Hydrogel (v zemědělství). Velká ruská encyklopedie

hydrogel, ve vodě nerozpustná hydrofilní síť zesíťovaných polymerních řetězců. Jedná se o gelovitou hmotu schopnou absorbovat velké objemy kapaliny – až 400 % své vlastní hmotnosti.

Pro svou schopnost dlouhodobě zadržovat vodu a také pro snadnou výrobu je široce používán v zemědělství, medicíně, průmyslu a dalších odvětvích.

V zemědělství se hydrogely nejčastěji používají jako látka, která pomáhá zadržovat vlhkost v půdě, což vede ke snížení ztrát na úrodě, snížení eroze a vyplavování úrodné vrstvy půdy. V medicíně a biotechnologickém průmyslu se hydrogely používají jako neutrální látka, která dokáže izolovat popáleniny, stávají se základem pro pěstování rostlinné a živočišné biomasy v laboratořích nebo se stávají substrátem pro fúzi lidské tkáně.

Hydrogely se dělí podle typu zesíťujících vazeb na kovalentní a fyzikální.

Kovalentní vazby tvoří silné a často chemicky toxické vazby, které lze využít pouze v zemědělství nebo technologické výrobě. Patří sem produkty na bázi polyakrylátu sodného, ​​které mají nízké výrobní náklady a dlouhodobě zadržují vlhkost, což činí takové hydrogely nejoblíbenější pro použití v zemědělství. Hydrogely s kovalentními vazbami vznikají nejčastěji katalýzou, kondenzačními reakcemi nebo vysokoenergetickým zářením (paprsky gama a elektronové paprsky). Mezi produkty na bázi hydrogelů s kovalentními vazbami patří gelové povrchové povlaky, včetně ochranných skel pro chytré telefony a tablety.

Fyzikální příčné vazby, mezi které patří i iontové příčné vazby, jsou nejméně toxickým typem hydrogelů, které se aktivně využívají v medicíně. Byl vytvořen vědci, aby se vyhnuli potenciálně toxickým metabolitům hydrogelů s kovalentními vazbami. Fyzikální zesítění je založeno na vodíkových můstcích, hydrofobních interakcích a van der Waalsových silách. Díky svým fyzikálním a chemickým vlastnostem se takové hydrogely používají jako substrát, ale i jako základ pro zvýšení rychlosti obnovy orgánů nebo například tkáně lidské chrupavky. Často se k takovým hydrogelům přidávají léky, aby se urychlila rekonvalescence pacientů. Takové hydrogely se přitom v zemědělství prakticky nepoužívají z důvodu nízké stability hydrogelů a složitosti jejich technologické aplikace v osevním postupu.

Klíčové vlastnosti hydrogelů

Otok

Přímo úměrné chemické struktuře polymeru a nepřímo úměrné úrovni hustoty zesítění. Postupné narušování příčných vazeb vede k tomu, že hydrogel ztrácí své vlastnosti. Například v zemědělství hydrogely využívající akryláty ztrácejí své vlastnosti po 1–2 sezónách pravidelného používání, rozkládají se v půdě vlivem biotických a abiotických faktorů.

Pružnost

Nabobtnalé hydrogely mají tendenci vykazovat elastické vlastnosti: elastické napětí a jeho opak – kompresi. Vysoká hustota zesítění má za následek vyšší mechanickou pevnost, ale snižuje elasticitu a bobtnání. Významné zvýšení počtu příčných vazeb v některých hydrogelech způsobuje tvorbu křehkých gelů. Hydrogely, na jejichž základě se vyrábí fólie pro chytré telefony, se staly populární právě díky své elasticitě a schopnosti „samohojit“ poškození. Elasticita hydrogelů je také výhodou při použití v zemědělství, protože nabobtnalý polymer má tvar dutiny, ve které se nachází. Díky tomu je vhodný pro umístění do květináčů a půdy, která se aktivně používá ve sklenících.

Difúze

V buněčném tkáňovém inženýrství je úroveň difúze rozpuštěné látky důležitá při určování uvolňování léčiva nebo transportu živin a metabolitů. Difúze živin, metabolitů a dalších rozpuštěných látek závisí na mnoha faktorech, včetně morfologie sítě, složení polymeru, obsahu vody, rozpuštěných látek a koncentrací polymeru, bobtnání a kolapsu gelu. U hydrogelů s kovalentními vazbami je však význam difúze snížen, protože takové hydrogely pravděpodobněji absorbují kapalinu bez jakýchkoli přísad.

Propustnost

Pórovitost hydrogelu nebo velikost buněk je strukturální vlastnost hydrogelů určená vzdáleností mezi sousedními příčnými vazbami. Pórovitost je důsledkem hustoty, složení a koncentrace monomeru. Silně záleží na typu spojů a jejich síle.

Publikováno 19. dubna 2023 v 15:27 (GMT+3). Naposledy aktualizováno 19. dubna 2023 v 15:27 (GMT+3). Kontaktujte redakci