- آبان ۲۲, ۱۳۹۹
- ارسال شده توسط: تاراپوشش
- بخش: پلیمرها
در مقاله قبلی با هیدروژل و انواع آن آشنا شدیم. هیدروژل‌ها به سبب ساختار ویژه و سازگاری با شرایط مختلف، کاربردهای گسترده‌ای در بسیاری از زمینه‌ها مثل مهندسی پزشکی دارند. انعطاف پذیری هیدروژل که به علت میزان آب درون ساختارشان است، موجب تسهیل استفاده از آن‌ها در صنعت و پزشکی می‌شود.
همچنین، رفتار آن‌ها در محیط زیست و عدم سمیت آن‌ها، مشکلات زیست محیطی را نسبتا برطرف می‌کند. در این مقاله کوتاه به بررسی برخی از کاربردهای مهم این دسته از مواد و مثال‌های پرکاربرد پرداخته می‌شود.
1. دارورسانی
هیدروژل به علت ساختار متخلخل، می‌تواند ماتریکسی را برای بارگذاری و حفاظت داروها از محیط میزبان در زمان مناسب فراهم آورد. همچنین میزان تخلخل‌ها، با دانسیته کراس لینک‌ها یا همان اتصالات عرضی ماتریکس ژلی قابل تنظیم است. نرخ رهایش، پارامتر مهم دیگری برای حامل‌های دارو به شمار می‌آید. نحوه و مکانیسم رهش بر حسب نوع هیدروژل مورد استفاده و محل استفاده در بدن و شرایط ارگان و بیماری می‌تواند به pH، دما یا مولکول خاص وابسته باشد. به طور مثال حامل‌های دارویی برای دارورسانی به معده باید در pH اسیدی معده رهایش انجام دهند.
از هیدروژل‌های بسیار پرکاربرد در این زمینه می‌توان به کوپلیمر تری بلاک PEO-PPO-PEO (معروف به پلورونیک یا پلاگ زومر) اشاره کرد. این هیدروژل به طور تجاری موجود بوده و رهایش کنترل شده ای از داروی بیهوشی را به عهده دارد که برای مصارف بیمارستانی مناسب شناخته شده است.
2. تجهیزات پزشکی و داربست‌ها مهندسی بافت
داربست‌های تزریق پذیر از دیگر کاربردهای جذاب هیدروژل‌ها هستند. این دسته، عموما از هیدروژل‌هایی هستند که در دمای محیط مایع بوده و پس از تزریق در بدن به فرم حفره مدنظر کراس لینک می‌شوند. به عبارتی این هیدروژل‌ها، حساس به دما هستند. از دیگر مزایای هیدروژل‌ها به عنوان داربست، شباهت ساختار این دسته از مواد به ماتریکس خارج سلولی بدن است و علاوه بر این، عموما زیست سازگاری به شمار می‌آیند. هیدروژل‌ها به علت آب موجود در ساختارشان قابلیت حفظ فاکتورهای رشد و مولکول سیگنال دهنده را نیز دارند. از هیدروژل‌های مورد استفاده در داربست‌های مهندسی بافت می‌توان به هیدروژل کیتوسان، آلژینات و نظایر آن اشاره کرد.
همچنین، در تجهیزات پزشکی نظیر لنزهای تماسی از هیدروژل‌ها استفاده می‌شود. لنزهای تماسی، مستقیما روی قرنیه قرار گرفته و قدرت دید را اصلاح می‌کنند. از هیدروژل‌های رایج در این زمینه می‌توان به هیدروژل PHEMA اشاره کرد. هیدروژل‌ها تقریبا تمامی خواسته‌ها از یک لنز تماسی را تامین کرده و مصرف آن‌ها رو به فزونی است.
شکل1. لنز تماسی از جنس هیدروژل PHEMA
3. حذف رنگ و یون‌های فلزی سنگین
یون‌های فلزی سنگین از جمله آلودگی‌هایی هستند که به طور رایج در طی فرآیندهای صنعتی در منابع آب ایجاد شده و سلامت عمومی و سیستم اکولوژی را به خطر می‌اندازند. لذا حذف فلزات سنگین بسیار حائز اهمیت است. هیدروژل‌های پلی اکریلاتی از دسته هیدروژل‌های مورد استفاده در این صنعت هستند. همچنین هیدروژل‌ها، مواد جاذب رنگ عالی هستند. در میان هیدروژل‌ها، هیدروژل‌های پلی الکترولیتی، قابلیت فراوانی در چسبیدن به یون‌های فلزی باردار دارند. هیدروژل‌های بر پایه ی کیتوسان از دیگر پلیمرهای مورد استفاده هستند که قدرت جذب بالا دارند.
4. سنسورهای pH و بیوسنسورها
سنسورهای هیدروژل‌های حساس به pH، در پاسخ به pH خاص، متورم یا منقبض شده و یا در خواصشان تغییری ایجاد می‌شود و pH مدنظر را احساس می‌کنند. بیوسنسورها ترکیبی از سنسورهای فیزیکی و شیمیایی هستند. بیوسنسورها وسایلی برای حس کردن و گزارش خواص و اطلاعات بیوفیزیکی و بیوشیمیایی هستند. بیوسنسورها، کاربردهای گسترده ای در دستگاه‌های تشخیص خانگی، مانیتور شرایط زیست محیطی و نظایر آن دارند. بیوسنسورهای گلوکز از پرکاربردترین بیوسنسورها هستند که برای بیماران مبتلا به دیابت به شدت ضروری بوده و در ترکیب با حامل دارویی قابلیت رهایش انسولین دقیق و در زمان مناسب خواهند بود. از مثال‌های آن می‌توان به هیدروژل پلی آنیلین با نانوذرات پلاتین اشاره کرد.
شکل2. نمونه ای از یک هیدروژل به عنوان بیوسنسور نوری
5. مواد خود ترمیم شونده
خاصیت خود ترمیم شوندگی از جالب توجه ترین ویژگی‌های پلیمرهای هوشمند است. برخی از هیدروژل‌ها به عنوان دسته ای از پلیمرها، دارای خاصیت خودترمیم شوندگی هستند. خود ترمیم شوندگی به واسه کراس لینک‌های کوالانت و یا غیر کوالانت می‌تواند اتفاق بیفتد. خود ترمیم شوندگی به ترمیم ترک‌ها و نواقص ناشی از حوادث مکانیکی و یا خوردگی منجر می‌شود. طی ترمیم، اتصالاتی فداشونده وجود دارند که پس از شکستن، مجددا به طور دینامیک تشکیل می‌شوند.
6. صنایع الکترونیک
از مثال‌های کاربرد هیدروژل در صنایع الکترونیک می‌توان به ابرخازن‌ها اشاره کرد. گسترش سریع صنایع تجهیزات الکترونیکی قابل حمل مانند وسایل پوشیدنی و حتی تلفن‌های شفاف، نیازمند امکانات ذخیره ای سبک، شفاف و منعطف است که خواص نور و هدایت الکتریکی مورد نیاز را تامین نماید. هیدروژل‌های ساخته شده از پلیمرهای‌هادی، یکی از گزینه‌های پیش رو برای این کاربرد هستند. از پلیمرهای هادی جریان می‌توان به پلی آنیلین، پلی پیرول و مشتقات آن‌ها نام برد. این ابر خازن‌های منعطف حالت جامد، دانسیته توانی بالا، عمر سیکلی طولانی و پتانسیل دانسیته انرژی نسبتا بالا را تامین می‌کنند.