Hidrogelovi se mogu dobiti od jednog ili više monomera koji su umreženi fizičkim ili hemijskim vezama. Hemijsko umreženje nastaje uspostavljanjem kovalentnih veza pri reakciji polimerizacije i umrežavanja u kojoj učestvuju mono- i višefunkcionalne komponente (monomer(i) i umreživač). Fizičko umreženje nastaje uspostavljanjem vodoničnih veza, jonskih interakcija, van der Waals-ovih sila, usled kristalizacije dela polimernog lanca ili prepletanjem polimernih lanaca. Gledano kroz Skenirajući Elektronski Mikroskop (SEM) ova mreža podseća na sundjer (slika 1).

Slika 1. Porozna struktura hidrogela snimljena SEM-om

Jedna od osnovnih karakteristika hidrogelova je promena zapremine usled promena u spoljašnjoj sredini. Moguće je sintetisati hidrogel čija se zapremina promeni i do 90%_vol pri promeni temperature od 1^ºC. Ova grupa hidrogelova pruža velike mogućnosti za različite primene jer se njihova fizičko-hemijska i mehanička svojstva mogu kontrolisati promenama fizioloških uslova kao što su pH vrednost, temperatura, jonska jačina, promena koncentracije biološki aktivnih supstanci, itd. Pri tome mogu da pokazuju svojstva tečnih ili čvrstih supstanci zavisno od stanja u kome se nalaze. Mogu se koristiti kao čvrste forme (diskovi kao što su kontaktna sočiva, cilindri, ploče), komprimovani praškovi za oralnu primenu, mikročestice (bioadhezivni nosači za terapije rana), obloge (za implante i katetere), membrane (za transdermalnu primenu), tečnosti (na mestu primene prelaze u gel).
Najveću primenu hidrogelovi imaju u medicini i farmaciji. Sposobnost hidrogelova da apsorbuju i otpuštaju molekule različitih veličina je omogućila njihovu primenu kao nosača lekova za različite načine primene: nazalnu, oralnu, vaginalnu, transdermalnu i oftalmološku. U hidrogel se umeće lek koji će biti zaštićen u masi hidrogela dok se uslovi sredine ne promene i dok ne dodje do bubrenja gela i otpuštanja leka.
Kod konvencionalne primene lek se uzima najčešće 3 puta dnevno, pri čemu u kratkom periodu nakon konzumiranja koncentracija leka raste iznad i vrlo brzo opada željene vrednosti, nakon čega je potrebno uneti novu dozu. Kod hidrogela ovo nije slučaj. Nakon unosa, koncentracija leka raste do optimalne vrednosti i lek se dalje otpušta kontinualno sve dok ga ima unutar hidrogela, nakon čega se unosi nova doza. Ovo znači da se vreme izmedju uzimanja leka znatno produžava, a i samo doziranje je znatno bolje (slika 2).

Slika 2. Konvencionalno doziranje leka (CF), doziranje leka pomoću hidrogela (CRF)

Hidrogelovi se koriste i u kapima za oči, flasterima, losionima za telo, itd. Konvencionalne kapi za oči se u oku zadržavaju prosečno nekoliko minuta, a koncentracija leka se smanjuje ispiranjem suzama. Kada se koriste kapi sa česticama hidrogela efekat leka je moguće produžiti za nekoliko sati. Čestice hidrogela se treptajima rasporedjuju po površini celog oka što povećava dodirnu površinu i usled promene temperature od sobne do telesne (37 ^ºC) dolazi do obrazovanja tankog filma hidrogela iz koga se implementiran lek ravnomerno otpušta tokom nekoliko časova.
Još jedna interesantna primena hidrogelova je za izradu specijalnih uložaka za obuću koja mora biti vrlo udobna. Gel se nalazi u polimernoj foliji i na sobnoj temperaturi je u tečnom stanju. Kada se patika obuje usled kontakta sa stopalom tečnost se zagreva na telesnu temperaturu i prelazi u gel koji poprima oblik stopala.

Slika 3. Promena viskoznost gela sa temperaturom

Takodje se primenjuju u zaštiti od prekomernog sunčevog zračenja. Izmedju dva staklena panela se postavlja hidrogel koji je na sobnoj temperaturi transparentan, ali pri porastu temperature postaje mat i ne propušta jednaku količinu svetlosti kao i ranije. Ovo se najčešće susreće u staklenim baštama i prostorijama sa zastakljenim zidovima.
Pojava hidrogelova krajem 60 godina XX veka, praćena sve češćom primenom kontaktnih sočiva u oftamologiji, je očigledno predstavljala početak doba "pametnih" materijala. Danas su njihov značaj i oblasti primene ogromne. Pored gore navedenih, hidrogelovi se primenjuju u poljoprivredi za kontrolisano otpuštanje pesticida, kozmetici, inženjerstvu tkiva gde se koriste kao matrice za reparaciju i regeneraciju tkiva i organa, itd.

Reference:

.   Ron Dagni, Chemical and Engineering News, Americal Chemical Society, 9. jun 1997.

.   Andreas Richer, Review of hydrogels-based pH sensors and microsensors, Sensors 2008, 8, 561-581

.   Joao F. Mano, Stimuli-Responsive Polimeric Systems for Biomedical Applications, Advanced Engineering Materiasl 2008, 10, No. 6