Как пользоваться гидрогелем: как использовать и где применять

Аквагрунт очень похож на гидрогель и является его разновидностью. Различается только внешне и используется только в декоративном цветоводстве. В основном, для разведения комнатных цветов в красивых вазах или стеклянных (прозрачных, пластиковых) горшках.
Сравнение Аквагрунта и гидрогеля приводится в таблице:

По составу аквагрунт сделан плотнее, чем гидрогель, который предназначен для внесения в почву. Его плотная структура позволяет выпускать аквагрунт в виде различных геометрических фигур, таких как шарики, пирамидки и т.д.

Гидрогель имеет определенную форму и окрашен заранее в определенный цвет. Время его набухания в воде от 10-12 часов до суток. Гель западного производства набухает в течении 1- 1,5 часов. Аквагрунт впитывает намного меньше воды, чем гидрогель.

На заметку!!!

В западных странах и США выпускают только гидрогель (сельхоз применение), а аквагрунт происходит из Азиатского региона, в подавляющем большинстве случаев это Китай…

Инструкция по использованию аквагеля

После приобретения аквагеля его нельзя сразу использовать. И перед посадкой комнатного растения требуется подготовить аквагрунт.

Подготовка аквагеля к посадке

Аквагель продается в форме разноцветных шариков. Для его использования шарики нужно подготовить:

1. извлечь из упаковки и высыпать в подготовленную тару;
2. в посуду с шариками добавить 0,5 л обычной водопроводной воды;
3. оставить аквагель в таком виде на сутки;
4. слить остаток жидкости, не впившийся в шарики.

После вышеперечисленных мероприятий искусственный грунт будет готов к использованию. Его без проблем можно применять, как грунт для флорариума.

Посадка растения в аквагрунт

Предварительно подготовленные шарики укладывают в емкость, куда в дальнейшем будет высаживаться растение. Для этого цветок аккуратно извлекают из земли. Корни тщательно промывают.

Внимание!

Следует следить за тем, чтобы на корнях не остался субстрат, иначе весь внешний вид цветочной композиции может испортится.

После промывки корней комнатное растение погружают в емкость в аквагрунтом. Если цветок имеет длинный стебель, то сначала немного гидрогеля насыпают на дно емкости, затем сверху помещают корневую систему растения. После этого корень полностью засыпают аквагрунтом. Такая посадка цветка даст растению устойчивость.

Важно!

Если в доме есть дети и животные, то горшки с аквагрунтом следует размещать в недоступных для них местах. Так как при проглатывании, они могут нанести вред их состоянию здоровья.

Плюсы и минусы аквагрунта

Использование данной экопочвы имеет свои преимущества и недостатки. К положительным моментам следует отнести:

• красивое дизайнерское оформление цветка, а, следовательно, придание
• определенного колорита интерьеру;
• насыщение цветка влагой какое-то время;
• купленные шарики малогабаритны и для их хранения требуется мало места;
• пересаживать цветы, растущие в аквагрунте и без грязи;
• при необходимости длительного отъезда, гидрогель сохранит цветы в первозданном виде и вовремя напитает их корни влагой.

Кроме достоинств аквагрунт имеет и существенные недостатки, это:

• отсутствие питательных веществ, необходимых любому растению;
• необходимость постоянно удобрять комнатные цветы, иначе они не будут полноценно расти и развиваться;
• для выращивания растений в аквагрунте нужны горшки с хорошей аэрацией, иначе корневая система может загнить;
• при попадании солнечных лучей, верхний слой шариков может покрыться зеленым налетом;
• влага с верхнего слоя гранул очень быстро испаряется, из-за чего может потребоваться регулярное опрыскивание.

Аквагрунт для выращивания комнатных растений

Многие цветоводы сомневаются, что аквагрунт можно использовать для полноценного выращивания растения. Но это технологическое ноу-хау они с удовольствием применяют для укоренения черенков.
Для этой цели шарики подготавливают вышеописанным способом и помещают в сосуд. В него же просто вставляют черенок.

В отличие от размещения черенков в емкости с водой, данный способ обладает неоспоримым преимуществом: черенок получает влагу дозировано и не загнивает.

Таким образом можно размножать почти любые комнатные растения, такие как:

• пахистахис;
• орхидея;
• фикус;
• кроссандра;
• диффенбахия;
• герань;
• каланхоэ;
• драцена;
• петуния;
• шефлера;
• стрептокарпус;
• кампанула;
• азалия;
• гипоэстес;
• аргирантемум.

Если цветоводы, которые выращивают комнатные растения только в гидрогеле. Этот процесс требует достаточного опыта и постоянного контроля за состоянием растений.

Особенно комфортно в такой среде чувствуют себя орхидеи. При этом корневая система растения погружается в аквагрунт не полностью, а в субстрате из коры. Так, корневая система цветка не загнивает и получает постоянное увлажнение.

Аквагрунт при составлении букетов

Аквагрунт – это то, что просто необходимо срезанным цветам в букете. Он очень красиво смотрится в вазе. И даже капризные розы в таком субстрате стоят гораздо дольше, чем в обычной воде. Их срез не загнивает, а влаги им бывает достаточно, для сохранения достойного вида.

Важно!

Перед тем, как поместить букет в аквагрунт, что субстрат раз в 2 дня нужно промывать водой, как и сами стебли растений. Это делается для удаления слизи и устранения запаха в вазе.

Как ухаживать за растениями в аквагрунте?

При выращивании цветов в аквагрунте следует придерживаться следующих правил:

• Аквагрунт может служить растениям до тех пор, пока в нем есть влага.
• При подсыхании шариков, в емкость следует подливать жидкость.
• При подсыхании верхнего слоя гидрогеля следует проводить опрыскивание шариков. При этом нижнюю часть не нужно заливать водой.
• Если какой-то слой шариков сильно высох, то его нужно на время убрать из горшка и замочить на 12 суток в воде.
• Общий полив комнатных цветов в аквагрунте проводится раз в месяц.
• Остаток воды, не впившийся в гидрогель, выливают.
• Чтобы снизить потерю влаги, верх емкость плотно укрывают полиэтиленовой пленкой.
• Корень цветка нужно тщательно вымывать от земляного грунта.
• Корневая система должна быть полностью погружена в гидрогель.
• Если нет опыта выращивания растений в аквагрунте, то начинать следует с укоренения черенков.
• Не стоит выращивать в этом субстрате цветы со сложной корневой системой. Как правило, она легко травмируется и растение может погибнуть.
• Аквагель с находящимся в нем цветком не заливают водой полностью, так как может произойти аэрация корней и цветок погибнет.
• Растения с высоким стеблем при выращивании в гидрогеле необходимо подвязывать, во избежании чрезмерной нагрузки на цветок.
• В шарики высаживают лишь влаголюбивые цветы и теневыносливые растения. Это связано с тем, что аквагрунт нельзя оставлять под прямыми лучами солнца.
• При содержании комнатных растений в аквагрунте, один раз в месяц следует поливать шарики минеральными удобрениями. Так, растение получит, необходимые для роста и развития, вещества. Остатки любой жидкости нужно убирать.
• Срок службы аквагрунта равен шести месяцам. По прошествии этого времени растение следует пересадить в новый субстрат или в почвенную смесь.

Интересно!!!

Аквагрунт применяется не только в цветоводстве. Ученые из университета Дьюка изобрели комбинированный гидрогель, который имитирует человеческую хрящевую ткань. Это открытие в скором времени поможет людям в лечении и реабилитации суставов.

При всех положительных качествах аквагеля, он никогда не заменит в полной мере почвенный грунт. И цветок в нем не будет так расти и развиваться, как в земле богатой питательными веществами.

Что такое гидрогель?

Когда вы получаете порез или царапину, на помощь часто могут прийти неоспорин и повязки. Однако для более серьезных ран, которые попадают в кабинет врача или в больницу, часто требуются средства для ухода за ранами немного большей прочности. Гидрогель — это один из продуктов, о котором вы можете слышать от врача.

Вот краткий обзор этого продукта для лечения ран:

Определение гидрогеля

Гидрогель состоит преимущественно из воды, которую смешивают с соединениями, чтобы загустить вещество и усилить его лечебные свойства. Wound Source отметил, что составы различаются в зависимости от производителя, но наиболее распространенными являются глицерин, алоэ вера, метилпарабен и гидрогенизированное касторовое масло. Гидрогели являются популярным средством лечения особенно сухих ран, таких как ожоги, радиационные повреждения и некоторые частичные или полные раны. Они также полезны для того, чтобы ложе раны оставалось достаточно влажным, чтобы предотвратить боль во время смены повязки и способствовать правильному заживлению.

Использование гидрогелевых повязок на рану

Обладая такими лечебными свойствами, гидрогель добавляется к традиционным марлевым или сетчатым материалам для создания гидрогелевой повязки на рану. Существует несколько различных типов гидрогелей, включая листовой, пропитанный и аморфный гидрогель.

Согласно недавнему обзору, опубликованному в European Polymer Journal, повязки на основе гидрогеля являются одними из самых многообещающих материалов для ухода за ранами, поскольку они удовлетворяют многим требованиям. К ним относятся:

• Поддержание влажного ложа раны.
• Защита чувствительной ткани безадгезионным покрытием.
• Уменьшение боли за счет охлаждения пораженного участка.
• Ускоряет процесс заживления ран.

С другой стороны, гидрогели не подходят для ран с большим количеством дренажа, потому что они предназначены для добавления, а не удаления влаги. Некоторые гидрогелевые повязки также могут легко порваться, что требует более частой и потенциально более сложной смены повязок.

Гидрогель для улучшения ухода за раной

Исследователи продолжают тестировать новые способы использования гидрогеля для лечения ран.Команда из Университета Нью-Гэмпшира недавно разработала недорогой инъекционный гидрогель, который может помочь ускорить заживление ран, особенно у пациентов с диабетическими язвами, кожными ранами и повреждениями внутренних органов. Исследователи надеются, что новый гидрогель станет полезным инструментом для заживления ран и тканевой инженерии.

Если ваш план лечения требует наложения гидрогелевой повязки, smartPAC от Advanced Tissue — это более разумный способ получить предписанные продукты дома. Мы отправим вам одноразовые пакеты, а также пошаговые видеоуроки, которые помогут вам управлять сменой повязки и способствовать заживлению.

Гидрогели от основ до применения

1. Введение

Суперабсорбенты были впервые разработаны в начале 1960-х годов в Министерстве сельского хозяйства США путем прививки акрилонитрила (AN) на кукурузный крахмал и омыления продукта. За последние десятилетия значительный прогресс был достигнут в области гидрогелей как функциональных биоматериалов. С тех пор в группе основных мировых участников рынка суперабсорбентов Dow Chemical, Hercules, General Mills Chemical, DuPont, National Starch & Chemical, Enka (Akzo), Sanyo Chemical, Sumitomo Chemical, Kao, Nihon Starch и Japan Exlan должны быть упомянутым.

Полимерные суперабсорбенты, широко известные как гидрогели, представляют собой трехмерные (3D) сшитые высокомолекулярные соединения, способные поглощать жидкости в количествах, от 10 до 100 раз превышающих их сухую массу. Они гидрофильные, сшитые и набухающие в воде полимерные материалы. Их иногда называют умными гидрогелями, поскольку они могут поглощать до 1000 г воды. В литературе представлен ряд классификаций гидрогелей. По физико-химическим свойствам гидрогели можно разделить на разные режимы.Есть две основные группы суперабсорбентов. Первая группа — это физические гидрогели, называемые обратимыми, и они имеют трехмерную сеть, в которой полимерные цепи связаны электростатическими силами, водородными связями и гидрофобными взаимодействиями. Эти гели нестабильны и при нагревании могут быть преобразованы в полимерную смесь, например, желатин и агар. Вторая группа включает химически стабильные гели с трехмерной сеткой, в которых полимерные цепи связаны стабильными ковалентными связями. Как крахмал, так и виниловые мономеры, такие как акриловая кислота, акриламид, акрилонитрил и поливиниловый спирт, представляют интерес, поскольку они содержат ряд гидрофильных функциональных групп в своих структурах, таких как гидроксильные и карбоксильные группы.Ионная фаза гидрогелей обычно состоит из обеих групп, связанных с полимерными цепями (которые могут быть ионизированы), и ряда мобильных ионов — противоионов и соионов (из-за присутствия растворителя, окружающего гидрогель). Что касается источника, они могут быть природными, синтетическими и гибридными, что касается сшивки, они связаны физически и химически, а что касается разлагаемости, они могут быть биоразлагаемыми и небиоразлагаемыми. Гомополимерные, сополимерные и взаимопроникающие сети (IPN) можно распознать по способу получения [1, 2].Гомополимерные гели содержат те же мономеры, которые являются основными структурными единицами. Сополимерные гели содержат два или более различных типа мономеров, по меньшей мере, с одним гидрофильным компонентом, тогда как взаимопроникающие полимеры или двойные сетки образуются путем набухания первой сетки в растворителе, содержащем мономеры, который затем формирует вторую структуру переплетающейся сетки. Двойные сети будут либо гидрофобными, либо гидрофильными, либо их комбинацией [3–5]. В зависимости от зарядов связанных групп гидрогели могут быть ионными (катионными или анионными), нейтральными, амфотерными (амфолитическими), содержащими как кислотные, так и основные группы, а также цвиттерионными (полибетаины), содержащими как анионные, так и катионные группы в каждой структурной повторяющейся единице.Гидрогели отклика биохимически (антигены, ферменты, лиганды), химически (pH, состав растворителя, ионная сила, молекулярные формы) или физически (температура, электрическое или магнитное поле, свет, давление, звук) чувствительны.

Типы сшивающих агентов также могут быть критерием классификации. Также возможно разделение гидрогелей на группы по их структуре: аморфные, полукристаллические, кристаллические и гидроколлоидные агрегаты [6].

Явление абсорбции жидкости является результатом разделения сети полимерных цепей, что проявляется в набухании полимерного материала в гелеобразной форме [1].Гидрогели с характерными свойствами, такими как желаемая функциональность, обратимость, стерильность и биосовместимость, удовлетворяют как материальным, так и биологическим требованиям для лечения или замены тканей и органов или функции живых тканей, а также для взаимодействия с биологической системой. В течение многих лет количество составов гидрогелей неуклонно росло, и были решены такие проблемы, как низкая растворимость, высокая кристалличность, небиоразлагаемость, неблагоприятные механические и термические свойства. Это было связано с комбинацией природных и синтетических полимеров, характеризующихся лучшим биоразложением, растворимостью, кристалличностью и биологической активностью.Чтобы избежать распада (гидрофильная линейная полимерная цепь гидрогеля может растворяться в воде из-за термодинамической совместимости полимера и воды) были предложены различные сшитые агенты. Сшивание может иметь место in vitro, , во время приготовления или in vivo ( in situ, ) после нанесения. Гидрофильность гидрогелевой сетки обусловлена ​​наличием гидрофильных групп, таких как -NH ₂ , -COOH, -OH, -CONH ₂ , -CONH- и -SO ₃ H, капиллярным эффектом и осмотическим давлением.Он может быть химическим или физическим по природе. В случае химического сшивания полимерные цепи ковалентно связаны с помощью сшивающего агента, тогда как в случае физического сшивания водородная связь, гидрофобное взаимодействие, ионное комплексообразование, модификация объема после обработки, изменение формы, биоразложение имеют место [7].

Следует помнить, что набухание гидрогелей — сложный процесс, состоящий из ряда этапов. На первом этапе полярные гидрофильные группы матрицы гидрогеля гидратируются водой, которая появляется в форме первично связанной воды.На втором этапе вода также взаимодействует с открытыми гидрофобными группами, и образуется вторичный слой связанной воды. Как первичная, так и вторичная связанная вода составляет общую связанную воду. На третьем этапе осмотической движущей силе сети к бесконечному разбавлению противодействуют физические или химические поперечные связи, поэтому дополнительная вода абсорбируется. Вода, абсорбированная в результате равновесного набухания, называется объемной водой или свободной водой, которая заполняет пространства между сеткой или цепями и центром более крупных пор.Количество воды, абсорбированной гидрогелем, зависит от температуры и конкретных взаимодействий между молекулами воды и полимерными цепями. В таблице 1 приведены детали классификации гидрогелей.

Таблица 1.

Критерий классификации гидрогелей.

2. Получение гидрогелей

Гидрогели могут быть получены в виде пленок, мембран, стержней, сфер и эмульсий. Их можно разделить на три категории: привитые полимеры крахмал-полиакрилонитрил (сополимеры крахмала), сополимеры винилового спирта и акриловой кислоты (поливиниловые спирты) и сополимеры акриламида и акрилата натрия (сшитые полиакриламиды) [8, 9] . Они могут быть физическими или химическими. Физические гели получаются благодаря физической природе процесса сшивания.Это достигается с помощью физических процессов, таких как гидрофобная ассоциация, агрегация цепей, кристаллизация, комплексообразование полимерной цепи и водородная связь. С другой стороны, химический процесс, то есть химическое ковалентное сшивание (одновременно или постполимеризация), используется для получения химического гидрогеля. Физические гидрогели обратимы из-за конформационных изменений, тогда как химические гидрогели являются постоянными и необратимыми из-за изменений конфигурации. Другая категория — это гидрогели с двойной сеткой (взаимопроникающие сети), образованные комбинацией сшитых физических и химических гидрогелей за счет электростатического взаимодействия.В последнее время их применяли для преодоления недостатков использования только физических или химических гидрогелей с высокой способностью поглощать жидкость в широком диапазоне pH и более высокой чувствительностью к изменениям значения pH по сравнению с химическими гидрогелями.

Гидрогели делятся на два основных класса: природные, содержащие две основные группы на основе полипептидов (белков) и полисахаридов, а другая — искусственная [10, 11]. Природные гидрогели обычно получают путем добавления некоторых синтетических частей на натуральные субстраты, например.ж., привитая сополимеризация виниловых мономеров на полисахаридах. Синтетический путь производства большинства синтетических гидрогелей — это свободнорадикальные многофункциональные виниловые мономеры. Каждый мономер содержит двойную углеродную связь, по которой активный центр может распространяться с образованием полимерных цепей. Реакция активных центров также зависит от растворителей, условий реакции, а также от конкретных мономеров и может быть инициирована различными факторами: теплом (термические инициаторы), светом (фотоинициаторы), ферментами (биоинициаторы) или электронными лучами.Как правило, водорастворимые природные или синтетические полимеры сшиты с образованием гидрогелей несколькими способами, такими как (i) связывание полимерных цепей с помощью химической реакции, (ii) использование ионизирующего излучения для образования свободных радикалов в основной цепи, которые могут рекомбинировать в качестве поперечных соединений и (iii) физически взаимодействующих, таких как электростатика, сцепления и взаимодействия кристаллитов [12, 13]. Для образования гидрогелей можно использовать любую из различных методик полимеризации, включая полимеризацию в массе, растворе и суспензии.Три основных компонента гидрогелей — это мономеры, инициаторы и сшивающие агенты, которые могут быть разбавлены водой или любым растворителем для регулирования теплоты полимеризации. Однако его недостаток проявляется в виде примесей, оставшихся от процесса получения, содержащих непрореагировавшие мономеры, инициаторы, сшивающие агенты и побочные продукты. Гидрогели обычно получают из полярных мономеров как природного, так и синтетического происхождения путем привитой полимеризации, полимеризации с поперечными связями, образования сетки в водной среде и методами радиационного сшивания.Их краткая характеристика представлена ​​ниже.

Полимеризация в растворе (где полимеризационная среда представляет собой подходящий растворитель, который растворяет как мономеры, так и инициатор) и суспензионная полимеризация (при которой образующие мономер капли с инициатором в них полностью нерастворимы и суспендированы в растворе) являются наиболее распространенными методами. для производства разнообразных гидрогелевых сеток путем взаимодействия гидрофильных мономеров с многофункциональными сшивающими агентами и добавленными инициаторами.

Реакция полимеризации часто инициируется излучением, ультрафиолетом или химическими катализаторами. Сшивание полимеров происходит из-за химической реакции, ионизирующего излучения или физических взаимодействий, таких как запутывание, электростатика или образование кристаллитов. В случае суспензионной полимеризации мономеры и инициатор диспергируются в органической фазе. Свойства гидрогеля зависят от вязкости раствора мономера, скорости перемешивания, конструкции ротора и типа диспергатора [1, 14].В последнее время также используются радиационная полимеризация и прививка. В случае блочной полимеризации к жидкому мономеру инициатор добавляют непосредственно, и полученные гидрогели характеризуются присущей им слабой структурой, поэтому их часто прививают. Метод суспензионно-гелеобразования (метод микрокапсул) был также описан для приготовления макропористых полимерных гидрогелей [15]. Водную суспензию получают путем диспергирования микрокапсул в качестве шаблона пор (порогена) в водном растворе до геля, содержащем мономеры и сшивающие мономеры.Затем готовят составной гидрогель, содержащий распределенные микрокапсулы, сополимеризацией водного раствора до геля. Наконец, макропористый гидрогель получают путем разрушения структуры микрокапсул, диспергированных в композитном гидрогеле, с помощью химической обработки. Метод суспензионного гелеобразования проводится с использованием только малотоксичных и недорогих физически сшитых микрокапсул, таких как гель альгината кальция. Прививочная сополимеризация, приводящая к развитию физических и химических свойств гидрогелей, делает их отличными интеллектуальными материалами [16–18].

Гидрогели, полученные из микробных поли (γ-глутаминовой кислоты) и поли (ε-лизина), могут быть получены путем γ-облучения. Эти микробные поли (аминокислоты) растворимы в воде, гидродеградируемы и биоразлагаемы [19]. Также описана свободнорадикальная полимеризация различных виниловых мономеров и анилина на камеди гхатти (Gg) в различных условиях реакции [18]. Полианилин (ПАНИ) представляет собой привлекательный проводящий полимер из-за его простых методов синтеза, высокой стабильности, переменной структуры, а также уникальных оптических, магнитных, электрических, электрохимических и электромеханических свойств.Чтобы оптимизировать их свойства, параметры реакции, такие как время синтеза, тип растворителя, pH, мощность микроволн, количество сшивающего агента, концентрация анилина, концентрация инициатора, концентрация мономера и процент набухания могут быть изменены. Как радиационные, так и термические методы поперечного сшивания являются недорогими, безопасными, не требуют стадии очистки и приводят к стерильным гидрогелям, если используется подходящая комбинация гидрофильных полимеров. Существует множество статей и обзоров, посвященных синтезу гидрогелей [20].

3. Методы исследования гидрогелей

Инфракрасный анализ с преобразованием Фурье (FTIR) может использоваться для анализа структуры гидрогелей, типа функциональных групп, различных стадий биодеградации, кристаллизационной деформации полимеров, влагопоглощающих свойств, для характеристики прикрепленные биомолекулы, характер взаимодействия компонентов и др. [21–23]. В методике спектроскопии FTIR-ATR (ослабленное полное отражение) луч инфракрасного света проходит через кристалл НПВО таким образом, что он хотя бы один раз отражается от внутренней поверхности, контактирующей с образцом (более плотная среда — кристалл алмаза , включающие германий, КРС-5 и селенид цинка или кремний, характеризующиеся высоким показателем преломления и более редкой средой в виде тонкой пленки образца) должны контактировать друг с другом.Это отражение формирует исчезающую волну, которая распространяется в образец. Этот метод используется для анализа как твердых, так и жидких проб. Например, в случае гидрогелей хитозана (CS), итаконовой кислоты (IA) и метакриловой кислоты (MAA) характеристические полосы связаны с валентными колебаниями N − H и −OH, а также с полосами, связанными с процессом поглощения Zn (II) были выделены. Также было обнаружено, что валентные колебания, связанные с карбоксильными группами (C = O), становятся слабее после поглощения Zn (II), а сильная полоса поглощения при 1712 см ^-1 смещается в нижнее волновое число 1705 см ^-1. .Полоса поглощения при 1540 см ⁻¹ , отнесенная к ионным взаимодействиям между CS и кислотами, и полоса поглощения при 1165 см ⁻¹ , отнесенная к полосам поглощения деформации групп -OH, были усилены и сдвинуты на более высокие волновые числа после поглощения Zn (II). На основании спектров FTIR незагруженных и нагруженных гидрогелей кажется, что группы -NH ₂ , -OH и -COOH участвуют в связывании ионов Zn (II). Это подтверждает тот факт, что преобладающий тип связывания с гидрогелем осуществляется через химические взаимодействия, поскольку наблюдается сигнал, соответствующий аниону -COO [24].

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) может использоваться для оценки топографии поверхности гидрогелей и изменений химического состава поверхности после полимеризации, абсорбции и взаимодействия с активными агентами. Видны случайно сгруппированные зерна различных размеров. Еще одно следствие агломерации — появление очень крупных зерен, смещение которых оставляет после себя огромные дыры.

Метод рентгеновской дифракции (XRD) позволяет определять плоскость сетки и рассчитывать размер кристаллографической ячейки.Испытания также проводятся с помощью малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (SAXS) и широкоугольного рентгеновского рассеяния (WAXS), а также дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC). Дифференциальная сканирующая калориметрия — это метод, с помощью которого измеряется разница между температурой образца и эталонных образцов. Его можно использовать для определения температур стеклования ( T _g ). Температура стеклования различна для каждого полимера, но многие полимеры имеют температуру выше T _г при комнатной температуре.Стеклование полимера связано с тепловой энергией, необходимой для изменения конформации молекул на микроскопическом уровне, и выше T _g имеется достаточная тепловая энергия для того, чтобы эти изменения произошли. Однако переход не является резким и термодинамически четко определен. Следовательно, T _g зависит от архитектуры полимера, и существует несколько факторов, влияющих на переход: длина цепи, гибкость цепи, боковые группы, разветвление, поперечное сшивание, комплексообразование.Установлено, что в случае полимерных комплексов металлов Т _г и температура разложения повышаются. Например, температура разложения полимерного комплекса Cu (II) составляет 280 ° C, а температура T _g составляет около 140 ° C. Это свидетельствует о том, что термическая стабильность повышается за счет включения металла в органическую основу. Кроме того, вариация полимера с включенным металлом T _g зависит от количества ионов металла и сшивающего эффекта полимеров.На основе термогравиметрического анализа (ТГА) также можно проиллюстрировать механизм разложения гидрогелей. Первоначальная незначительная потеря веса происходит за счет удаления влаги и летучих компонентов; однако максимальная потеря веса происходит из-за устранения боковых цепей, разложения полимера основной цепи или разрушения сшитой структуры. Максимальная потеря веса, наблюдаемая после первой стадии разложения сшитых образцов, свидетельствует о химической модификации гидрогелей.Во многих случаях результаты, полученные с помощью метода ТГА и сканирующей электронной микроскопии (SEM), согласуются с улучшением термической стабильности после прививки и сшивания. В случае сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) электронный луч, представляющий собой коллимированный поток ускоренных электронов, фокусируется магнитными линзами. В случае эмиссионного сканирующего электронного микроскопа используется электронный пучок диаметром 10–50 нм. Что касается туннельного сканирующего микроскопа, ток, протекающий между содой и исследуемым материалом из-за туннельного эффекта, регистрируется, в то время как полевой сканирующий микроскоп регистрирует изменения электрического поля.Излучение, проходящее через материал, отраженное его поверхностью или рассеивающееся, содержит информацию о структуре и после синхронизации с падающим лучом используется для получения изображения. Изображения, полученные с помощью растрового электронного микроскопа, позволяют анализировать трехмерную структуру исследуемых материалов при увеличении от 20 до 100 000 раз. Используя метод SEM, можно наблюдать изменение морфологии поверхности из-за образования ковалентных связей между различными полимерными цепями, структуру материала и его пористость, а также сшивание.Внутренняя морфология синтезированных гидрогелей может быть исследована с помощью анализа поперечного сечения SEM. Например, в статье Sato et al. [15], поверхность макропористых гидрогелей в виде срезов размером менее 1 мм анализировалась с помощью стереомикроскопа. Что касается анализа SEM, набухшие образцы сушили вымораживанием, чтобы избежать усадки в процессе сушки, и замораживали с использованием жидкого азота. Затем их сушили при пониженном давлении и покрывали платиной и палладием. Гидрогели имеют разную морфологию в зависимости от процесса синтеза.Некоторые из них имеют взаимосвязанную трехмерную пористую структуру, тогда как другие имеют довольно неправильную структуру с очень большими полностью пустыми пространствами.

Что касается квазиупругого рассеяния света (QELS), то используется монохроматическое лазерное излучение. Луч монохроматического лазерного излучения отражается от поверхности образца и образует множество когерентных элементарных волн, исходящих от различных микроскопических элементов поверхности. В результате интерференции волн образуются так называемые интерференционные полосы разной интенсивности.Микрокапли воды, содержащиеся в гидрогелевом материале, вызывают дополнительные волны, отражаясь от поверхности падающего света.

Водоудержание и гидродеградация гидрогелей очень важны, особенно с учетом трудностей обработки отходов гидрогелей существующими методами из-за включения значительного количества абсорбированной воды [19]. Исследования гидролитической деградации гидрогелей можно проводить при различных температурах до 100 ° C. После помещения в деионизированную воду образцы гидрогеля нагревали и фильтровали.Количество геля, растворенного в воде, можно измерить с помощью анализатора общего органического углерода (метод TOC). Степень разложения может быть рассчитана из отношения количества отфильтрованного ТОС к общему количеству ТОС геля. Например, гидрогели не разлагались при выдержке при 40 ° C в течение 3 часов. При повышении температуры среды до 100 ° C гель разложился до 90% за 1 час. В случае 60 и 80 ° C скорость разложения увеличивалась (разлагалось 40 и 20% гидрогеля). Это происходило из-за того, что плотность полимерной сетки уменьшалась из-за разрыва основной цепи полимера и увеличивалось количество удаляемого разрушенного полимера.

3.1. Механические свойства

Исследование сшивки и механической прочности (сжимаемость при разрыве) основано на измерении максимального усилия зажима, изменения растворимости полимера во времени с помощью тестеров сжатия. Обычно образцы гидрогеля нарезают кубиками. Образец помещали на пластину для образцов прибора для испытания на сжатие. Плунжер сжатия опускался со скоростью 1 мм / 5 с для сжатия образца. Для гидрогелей прочность на сжатие возрастала с увеличением концентрации мономера и уменьшением дозы γ-облучения, а также с уменьшением удельного содержания воды [19, 22, 23].Гидрогели проявляют более высокую прочность на сжатие в случае более высокой концентрации мономера или большей дозы облучения. Это указывает на то, что более высокая сшитая плотность вызывает более высокую прочность гидрогеля на сжатие. Сшивание связано с набуханием ( P _s ). Он изменяется в зависимости от температуры, pH и ионной силы.

4. Заявка

Согласно отчету Global Industry Analysts, Inc., мировой спрос на суперабсорбирующие полимеры достигнет 1.9 миллионов метрических тонн в ближайшие годы. Быстрый рост спроса будет наблюдаться на развивающихся рынках и в новых приложениях [25, 26]. Водорастворимые полимеры, такие как поли (акриловая кислота), поли (виниловый спирт), поли (винилпирролидон), поли (этиленгликоль), полиакриламид и некоторые полисахариды, являются наиболее распространенными системами, используемыми для образования гидрогелей [27–31]. Эти водорастворимые полимеры нетоксичны. Их физико-химические свойства, такие как хорошая стабильность как в среде набухания, так и во время хранения, способность к повторному смачиванию, хорошая впитывающая способность (максимальное равновесное набухание), хорошая скорость впитывания, размер и пористость частиц, нейтральный pH, бесцветность, без запаха, фотостабильность, низкое содержание растворимых и остаточных мономеров и нетоксичность, максимальная биоразлагаемость без образования токсичных групп и, наконец, низкая цена делают их пригодными для различных применений [32, 33].Среди прочего, наиболее важными являются сельское хозяйство, доставка лекарств, герметизация, обезвоживание угля, производство искусственного снега, пищевые добавки, фармацевтика, микрофлюидный контроль, биомедицинские применения, тканевая инженерия и регенеративные лекарства, диагностика, биомиметика, биосенсор / биоактуатор, биосепарация и искусственная кожа. и мышцы, повязка на раны, разделение биомолекул или клеток и барьерные материалы для регулирования биологических адгезий и биосенсора.

Следует отметить, что невозможно производить гидрогели со всеми этими характеристиками, хотя могут быть достигнуты некоторые свойства, такие как пористость, реакция на pH или температуру, например, наименьшее повторное смачивание, наибольшая скорость абсорбции и наименьший остаточный мономер должен характеризовать мономеры, используемые для доставки лекарств и производства средств личной гигиены [34–37].В случае pH-чувствительных гидрогелей (анионных или катионных) они должны содержать группы, которые могут принимать или отдавать протоны в ответ на изменение pH. Анионные гидрогели обладают карбоксильными или сульфоновыми группами, и депротонирование происходит при pH выше p K _a , что вызывает их ионизацию. Это, в свою очередь, увеличивает набухание гидрогеля. Катионные гидрогели содержат аминогруппы. В этом случае ионизация происходит при pH ниже p K _b и наблюдается повышенное набухание.Было обнаружено, что очень важны концентрация, ионный заряд, величина p K _a или p K _b , тип активных групп, гидрофильность или гидрофобность, степень ионизации как гидрогеля, так и раствора. Что касается температурно-зависимых гидрогелей, их способность набухать и сжиматься при изменении температуры. Когда температура ниже верхней критической температуры раствора, гидрогели сжимаются и высвобождают растворители из матрицы, и происходит процесс дегидратации.При более высоких температурах наблюдается обратный процесс (набухание). В группе положительно-температурных гидрогелей встречаются гидрогели на основе сополимера полиакриламида и n -бутилметакрилата (AAm-co-BMA), а также производные хитозана [27]. Группа гидрогелей с отрицательной температурой включает гидрогели с двумя гидрофильными (-CONH-) и гидрофобными (R) частями.

4.1. Сельское хозяйство и садоводство

В последнее время большое внимание привлекли исследования по использованию суперабсорбентов в качестве материалов для управления водными ресурсами в сельском хозяйстве и садоводстве.В сельском хозяйстве основная роль гидрогелей — высвобождение питательных веществ в почву. Гидрогели можно пропитать компонентами удобрений (например, растворимым фосфатом, ионами калия, соединениями азота). Химические вещества, попавшие в полимерную сеть, не могут быть немедленно вымыты водой, они постепенно попадают в почву, а затем поглощаются растениями. Самый простой способ использования суперабсорбентов в сельском хозяйстве — их смешивание с почвой. Введение поперечно-сшитых гидрогелей в корневую зону растений выделяет не только минеральные удобрения, но и пестициды.Таким образом, они используются в США в год для посева 400 000 гектаров. С этой целью использовались полиакриламид, поли (акриловая кислота) или полиметакрил и их производные, гораздо реже сшитый поли (виниловый спирт) и химически модифицированные полимеры на основе полисахаридов, такие как хитозан, пектин и карбоксиметилцеллюлоза [ 5, 38–46]. Однако использование последних значительно ограничено из-за их быстрой биоразлагаемости в почве [47]. Суперабсорбенты увеличивают влагоемкость почвы, в то же время противодействуя потерям из-за просачивания и испарения [48–50].Они противодействуют быстрым изменениям влажности почвы, действуя как буферная вода. Они также перекрывают каналы для потери воды с поверхности почвы. Эффективность процесса зависит от свойств почвы, таких как аэрация, температура и перенос питательных веществ, водопоглощение и преобразование, которые влияют на рост растений. Следовательно, можно рекомендовать применение гидрогелей на основе целлюлозы для контролируемого высвобождения воды и питательных веществ в засушливых и пустынных районах. Основное преимущество — контролируемое высвобождение воды, длительное поддержание влажности почвы, увеличение пористости почвы и, следовательно, лучшее насыщение кислородом корней растений.Было подтверждено, что количество влаги, удерживаемой в почве, зависит от концентрации суперабсорбирующих матриц на основе целлюлозы. Преимуществами этого типа гидрогелей также являются экологически чистые источники, высокая удерживающая способность, низкая стоимость и способность к биоразложению. Более того, их применение помогает снизить потребление воды для орошения, снижает смертность растений, улучшает удержание удобрений в почве и увеличивает скорость роста растений [51–54].

Что касается удобрений с медленным высвобождением в сочетании с суперабсорбентами для получения свойств медленного высвобождения и удержания воды, то они хорошо описаны в литературе.Как правило, удобрения и суперабсорбенты комбинируются двумя способами. В первом способе удобрения смешиваются с суперабсорбентами. Во втором подходе к реакционной смеси добавляют удобрения и полимеризуются in situ , в результате чего они захватываются суперабсорбентами. Эти два метода всегда приводят к более высокой скорости высвобождения [55, 56].

Гидрогели также используются при выращивании саженцев. Суперабсорбенты позволяют снизить затраты, связанные с содержанием растений, повысить выживаемость посаженных культур и позволяют неинвазивно защищать рассаду различными видами вакцин, направленных на обеспечение лучшего развития растений [54].

Гидрогели как компоненты садовых субстратов увеличивают влагоемкость твердой фазы. Во время полива или дождя они связывают воду в почве, не позволяя ей просачиваться в более глубокие слои. В результате вода постоянно поступает к растениям, ограничивая водный стресс у растений [55–57]. Следует отметить, что необходимы дальнейшие исследования, поскольку большинство суперабсорбентов основано на чистом поли (метакрилате), и поэтому они слишком дороги и не подходят для солесодержащих вод и почв.Неионные полимеры имеют гораздо более низкое поглощение, но они также менее чувствительны к ионам в воде. В связи с этим многие авторы предлагают вводить неорганические глины, такие как каолин, бентонит, монтмориллонит и др., В чистые полимерные суперабсорбенты, чтобы улучшить свойство набухания, прочность гидрогеля и снизить производственные затраты [58–61].

Гидрогели также можно использовать в качестве носителя пестицидов. Например, хитозан обладает антимикробными и инсектицидными свойствами. В смеси с другими активными веществами его можно использовать в качестве матрицы для переноса биоинсектицидов, предназначенных, например, для борьбы с размножением личинок насекомых.Аналогичным образом были приготовлены, охарактеризованы и оценены микрокапсулы из альгината и хитозана как система-носитель для имидаклоприда, синтетических аналогов брассиностероидов и производных диосгенина, азадирахтина и т. Д. Бионанокомпозитные материалы на основе хитозана, а также хитозана и смесей глины (с монтмориллонитом). используются как абсорбенты гербицидов [57, 58].

4.2. Пищевая промышленность и упаковочная промышленность

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО), рост населения мира до 9.1 миллиард к 2050 году будет связан с увеличением мирового производства продуктов питания на 70% и удвоением производства продуктов питания в развивающихся странах [62–64]. Применение гидрогелей обеспечивает как экономические, так и экологические преимущества, поскольку позволяет избежать загрязнения грунтовых вод. Из-за использования слишком большого количества удобрений водоснабжение загрязняется. Это также может привести к эвтрофикации — ситуации, когда в воде растворенного кислорода недостаточно для выживания водных организмов. Использование удобрений с покрытием — многообещающая альтернатива для улучшения многих аспектов удобрения на основе концепции контролируемого высвобождения.Основными преимуществами использования гидрогелей с контролируемым высвобождением являются регулярная и непрерывная доставка питательных веществ, низкочастотное внесение удобрений и устранение повреждения корней из-за высоких концентраций соли [65–67].

Эффективное производство продуктов питания — неотъемлемая часть продовольственных складов. Развитие концепции длительного хранения пищевых продуктов связано с использованием полимеров различного химического состава и структуры. Помимо требуемых эксплуатационных свойств, таких как химическая стойкость, физико-механические и технологические свойства, полимерные материалы, используемые в непосредственном контакте с пищевыми продуктами, также должны соответствовать высоким гигиеническим требованиям.Для этого были использованы типичные синтетические полимеры, а также широко распространенные в природе биополимеры в виде целлюлозы, крахмала, натурального каучука, шелка и различных смол. Помимо полимерного связующего, из этих компонентов производятся пластификаторы, наполнители, красители, порообразователи, смазочные вещества и другие компоненты. Самый популярный способ получения разлагаемых смесей — это смешивание натуральных и синтетических полимеров или включение неорганических наполнителей [68–70]. Гидрогели также можно применять для производства эффективных биополимерных упаковочных материалов с желаемыми свойствами.Жесткие и жесткие линейные полисахариды, смешанные с белками, имеют тенденцию образовывать гели в виде листов, мембран и покрытий [71]. Несколько биополимеров, таких как крахмал, целлюлоза, хитозан, поли (молочная кислота) (PLA), поли (капролактон) (PCL), поли (гидроксибутират) (PHB) используются для целей упаковки. Текущая тенденция в упаковке пищевых продуктов — это использование смесей различных биополимеров, таких как смеси крахмал-PLA и смеси крахмал-PCL. Более глобулярные и гибкие полисахариды образуют сферические структуры [26].Перспективные применения гидрогелей в пищевой промышленности включают улучшенную упаковку (барьеры для газа и влаги), антибактериальную упаковку, мониторинг состояния продукта, нанодобавки, увеличенный срок хранения, защиту от окисления и маскировку задач.

4.3. Биомедицинские приложения

Впервые поли-2-гидроксиэтилметакрилат (PHEMA) в качестве синтетического биосовместимого гидрогеля был использован для контактных линз в 1960 году. Жесткие контактные линзы в основном основаны на гидрофобных материалах, таких как полиметилметакрилат (PMMA). или поли (гекса-фторизопропилметакрилат) (HFIM), тогда как мягкие линзы основаны на гидрогелях.В настоящее время делается много попыток получить линзы с хорошей кислородопроницаемостью. С этой целью гидрофильные мономеры: 4-трет-бутил, 2-гидроксициклогексилметакрилат, метакрилоиламино-4-трет-бутил-2-гидроксициклогексан и 4-трет-бутил, 2-гидроксициклопентилметакрилат с HEMA и N-винил-2- пирролидон (NVP) [72].

Гидрогели широко используются при лечении ран. Большие раны приводят к риску инфицирования и потере большого количества жидкости. Доказано, что гидрогели хитозана и их производные ускоряют деление фибробластов и продукцию цитокинов.Количество коллагена в ранах, обработанных хитозановыми материалами, ниже, поэтому рост тканей происходит не так быстро и наблюдается образование небольших рубцов. Хитозан гипоаллергенен и обладает естественными антибактериальными свойствами, что также способствует его использованию в полевых повязках [73, 74].

Бинты были представлены компанией HemCon, Inc., которая разрабатывает рыночные технологии для контроля сильных кровотечений при травмах кожи и органов. В отличие от марли, повязки из гидрогелей хитозана взаимодействуют с клетками крови (молекулы хитозана несут положительный заряд).Все наши клетки, наши клетки крови, внешние мембраны имеют отрицательные заряды. Отрицательный заряд клеток крови притягивается положительным зарядом хитозана. Как только они соприкасаются друг с другом, они сливаются и образуют плотный, прилипший сгусток на поверхности раны. Бинты HemCon ^® удобно упакованы, стабильны при комнатной температуре и просты в использовании. Будучи чрезвычайно прочными и гибкими, они могут использоваться на неровной поверхности раны. Они также не выделяют тепла и легко удаляются водой.Другими примерами являются Granugel ^® (ConvaTec), Intrasite Gel ^® (Smith & Nephew), Purilon Gel ^® (Coloplast), Aquaflo (Covidien) или Woundtab ^® (First Water) [14].

Применение иммобилизации клеток в альгинатных гидрогелях для получения искусственных органов также очень важно. Гидрогели стимулируют поведение человеческих органов, и они чувствительны к изменениям таких условий, как pH, температура, ферменты и электрическое поле. Тот факт, что они гидрофильны по своей природе из-за реактивных групп, таких как -OH, -COOH, -NH ₂ , -CONH ₂ , -SO ₃ H, позволяет им также поглощать или удерживать большие количества воды. как содержать биоактивные материалы в своей сети.Их можно использовать в системах с контролируемым высвобождением без необходимости их удаления из-за их биосовместимости. Таким образом, наблюдается разработка pH-чувствительных биоразлагаемых и биосовместимых гидрогелей на основе полисахаридов, полипептидов и белков. Например, трансплант-сополимеры на основе полисахаридов / полианилина продемонстрировали свой потенциал для эффективного использования в различных биомедицинских целях, таких как медицинские имплантаты, протезы мышц или органов, диагностические устройства для искусственных мышц, стабилизация костных имплантатов и уменьшение тромбозов [75, 76].Используемые для изготовления мочевых катетеров, они предотвращают бактериальную колонизацию на поверхности и обеспечивают гладкую и скользкую поверхность, улучшая ее биосовместимость. Одно из перспективных применений гидрогелей было предложено Кало и Хуторянским [14]. Гидрогели могут использоваться для преобразования электрохимических стимулов в механическую работу, то есть обратимое сокращение и расслабление под действием физико-химических стимулов для развития искусственных мышц, которые функционируют как человеческие мышцы и ткани, но с мышцами с электрическим приводом.Гидрогели, полученные из природных полимеров, таких как агароза, благодаря своей биосовместимости и мягким условиям гелеобразования делают их пригодными для применения в тканевой инженерии.

Гидрогели также применяются для регуляции инсулина при диабете, лечения гемофилии B, почечной недостаточности (удаление мочевины), печеночной недостаточности, выработки интерферона, лечения болезни Паркинсона, гипокальциемии и хронической боли [77–79].

4.4. Гидрогели в лечении рака

Достижения в химиотерапии привели к разработке многих инновационных гидрогелей для доставки лекарств, которые значительно улучшили прогноз и качество жизни онкологических больных.Peppas et al. [80] и Nguyen et al. [81] сообщили о применении привитых сополимерных гидрогелей PEG – PLGA для лечения рака и визуализации рака с использованием светочувствительных полимеров со свойствами чувствительности к стимулам для потенциальных биомедицинских приложений. Kanamala et al. [82] указывают на то, что pH-чувствительные гидрогели для нацеленной на опухоль доставки лекарств предоставили новую стратегию устранения ограничений традиционной химиотерапии, то есть липосомы, покрытые полимером HPMA, для нацеливания на внеклеточный pH опухоли _ex .Casolaro et al. [83] синтезировали и изучили два акриловых гидрогеля в качестве биоматериала для загрузки и высвобождения химиотерапевтического агента цисплатина. Гидрогель, реагирующий на двойные стимулы, улучшил высвобождение видов платины (II) для химиотерапии солидных опухолей.

Наиболее интересный подход к лечению рака поджелудочной железы был предложен David et al. [84]. Рак поджелудочной железы — это смертельная форма новообразования с самым высоким уровнем смертности среди различных видов рака. Они разработали новый материал путем комбинации кверцетина и 5-фторацила, нанесенного на наночастицы хитозана.Система двойного нагруженного лекарством носителя проявляла значительную токсичность в отношении клеток рака поджелудочной железы как в двумерных (2D), так и в трехмерных культурах.

В случае врожденных аномалий, травм или резекций опухолей применяются как биосовместимые носители, так и специальные вещества для восстановления кости. Сообщается, что многие методы с применением тканевой инженерии способствуют остеогенезу с помощью соответствующих каркасов для регенерации кости. Fujioka-Kobayashi et al. [85] создали систему доставки лекарств, которая позволяет контролируемое высвобождение белков — наногелей пуллулана, несущих холестериновые и акрилоильные группы (CHPOA).Они были агрегированы с образованием быстроразлагаемых гидрогелей (CHPOA / гидрогели) путем сшивки с тиолсодержащим полиэтиленгликолем. Два различных фактора роста, BMP2 и рекомбинантный фактор роста фибробластов 18 человека (FGF18), были применены к дефекту кости черепа критического размера для восстановления кости с помощью системы CHPOA / гидрогель. Система CHPOA / гидрогель может успешно доставить два разных белка к дефекту кости, чтобы вызвать эффективное восстановление кости. Комбинация системы CHPOA / гидрогель с факторами роста FGF18 и BMP2 может быть шагом на пути к эффективной инженерии костной ткани.

4.5. Удаление ионов тяжелых металлов

В случае удаления ионов тяжелых металлов можно учитывать различные физико-химические свойства гидрогелей [86–91]. Гидрогели (с магнитными свойствами и без них) на основе природных полисахаридов для удаления Cd (II) из водных растворов описаны в [92]. Гидрогели на основе хитозана были синтезированы с добавлением известных количеств хитозана, акриловой кислоты и метилен-бисакриламида в присутствии инициатора в виде наночастиц персульфата аммония и магнетита.Было обнаружено, что процесс сорбции меняется при добавлении магнетита в процессе синтеза гидрогелей. Что касается времени контакта, pH, начальной массы гидрогеля и начальной концентрации ионов Cd (II), было обнаружено, что гидрогели без магнитных свойств могут применяться для очистки воды и промышленных стоков, загрязненных Cd (II) более эффективно, чем с магнитными свойствами. Применение нового pH-чувствительного гидрогеля на основе хитозана в качестве сорбента для ионов Zn (II) из синтетических растворов сточных вод описано в статье Milosavljević et al.[93]. Было изучено влияние различных переменных, таких как pH, температура, время контакта и начальная концентрация, на поглощение ионов Zn (II). Варьировали концентрацию абсорбата (4,6, 9,2 и 14,1 мг / л), pH, время поглощения (0,5–48 ч) и температуру (25, 37 и 45 ° C). Установлено, что максимальное поглощение ионов Zn (II) происходит при pH 5,5. Значение получено для максимальной сорбционной емкости 105,5 мг / г при 25 ° C. Гидрогель можно регенерировать с помощью 0,01 моль / л HNO ₃ .

Поглощение ионов Cu (II) из водных растворов гидрогелями поли (акриловая кислота-соакриламид), полученными путем радикальной полимеризации в растворе, исследовали Orozco-Guareño et al.[94]. Они обнаружили, что гидрогель с меньшим количеством сшивающего агента показал самую высокую способность по отношению к Cu (II) 121 мг / г. Влияние pH раствора на эффективность процесса без растворения гидрогелей не наблюдалось. Результаты кинетики поглощения Cu (II) показали, что равновесие достигается в течение 30 мин. Данные о равновесии поглощения лучше соответствовали модели изотермы Ленгмюра. Однако влияние количества сшивающего агента было отражено в плохой аппроксимации этого уравнения изотермы, связанной с более узким межцепочечным пространством.Было высказано предположение, что ионы Cu (II) координировались через карбоксильные и амидные функциональные группы с образованием тетрадентатного поверхностного комплекса меди [94].

4.6. Удаление красителей

Гидрогели на основе (мет) акрилатов использовались для удаления катионных красителей, например, (поли (метакриловая кислота) -привитая целлюлоза / бентонит), поли (метакрилат-акриловая кислота-винилацетат) и хитозан-прививки. -поли (акриловая кислота) для удаления метиленового синего; поли (акриловая кислота-акриламид), полу-IPN поли (акриловая кислота-акриламид-метакрилат) и амилаза и смола на основе поли (глицидилметакрилата) -сшитого прививки на основе акрилата для удаления кристаллического фиолетового, желтого 28 (BY28) [95– 97].Положительные значения энтальпии, отрицательные значения энтропии выявляют благоприятные, самопроизвольные, эндотермические процессы. Установлено, что изотермы сорбции Ленгмюра и Фрейндлиха лучше всего описывают экспериментальные данные. Максимальная сорбционная емкость, соответствующая полному покрытию монослоя, достигла 102 мг / г и 157 мг / г для гидрогелей на основе поли (метакриловой кислоты) со степенью нейтрализации мономера 0 и 80% соответственно. Также гидрогели на основе гуаровой камеди, такие как сшитые гидрогели на основе гуаровой камеди и акриловой кислоты (Gg-AA), взаимно проникали с PANI и оценивались по проводимости, антибактериальным свойствам и адсорбции красителя [98].

5. Перспективы

Расширение знаний о гибридных или композитных гидрогелевых материалах позволяет создавать очень полезные гидрогелевые материалы с памятью формы и самовосстановлением, реагирующие на раздражители. Это следствие подхода, при котором необходимы минимально инвазивные методы лечения. На первый план выходят те, которые определяют немедленный переход от раствора с низкой вязкостью перед инъекцией и быстрое образование прочной сети. in situ. требует тщательного выбора подходящих сшивающих агентов, возможностей для модуляции профилей высвобождения и разложения после введения гидрогеля, защиты фармацевтических препаратов. препараты в микро- и наночастицах и др.Такие материалы также очень интересны в качестве сорбентов, потому что во время процесса набухания сетчатая структура имеет тенденцию быть более обширной, что обеспечивает доступ различных молекул к активным центрам. Следует отметить, что их можно легко и полностью регенерировать без значительного изменения их свойств.

5.1. Электропроводящие гидрогели и биосенсоры

Электропроводящие гидрогели представляют собой полимерные смеси или сети, которые объединяют проводящие электроактивные полимеры (CEP) как единое целое с гидратированными гидрогелями.Электропроводящие гидрогели относятся к классу многофункциональных интеллектуальных материалов, которые сочетают в себе свойства составляющих материалов для создания технологически важных свойств для устройств и систем в качестве мембранного слоя биораспознавания в различных биосенсорах. Например, биосенсоры гидрогеля на основе поли (HEMA) и поли (анилина) (PANI) со встроенным рекомбинантным цитохромом P450-2D6 и поли (HEMA)], а также гидрогелей полипиррола (PPy) со встроенными специфическими для аналитов можно упомянуть фермент.Такие полимеры имеют потенциальное применение в биоактивных покрытиях электродов и электрохимических устройствах.

5.2. Индикаторы

pH-чувствительные гидрогели могут применяться в современных аналитических методах, таких как дисперсионная твердофазная экстракция (DSPE), также известная как QuEChERS (быстрый, простой, дешевый, эффективный, прочный и безопасный), полутвердо-жидкая дисперсионная микроэкстракция (SSLDM) , дисперсионная жидкостно-жидкостная микроэкстракция (DLLME) и твердофазная экстракция (SPE), которые часто применяются для анализа нескольких остатков активных веществ, растительных экстрактов, пестицидов и т. д.Во многих случаях некоторые из них не содержат органических растворителей и поэтому классифицируются как зеленый аналитический метод (в этом случае не применяются высокотоксичные хлорированные экстрагенты на основе растворителей). Например, рН-чувствительные гидрогели были приготовлены из конъюгированного с катехином альгинатного гидрогеля и пирокатехинового фиолетового красителя [98]. Химическая и механическая стабильность в широком диапазоне значений pH, а также простой метод синтеза обуславливают их применение в качестве датчиков видимого света для защиты и контроля коррозионных жидкостей (кислот и оснований), а также радиоактивных соединений, опасных отходов и инфекционных микроорганизмов.

6. Гидрогели при контролируемом высвобождении удобрений, хелатированных биоразлагаемым комплексообразователем IDS

Гидрогели нашли применение в качестве удобрений с медленным высвобождением, хотя добавление удобрений обычно вызывает снижение гидратации и влияет на их физические свойства. Другой аспект заключается в том, что большинство традиционных гидрогелей представляют собой продукты на основе полиакрилатов, поэтому они не поддаются биологическому разложению и рассматриваются как потенциальные загрязнители для почвы [99, 100]. Наша исследовательская группа недавно сосредоточилась на применении гидрогелей для контролируемого высвобождения удобрений на основе биоразлагаемых комплексообразователей.Было доказано, что коммерческие гидрогели Luquasorb 1160 и Luquasorb 1280 могут быть использованы для поглощения комплексов Cu (II), Zn (II), Mn (II) и Fe (III) с ИДС [101].

Было обнаружено, что скорость поглощения питательных веществ (макро- и микроэлементов) растениями зависит не только от возраста растений, но также от формы, в которой элемент поступает, и концентрации раствора. Микроэлементы применяются в виде простых комплексов или хелатов. Некоторые соединения используются в качестве комплексообразователей.Они могут быть как натуральными, так и синтетическими. В эту группу входят лимонная, муравьиная, аскорбиновая, пропионовая, винная, янтарная, молочная, глюконовая и салициловая кислоты или их соли K, Na и NH ₄ ⁺ , лигносульфонаты, природные и синтетические аминокислоты (глицин, цистеин и глутамин), этилендиаминтетрауксусной кислоты. Например, лимонная кислота — это естественный биоразлагаемый хелатор. Комплексы лимонной кислоты из-за наличия карбоксильных групп нестабильны в кислой среде. EDTA образует прочные водорастворимые хелаты с ионами поливалентных металлов в довольно широком диапазоне pH [102].

Жидкие удобрения, применяемые для подкормки растений, должны характеризоваться определенными свойствами, такими как

Ученые моделируют, как синтетические гели могут регулировать воспалительную реакцию организма — ScienceDaily

Гидрогели для лечения, синтезированные из молекул биоинженерами Университета Райса, являются В нескольких шагах ближе к клинике.

Исследователи риса и сотрудники Техасского института сердца (THI) разработали базовый набор инъекционных гидрогелей, которые обещают помочь заживлять раны, доставлять лекарства и лечить рак.Важно отметить, что они проанализировали, как химически различные гидрогели вызывают воспалительную реакцию организма — или нет.

, разработанные в Rice, предназначены для инъекций и создают имитацию клеточных каркасов в желаемом месте. Они служат заполнителями, в то время как организм естественным образом питает новые кровеносные сосуды и клетки каркасом, который со временем разрушается, оставляя на своем месте естественную ткань. Гидрогели также могут нести химические или биологические подсказки, которые определяют структуру каркаса или сродство к окружающей ткани.

Исследование, проведенное химиком и биоинженером Джеффри Хартгеринком и аспирантом Танией Лопес-Сильва из Райса и Дарреном Вудсайдом, вице-президентом по исследованиям и директором ядра проточной цитометрии и визуализации в THI, демонстрирует возможность настройки многодоменных пептидных гидрогелей на вызывают соответствующую воспалительную реакцию на то, что они лечат.

Исследование включено в Biomaterials .

«Мы работали над гидрогелями на основе пептидов в течение нескольких лет и получили около 100 различных типов», — сказал Хартгеринк.«В этой статье мы хотели немного подкрепиться и понять некоторые фундаментальные способы, которыми они изменяют биологическую среду».

Исследователи хотели конкретно узнать, как синтетические гидрогели влияют на воспалительную реакцию окружающей среды. Двухлетнее исследование предоставило первую возможность протестировать различные биосовместимые гидрогели на уровень воспалительной реакции, которую они вызывают.

«Обычно мы думаем о воспалении как о плохом», — сказал Хартгеринк.«Это потому, что воспаление иногда связано с болью, а боль никому не нравится. Но воспалительная реакция также чрезвычайно важна для заживления ран и избавления от инфекции.

«Мы не хотим нулевого воспаления; мы хотим соответствующего воспаления», — сказал он. «Если мы хотим залечить раны, воспаление — это хорошо, потому что оно запускает процесс восстановления сосудистой сети. Оно привлекает все виды клеток, которые регенерируют в этом месте».

Лаборатории протестировали четыре основных типа гидрогелей — два с положительным зарядом и два с отрицательным — чтобы увидеть, какое воспаление они вызовут.Они обнаружили, что положительно заряженные гидрогели вызывают гораздо более сильную воспалительную реакцию, чем отрицательно заряженные.

«Среди положительных материалов, в зависимости от химического состава, генерирующего этот заряд, мы можем вызвать сильную или умеренную воспалительную реакцию», — сказал Хартгеринк. «Если вы собираетесь заживить раны, вам действительно нужна умеренная реакция, и мы видели это в одном из четырех материалов.

«Но если вы хотите пройти курс лечения рака, более сильная воспалительная реакция может быть более эффективной», — сказал он.»Для чего-то вроде доставки лекарств, где воспаление не помогает, лучше использовать один из отрицательно заряженных материалов.

«По сути, мы закладываем основу, чтобы понять, как разработать материалы вокруг воспалительной реакции, которую эти материалы вызывают. Это даст нам наилучшие шансы на успех».

Команда THI помогла проанализировать клеточный ответ на гидрогели с помощью многомерной проточной цитометрии.

«Результаты этой работы закладывают основу для конкретной адаптации доставки терапевтического средства с помощью средства доставки, которое является функционально значимым и предсказуемым», — сказал Вудсайд.«Помимо доставки лекарств, эти гидрогели также совместимы с различными типами клеток.

«Одна из проблем терапии стволовыми клетками в настоящее время заключается в том, что адоптивно перенесенные клетки не обязательно остаются в большом количестве в месте инъекции», — сказал он. «Смешивание этих относительно инертных отрицательно заряженных гидрогелей со стволовыми клетками перед инъекцией может преодолеть это ограничение».

Хартгеринк сказал, что эта работа является фундаментальной, а не направленной на конкретное применение, но важна для долгосрочной цели по доставке синтетических гидрогелей в клинику.«Мы размышляли о многих вещах, которые мы считаем хорошими и правдивыми в отношении этого материала, и теперь у нас есть более четкое механистическое понимание того, почему они, на самом деле, верны», — сказал Хартгеринк.

Net Metering, Microgrid, Pusa Hydrogel

1. Гидрогель Pusa
2. Эко-плита
3. Производство электроэнергии в микросетях
4. Раджив Ганди Сетевой замер Билл кум Карло Йоджана
5. День выхода за пределы Земли

Pusa Hydrogel

Тема в новостях : окт 2014, Hindu; Актуальность: GS3- Наука-Технология / сохранение;

• Кто? Индийский институт сельскохозяйственных исследований, Нью-Дели
• Что? Pusa Hydrogel — гранулированный продукт.Изготовлен путем сшивания гидрофильных (водоотталкивающих) полимеров.
• Сухой порошок смешать с семенами + 10 раз почвой + необходимыми удобрениями. Затем вспахайте колхоз, разложите этой смесью.

Я. а какая польза? :

• Во время полива гидрогель впитывает и удерживает воду, как губка. В 350 раз его сухой вес.
• В засушливый период будет выпускать воду для растений.
• Таким образом, гель снижает водопотребность сельскохозяйственных культур.Улучшает всхожесть семян.
• Помогает фермерам в засушливых районах. Меньше денег, дизеля, электричества потрачено на полив.

Эко-плита

Тема в новостях : окт 2014, Hindu; Актуальность: GS3-S&T в быту;

• Кто? Корпорация Андхра, частная компания и научно-исследовательский институт в Мумбаи. (имена не важны, потому что они не такие известные, как ISRO, TERI и т. д.)
• Что? «Эко плита», которая экономит 70% энергии по сравнению со сжиженным газом.

Но как?

Преимущества Eco Cooker

• Модифицированное регулирование газа: поток газа регулируется таким образом, чтобы температура оставалась постоянной на уровне 72 градусов.
• Конструкция горелки изменена для равномерного распространения пламени.
• Использует герметичный закрытый контур для улавливания пара и тепла.

Преимущества?

• 30% национальной энергии идет на приготовление пищи. Эко-плита потребляет на 70% меньше энергии, чем в газовой плите.
• Идеально под столовую, гостиницу, общежитие.
• Можно приготовить сразу несколько блюд — рис, дал, овощи и т. Д.
• Сохраняет пищевую ценность продуктов, улучшает их вкус.

Производство электроэнергии в микросетях

Тема в новостях : окт 2014, Hindu; Актуальность: GS3-инфраструктура: Энергетика / сохранение;

Обсудите важность производства электроэнергии с помощью микросетей для решения проблемы нехватки электроэнергии в сельских районах Индии. 100 слов.

Отв. Микросеть состоит из трех компонентов:

1. Система выработки электроэнергии — обычно возобновляемый источник: солнечные батареи, ветряные мельницы.
2. Накопитель энергии
3. Система управления нагрузкой.

Одна микросеть (2-3 МВт) может обслуживать 5000 семей.

• Эти микросети являются независимыми, самодостаточными и практичным решением для обеспечения электроэнергией несетевых и труднодоступных мест.
• В настоящее время такие семьи полагаются на дрова или дизельное топливо, что вредит окружающей среде. Электроэнергия в микросетях может принести пользу детям из сельских районов / племен в сфере образования и фермерам в области орошения.
Система
• уже успешно применяется в США, и американские компании проявили интерес к воспроизведению этой модели в Индии.

Чистый счетчик для уменьшения световой накладной

Тема в новостях : май 2014, Hindu; Актуальность: GS3-Energy / разговор

Q. Обсудите полезность системы сетевого измерения для разрешения кризиса с электричеством в городской местности. 100 слов

Отв. В рамках системы сетевого учета заказчик устанавливает солнечную или ветровую электростанцию ​​в своем помещении, подключает ее к электросети с компанией по распределению электроэнергии (DISCOM)

• Заказчик использует солнечную электроэнергию для собственного дома и передает излишки солнечной энергии в DISCOM.
• Во время сезона дождей, в пасмурные дни или при интенсивном использовании он может использовать обычную электроэнергию от DISCOM (вырабатываемую тепловой или атомной электростанцией).
• Счет за электроэнергию будет рассчитываться на основе «чистой» передачи между клиентом и DISCOM.
• ЕСЛИ клиент передал DISCOM больше (солнечной) энергии, то потребленное (тепловое) электричество => DISCOM придется заплатить заказчику. И наоборот.
• Следовательно, это называется «чистым» счетчиком.
• Преимущества : меньше счетов за свет, защита окружающей среды, борьба с изменением климата, солнечная батарея может работать ~ 25 лет.
• Ограничения : для покупки солнечной панели требуются начальные инвестиции в размере ~ 1-3 лакха рупий. На окупаемость уходит ~ 3 года.

День выхода за пределы Земли

Тема в новостях : август 2014, Frontline; Актуальность: GS3-Ухудшение окружающей среды

Mains-GS3: Вопрос. Обсудите значение дня выхода за пределы Земли. 100 слов

В отличие от Всемирного дня окружающей среды (5 июня), день выхода за пределы Земли не фиксируется постоянно на каждый год.
Для данного года день превышения Земли наблюдается в день, когда:

1. человек потребили больше, чем биосфера может заменить
2. человек произвел больше отходов, чем природа может поглотить

2014: День выхода за пределы Земли, наблюдаемый 19 августа (8-й месяц года)

• Это означает, что мы израсходовали годовой (12-месячный) запас воды, земли и деревьев на земле в течение 8 месяцев.
• Мы производим отходы, мусор и CO2 быстрее (8 месяцев), чем земная годовая скорость поглощения / биоразложения таких отходов.
• Значит, сейчас мы живем по квоте на следующий год. Таким образом, в следующем году день превышения предела наступит даже раньше августа 2015 года.
• Если корректирующие меры не будут приняты, то к 2030 году нам понадобятся «две земли», чтобы удовлетворить наши потребности в ресурсах и поглотить наши отходы.

Примечания сбоку :

1. Также называется днем ​​экологического долга.
2. в этот день решили не IPCC, UNEF и т. Д., А неправительственная организация под названием Global Footprint Network.

PPT — HYDROGELS PowerPoint Presentation, скачать бесплатно