hydrogel

Gelé er en hydrogel, der vannet er tilsatt smak og farge.
av . CC BY SA 3.0

Hydrogel er en gel hvor væskekomponenten er vann.

Faktaboks

Etymologi
av hydro- og gel

Sammensetning

Polyhydroksyetylmetakrylat er en mye brukt hydrogel.
av . CC BY SA 3.0

En hydrogel kan lages ved hjelp av naturlige eller syntetiske polymerer. Det er kjemiske bindinger som gjør at polymermolekylene knyttes sammen til et nettverk som kan absorbere og holde på store mengder vann.

Nettverket av polymerer som er nødvendig for å holde på vannet kan lages ved hjelp av en rekke ulike kjemiske bindinger, fra sterke kovalente bindinger til svake hydrogenbindinger. For eksempel vil en naturlig hydrogel kunne dannes ved å blande litt gelatin i vann og varme det opp. Gelatinet vil da løses opp i vann slik at de lange polymerkjedene dannet av aminosyrer ligger i en vilkårlig formasjon. Når løsningen kjøles ned vil kjedene tvinnes sammen i trippelhelikser som igjen bindes sammen ved hjelp av hydrogenbindinger. Vannmolekyler er derfor essensielle for å holde strukturen til en slik hydrogel. Ved oppvarming over 35 grader celsius vil trippelheliksene brytes opp og hydrogenbindingene ryke, noe som fører til at geléen ødelegges. Det er mulig å danne en mer bestandig gelatinbasert hydrogel ved hjelp av kjemiske reaksjoner. For eksempel kan man koble sammen amino og karboksylgruppene i polymerkjedene ved hjelp av et lite molekyl som for eksempel glutaraldehyd. Glutaraldehyd er imidlertid helseskadelig og kan ikke brukes i mat.

Syntetiske polymerer kan også brukes til å danne hydrogel. Polyhydroksyetylmetakrylat (PHEMA) er en mye brukt syntetisk og biokompatibel hydrogel som først ble fremstilt av Drahoslav Lim og Otto Wichterle på begynnelsen av 1950-tallet, og som senere ble patentert og tatt i bruk som materiale i blant annet myke kontaktlinser. Polyhydroksyetylmetakrylat tillater bare rundt 40 vektprosent vann, men ved hjelp av kopolymerer er det mulig å øke vektprosenten av vann til over 70 prosent.

Anvendelser

Kontaktlinser laget av polyhydroksyetylmetakrylat og andre kopolymerer er ofte harde i tørr tilstand (høyre), men blir myke etter å ha tatt opp vann (venstre) og dermed dannet en hydrogel.
av . CC BY SA 3.0

Hydrogel er mye brukt som myke kontaktlinser. Kontaktlinser må ha nødvendig optisk brytningsindeks, være kjemisk stabile, tillate høy oksygentransport for å kunne opprettholde den metabolske aktiviteten til hornhinnen, motstå dannelse av proteiner og lipid-filmer, være enkle å rense og billige å fremstille. Hornhinnen har ikke blodårer, så det er essensielt at polymeren tillater at oksygen passerer. De første polymerbaserte linsene ble laget av blant annet polymetylmetakrylat, og var gjerne, stive og tillot svært liten gjennomtrengning av oksygen. Wichterle og Lim utviklet polyhydroksyetylmetakrylat, som kan danne hydrogel som inneholder vann og dermed lar oksygen trenge gjennom. Enkle silikoner som polydimetylsiloksan har veldig god evne til å transportere oksygen, men disse har ofte en tendens til å klistre seg fast til øyet samtidig som de mangler tilstrekkelig elastisitet. I senere år har man derfor utviklet silikon hydrogel sammensatt av en hydrofob del dispergert i en vannholdig hydrofil fase lik den for vanlige hydrogeler for bruk som kontaktlinser som kan forbli på øyet over lengre tid.

Hydrogel er også svært mye brukt i medisinske plaster for å levere medisin eller for å skape et fuktig og gunstig miljø for rensing av sår eller cellevekst. De kan også brukes til å hjelpe vekst av organer og nerveceller.

Hydrogel kan også 3D-printes, og en del ulike printere er under utvikling.

Nyere forskning har vist at det er mulig å lime sammen hydrogel-deler på en skånsom måte enten ved hjelp av andre biopolymerer som natriumalginat eller ved hjelp av nanopartikler.

Les mer i Store norske leksikon

Litteratur

  • Wichterle, O. og Lím, D. (1960): "Hydrophilic Gels for Biological Use". Nature, 185,117–118.
  • Xing, Q., Yates, K., Vogt, C., Qian, Z., Frost, M.C. og Zhao, F. (2014): "Increasing Mechanical Strength of Gelatin Hydrogels by Divalent Metal Ion Removal”, Scientific Reports, 4, 4706.

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg