Hydrogel

Ein Hydrogel ist ein Gel aus einem Polymer, das Wasser binden kann. Die Moleküle, die das Gel aufbauen, sind chemisch, z. B. durch kovalente, supramolekulare oder ionische Bindungen, oder physikalisch, z. B. durch Verschlaufen der Polymerketten, zu einem Netzwerk verknüpft. Kovalent vernetzte Polymere sind zum Beispiel thioliserte Polymere (Thiomere), die durch die Ausbildung von Disulfidbrücken Polymerketten vernetzen.^[1] Durch eingebaute hydrophile Polymerkomponenten quellen sie in Wasser unter beträchtlicher Volumenzunahme, ohne aber ihren stofflichen Zusammenhalt zu verlieren.^[2][3] Hydrogele, die ein hohes Quellvermögen haben, werden Superabsorber genannt.

Anwendungen

Hydrogele gewinnen durch ihre Biokompatibilität und gewebeähnlichen mechanischen Eigenschaften im biomedizinischen Bereich an Bedeutung.^[4] Bekannte Beispiele sind weiche Kontaktlinsen, Intraokularlinsen sowie plastische Implantate.

In der Wundbehandlung, insbesondere zum Feuchthalten oder zur Rehydration trockener Wunden, kommen Hydrogele als Kompressen oder in Form von Tubengelen zum Einsatz. Letztere werden auch im Rahmen des Débridements verwendet, um die Wundreinigung zu fördern. Durch Abgabe von Wasser unterstützen die Hydrogele hierbei körpereigene Prozesse beim Aufweichen und Ausschwemmen von Nekrosen und Belägen.^[5]

Als sogenannte Superabsorber sind Hydrogele essentieller Bestandteil moderner Wegwerfwindeln, da sie die einmal aufgenommene Feuchtigkeit binden und auch bei Druck nicht mehr abgeben.

In der Technik besitzen sogenannte smarte Hydrogele ein enormes Entwicklungspotenzial, da sie über integrierte Aktor-Sensor-Eigenschaften verfügen.

In der Agrarwirtschaft stecken große Anwendungspotentiale, besonders in heißen Erdregionen, aber auch in Hinsicht größerer Trockenperioden in Folge der Klimaerwärmung.^[6]

Theorien

Häufig wird das Quellverhalten von Hydrogelen mithilfe von (modifizierten) Flory-Rehner-Modellen beschrieben^[7], welche auf dem Flory-Huggins-Modell beruhen.

Einzelnachweise

1. ↑ C Leichner, M Jelkmann, A Bernkop-Schnürch: Thiolated polymers: Bioinspired polymers utilizing one of the most important bridging structures in nature. In: Adv Drug Deliv Rev. 151–152. Jahrgang, 2019, S. 191–221, doi:10.1016/j.addr.2019.04.007, PMID 31028759. 
2. ↑ Eintrag zu Hydrogele. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 14. Juni 2014.
3. ↑ Enas M. Ahmed: Hydrogel: Preparation, characterization, and applications: A review. In: Journal of Advanced Research. Volume 6, Issue 2, 2015, S. 105–121, doi:10.1016/j.jare.2013.07.006.
4. ↑ Ein Gewebe fester als Stahl auf spektrum.de, abgerufen am 17. März 2017.
5. ↑ Kerstin Protz: Moderne Wundversorgung 8. Auflage, Elsevier Verlag, München 2016, ISBN 978-3-437-27885-3, Seite 36
6. ↑ Francesco Puoci: Polymer in Agriculture A Review. In: American Journal of Agricultural and Biological Sciences. Band 3, Nr. 1, 2008, S. 299–314 (researchgate.net [PDF]). 
7. ↑ Paul J. Flory, John Rehner: Statistical Mechanics of Cross‐Linked Polymer Networks II. Swelling. In: The Journal of Chemical Physics. Band 11, Nr. 11, November 1943, S. 521–526, doi:10.1063/1.1723792.