Hidrogel

Hidrogel bat kate malguak dituen hiru dimentsioko sare bat da. Modu jakin batean konektatuta dauden elementuez osatuta dago, eta likido batez puztua. Organogela disolbatzaile organikoa duen gela da, eta hidrogela berriz, ura duena. Hidrogelak ezaugarri partikularrak dituzten polimeroak dira. Hidrofiloak dira, hau da, urarekiko afinitatea daukate. Honez gain, bigunak eta elastikoak dira. Urarekin puztu egiten dira bolumena handituz, hala ere, forma mantendu egiten dute oreka fisiko-kimikoa lortu arte. Egoera deshidratatu batean, aldiz, kristalinoak dira. Hidrogelen ezaugarri partikularrak hainbat faktoreen ondorioak dira, esate baterako, bere egitura molekularrean talde funtzional hidrofiloen existentzia (OH, COOH, CONH2, CONH, SO3H…) bere egitura molekularrean. Polimeroaren gurutzaketa eragiten duten indar kohesiboak ez dira izaera kobalentekoak soilik, molekularteko beste indar batzuek ere hartzen dute parte, hala nola: indar elektrostatikoak, dipolo-dipolo interakzioak edo hidrogenozko zubiak adibidez.^[1]

Hidrogela egoera solidoan

Adibidez, hidrogelak asko erabiltzen dira biomaterialetan beraien biobateragarritasunari, egiturari eta propietateei esker.^[2]

Hidrogelen sintesia

Hidrogel baten sintesia, funtsean, polimerizazio prozesu bat da, materialen ezaugarri espezifikoen araberako berezitasun batzuk dituena. Disolbatzaile, monomero eta hastapen-mekanismoaz gain, beste hainbat elementu berri gehitu behar dira, erretikulazio-agenteak adibidez. Honetaz gain, aldizka desmoldeantea gehitu behar da, hidrogela erreakzioa egingo den edukiontziko paretetan ez itsasteko. Hidrogelaren definizioak ura duen gel bat dela adierazten du, beraz, argi dago ura izango dela disolbatzailerik ohikoena bere sintesian. Hala ere, beste disolbatzaile batzuk ere erabil daitezke (puruak edo nahaste binarioak). Hauek gerora desagertuko dira xerogela eratu arte (bere barnean inongo likidorik ez duen sare polimerikoa). Azkenik, uretan berriro disolbatu daitezke.^[3]

Monomeroak

Monomero kopuru handi bat aukeratu daiteke hidrogelak sintetizatzeko: ionizaezinezko ordezkatzaile lateralekin (N-metilol akrilamida, N-vinil-2-pirrolidona, 2-hidroxietilo metakrilatoa…) eta ionizatu daitezkeen talde funtzionalekin (metrakriliko azidoak, akrilikoa, estiren sulfonikoa, vinil sulfonikoa, itakonikoa…) .^[4]

Hastapena

Erabilitako polimerizazio mota eta monomeroez ere, polimerizazio-erreakzioarako agente sortzailearen erabilpena beharrezkoa da. Erabili daitezkeen hastapen-sistemak polimeroen sintesian ohikoak dira:

• Erradikal askeen sortzailea: Baldintzak egokiak izanik, elkarren segidan erreakzionatzen duten erradikal askeen sorrera produzitzen duten substantziak dira. Erradikal askeak sorrarazteko kontzentrazio oso txikiak behar dira. Molekula sortzaile bakar bat gai da kate makromolekular luze bat edo bi sortzeko. Erradikal askeen sortzaile ohikoena 2,2’-azobiisobutironitriloa da (AIBN).
• Sortzaile ionikoak: Monomeroaren egiturak erradikal askeen sortzailea aplikatzen uzten ez duenean erabiltzen da sortzaile mota hau. N-butil-litio moduko konposatu organometalikoak izaten dira, baita oinarri gogorrekoak ere, litiozko terc-butoxidoa bezalakoak. Sortzaile hauekin posible da erreakzio-abiadura handitzea.
• Gamma izpiak: Polimero hidro-disolbagarrietan, hidrogelak lortzeko teknika erabilienetako bat da hau. Teknika eraginkorra da polimeroen nahasketak gurutzatzeko. Gamma erradiazio-iturri bat da sistemaren polimero erradikalak sortarazten duen eragilea. Bide honek, beste kasuen aitzitik, ez du substantzia kimiko gehigarrien erabilerarik eskatzen.^[4]

Hidrogelaren sintesia

Literaturan azaltzen diren sintesi-metodoak kopolimerizazio erreakzioetan dute oinarria funtsean, non monomero batek izaera hidrofoboa du eta besteak hidrofiloa. Erabilitako teknikak bi talde handitan sailkatu daitezke:

• Polimerizazio bateratua: Sortzailea eta erretikulazio-agentea gehitzen zaie monomeroei. Modu honetan, polimero solidoa lortzen da.
• Disoluziozko polimerizazioa: Kasu honetan disolbatzailea erabiltzen da prozesuan zehar. Erretikulazio-agentea erabiltzen bada, azken emaitza ez da disoluzio bat, gel solbatatu bat baizik.^[4]

Erretikulazio-agentea

Hidrogelen sintesian, erretikulazio-agentearen hautaketa egokia oinarrizkoa da sintetizatzear dagoen materialaren propietateak optimizatzeko. Orokorrean erretikulazio-agentea portzentai oso baxu batean erabiltzen da polimerizazio-erreakzioan erabiltzen diren monomero eta komonomero totalekin alderatuz. Kate polimeriko ezberdinak elkargurutzatu ahal izateko, erretikulazio-agente hauek zenbait erreaktibo-talde eduki behar dute beraien egitura molekularrean, ohikoenak tetra- eta hexafuntzionalak izanik.^[4]

Desmoldantea

Hidrogel bat prestatzerakoan, polimerizazioaren ondoren hidrogela ontzitik ateratzea posible dela ziurtatzea beharrezkoa da. Horretarako, erabilitako ontziaren gainazala konposatu batekin (desmoldantea) inpregnatzea ezinbestekoa da, hidrogel eta gainazal horren arteko atxikipena saihesteko.^[4]

Aplikazioak

Hidrogelek ur-kantitate handiak era itzulgarri batean xurgatzeko gaitasuna daukate. Honek aplikazio zientifiko eta teknologiko kopuru handi batean erabiltzeko aukera ematen du. Hidrogelen ohiko aplikazioak hainbat dira. Adibidez, lur landuen hezetasuna mantendu eta materialen xurgatzaile gisa funtziona dezake. Horrez gain, mintz zelular, mikrokapsula, katalizatzaileen euskarri, estaldura gisa, paper-industriarako produktuen osagarri, produktu farmazeutikoen aglutinatzaile eta biopolimeroen isolatzaile eta zatitzailetzat erabil daitezke. Azkenik, biomedikuntzako esparru barruan kokatzen diren aplikazioak nabarmentzen dira. Azken erabilera honek baldintza gehigarri batzuk dakar, adibidez, ehunekin biobateragarria izatea. Gainera, prozesu degradagarrietan aldaezina izan behar da. Eta noski, erabilera bakoitzeko propietate mekaniko egokiak aurkeztea ere beharrezkoa da.^[5]

Aplikazio biomedikoak

Hidrogelak zenbait aplikazio biomedikotan erabiltzen dira beraien biobateragarritasunari, egiturari eta propietateei esker. Honako hauek dira apliazio biomedi-koen adibide:

• Ukipen-lenteak: Aplikazio honetarako leiarrak hiru baldintza bete behar ditu. Lehenengoa, leiarrak kornearen oxigenazio aproposa uztea da, hau da, oxigenoarekiko iragazkorra izan behar da. Bigarrena, malko-fluidoak kornea eta leiarraren artean pelikula bat sortzea da. Eta azkenik, leiar honek betazalek egiten duten indarra jasan beharko du ezegonkortasun bisualak saihesteko. Ukipen-lente hauen fabrikazio-prozesurako polimetakrilato metiloa (PMMA) erabili zen bere propietate optiko bikainengatik, maneiu errazagatik, mekanizazio eta leunketagatik eta giza begiaren ehunekiko bere biobateragarritasun bikainagatik. Hala ere, polimero honek ez du kornearako beharrezkoa den oxigeno kantitate nahikorik pasatzen uzten, lentearen ezaugarri eta gardentasunean degradazio bat eragiten duelarik. Gaur egun, metakrilato eraldatuak erabiltzen dira.^[6]
• Medikamentuen askapena era kontrolatuan: Teknologia hau berri samarra da. Botikak hartzeko modu tradizionala errepikatzen den dosi bakarrekoa da. Kasu honetan, sendagaiaren kontzentrazio handiak hartu behar dira. Horrek denboran zehar sendagaien eragina gutxitzea dakar, azkenean eraginkortasuna galduz. Bestalde, azken urteetan hidrogelen askapen-gaitasunean gertatu den aurrerapenak aldaketak ekarri ditu medikamentuen administrazioan, kontrol zehatza baimentzen duelako.^[7] Bere oinarria askatutako medikamentuaren zati jakin batek ekintza farmakologiko zehatz bat eragitean datza. Askatutako farmakoaren eta bere ekintza farmakologikoaren artean erlazio zuzena dagoela frogatu da. Hori horrela izanik, efektu berezi bat lortzea nahi denean askapen-gradua ingurune oso zehatz batean kontrolatua izan behar da; dosi handiago batek desira ez diren efektu farmakologikoak eragin dezakelako ekintza terapeutikoaz gain. Gaur egun, hidrogelak medikamentuak era kontrolatuan askatzeko sistema onenen oinarriak direla frogatu da; adibidez, antibiotiko eta analgesikoen askapenerako sistemak aztertu dira.^[8][9]

Medikamentuak barruan duen hidrogela

Nekazaritza-aplikazioak

Honako hauek dira hidrogelen nekazaritza-aplikazioak:

• Uraren askapen kontrolatua: Aurretik aipatu den bezala, hidrogelak urarekin puztu egiten dira, eta puzte hau alderantzikagarria da. Modu honetan, hidrogel jakin batzuk lurrean aplikatu daitezke, eta euria egiten duenean puztu egingo dira euriaren ur-kantitate bat xurgatuz. Lehorte-garaia denean, ordea, hauek xurgatutako ura poliki-poliki askatuko dute. Aplikazio honetarako 3 hidrogel mota erabiltzen dira: poliakrilamida, sodio poliakrilatoa eta poliakrilamida eta sodio akrilato kopolimeroa. Askotan, hidrogelaren termino zientifikoa ez erabiltzeko (edo hidrogelaren formula kimikoa ez ezagutzeko) PAM laburdura erabili ohi da hain desberdinak diren hiru polimero hauetako edozein izendatzeko.^[10]
• Lurraren egituratzaile: PAMek lurraren higadura murrizten du, eta materia organikoaren birsorkuntzan eta lurraren aireztatzean laguntzen du. Honetaz gain, gatzen metaketa gainazalean eta uraren gehiegizko galera saihesten du.^[11]

Erreferentziak

• Los materiales inteligentes de este milenio: los hidrogeles macromoleculares. I. Katime, O. Katime, D. Katime. Servicio editorial de la Universidad del País Vasco. Bilbao 2004

1. Elisseeff, Jennifer (2008). «Hydrogels: Structure starts to gel». Nature Materials 7
2. Kopeček, Jindřich (2007). «Hydrogel Biomaterials: A Smart Future?». Biomaterials 28. doi:10.1016/j.biomaterials.2007.07.044.
3. «Methods for Synthesis of Hydrogel Networks: A Review». Journal of Macromolecu-lar Science, Part C: Polymer Reviews 36: 405–430. 1996. doi:10.1080/15321799608015226.
4. ↑ Saltar a: a b c d e Issa Katime, Óscar Katime Trabanca, Daniel Katime Trabanca (2004). Los materiales inteligentes de este milenio: los hidrogeles macromoleculares : síntesis, propiedades y aplicaciones. ISBN 8483736373.
5. Hoffman, AS (2002). «Hydrogels for biomedical applications». Adv Drug Deliv Rev 54: 3–12.
6. Nicolson, PC; Vogt J (2001). «Soft contact lens polymers: an evolution.». Biomateri-als 22: 3273–83.
7. Alejandro Arredondo Peñaranda, Marta Elena Londoño López (2009). «Hidrogeles. Potenciales biomateriales para la liberación controlada de medicamentos». Revista Ingeniería Biomédica 3 (5): 83–94.
8. Saima Amin*, Saeid Rajabnezhad and Kanchan Kohli (noviembre de 2009). Scientific Research and Essay 3 (11): 1175–1183 https://web.archive.org/web/20130512101656/http://www.academicjournals.org/sre/pdf/pdf2009/nov/Amin%20et%20al.pdf |urlarchivo= sin título (ayuda). Archivado desde el original el 24 de noviembre de 2015
9. Faccia, Paula Andrea (21 de marzo de 2013). Síntesis y caracterización de materiales poliméricos para sistemas de transporte y liberación de fármacos con potenciales aplicaciones en terapias oftalmológicas. p. 306. Consultado el 29 de abril de 2014.
10. M. Dragusin, D. Martin, M. Radoiu, R. Moraru, C. Oproiu, S. Marghitu, T. Dumitrica (1996). «Hydrogels used for medicine and agriculture». Progress in Colloid & Polymer Science 12: 123–125. doi:10.1007/BFb0114400.
11. William J. Orts; Aicardo Roa-Espinosa; Robert E. Sojka; Gregory M. Glenn; Syed H. Imams; Kurt Erlacher and Jan Skov Pedersen (2007). «Use of Synthetic Polymers and Biopolymers for Soil Stabilization in Agricultural, Construction, and Military Applica-tions». Journal of materials in civil engineering 19: 58–66. doi:10.1061/(ASCE)0899-1561(2007)19:1(58).

Kanpo estekak