود نشان داد. به این جهت نسبت به سایر پلیمرهای سنتزی شباهت خوبی با بافت‌های طبیعی بدن داشت. پس از آن تحقیقات زیادی در جهت توسعه هیدروژل‌ها در کاربردهای پزشکی صورت گرفت. همان‌طورکه اشاره شد، موفقیت یک بیومتریال به میزان زیست سازگاری آن بستگی دارد. فاکتورهای بسیاری بر زیست‌سازگاری یک ماده موثر بوده و بررسی تمام منابع موجود نشان می‌دهد که هیدروژل‌ها موادی زیست سازگار هستند. این خصوصیت در پی چند عامل است:
کشش سطحی هیدروژل‌ها در فصل مشترک با بافت‌های بیولوژیک پایین است و این عامل جذب پروتئین و چسبندگی سلولی را کاهش میدهد. به دلیل محتوای آب بالای این مواد، سطح هیدروژل به عنوان یک سطح قابل نفوذ ابر آبدوست شناخته می‌شود که از زیست سازگاری بالایی برخوردار است.
هیدروژل‌ها برخی از خصوصیات هیدرودینامیک ژل‌های بیولوژیک بدن، بافت‌ها و سلول‌ها را مدل‌سازی می‌کنند و این بررسی رفتار بافت‌های طبیعی را نیز آسان‌تر می‌سازد.
ماهیت نرم و الاستیک برخی از هیدروژل‌ها، اصطکاک سطحی این مواد را با بافت‌های اطراف کم می‌کند. کاهش اصطکاک سطحی باعث می‌شود که غشا موکوسی مانند سطوح داخلی عروق آسیب کمتری ببیند.
با توجه به مزایای ذکر شده، خواص مکانیکی اغلب هیدروژل‌ها پایین است (به خصوص پس از تورم). البته این مشکل را می‌توان از طریق اصلاح ساختار با روش‌های مختلف برطرف کرد.
از جمله کاربردهای هیدروژل‌ها به عنوان بیومتریال در پزشکی زیستی، می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:
در تهیه پانسمان‌ها و زخم پوش‌ها، عدسی‌های چشمی، غشاءهای زیستی، سیستم‌های انتقال دارو، مهندسی بافت، پوست مصنوعی، انواع داربست‌های تشکیل شونده در محل، ساخت بیوسنسورها، نانو بیومتریال‌ها و . . .. جدول 1 عمومی‌ترین و مهمترین هیدروژل‌های پلیمری و کاربرد آنها در پزشکی را نشان می‌دهد.
کاربرد پزشکی
پلیمر هیدروژل
هیدروژل‌های خون‌سازگار
Poly(hydroxyethyl methacrylate) PHEMA
Poly(N-vinyl pyrrolidone) PNVP
Polyacrylamide PAAM
Poly(vinyl alcohol) PVA
Poly(ethylene oxide) PEO
Poly(ethylene glycol) PEG
Poly(ethylene glycol) monomethyl etherPEGME
Cellulose
لنز تماسی
Poly(hydroxyethyl methacrylate) PHEMA copolymerized with: NVP
ethacrylic acid MAA
Butyl methacrylate BMA
Methyl methacrylate MMA
MHPM
تاندون مصنوعی
PHEMA/poly(ethyleneterephthalate) PTFE
کلیه مصنوعی
Cellulose acetate
غشاء برای پلاسما فرزیس
PVA and cellulose acetate
کبد مصنوعی
PNVP
PHEMA
cellulose acetate
پوست مصنوعی
PVA and PHEMA
جراحی سینه
Terpolymers of HEMA
MMA and NVP
بازسازی سر و صورت
PHEMA
(P(HEMA-co-MMA
بازسازی تارهای صوتی
PVA
بازسازی اندام تناسلی
(P(HEMA-b-siloxane
کاربردهای چشمی
PVA
poly(acrylic acid)PAA
(poly(glyceriyl methacrylate
غضروف مصنوعی
PVA
HEMA
MMA
هیدروژل‌های زیست‌تخریب پذیر در رهایش کنترل شده دارو
Poly(glycolic acid) PGA
Poly(lactic acid) PLA
PLA-PGA
PLA-PEG
Chitosan
Dextran
Dextran-PEG
polycyanoacrylates
fumaric acid-PEG
sebacic acid/1,3-bis(p-carboxyphenoxy)propane P (CPP-SA
هیدروژل‌های خنثی و زیست پایدار
PHEMA
PVA
PNVP
(poly(ethylene-co-vinyl acetate
PEVAc
هیدروژل‌های حساس بهpH و زیست پایدار
Poly(acrylamide) PAAm
Poly (acrylic acid) PAA
PMAA
(poly (diethylaminoethyl methacrylate
PDEAEMA
(poly (dimethylaminoethyl methacrylate
PDMAEMA
هیدروژل‌های حساس به دما و زیست پایدار
Poly(N-isopropyl acrylamide) PNIPAAm
هیدروژل‌های حساس به pH و دما
PNIPAAm/PAA
PNIPAAm/PMAA