ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ

ВСТУПЛЕНИЕ

В последние годы в ежедневной жизни появилось много новых полимерных материалов, к их числу относятся и полимерные гели. Еще 20-30 годов назад не много кто о их слышал, а сейчас они уже крепко вошли в наш быт и употребляются как наполнители в памперсах, гигиенических салфетках, мягеньких стельках, принимающих форму стопы ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ, и т.д. Чем могут быть увлекательны уже ставшие элементарными материалы и почему ими продолжают заниматься ученые?


ГИДРОГЕЛИ

Полимерные гели представляют собой набухшие в растворителе длинноватые полимерные цепи, сшитые вместе поперечными ковалентными связями (сшивками) в единую пространственную сетку. Такие гидрогели способны всасывать и задерживать внутри себя неограниченное количество воды: до 2 кг ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ на 1 г сухого полимера. Благодаря этому свойству их именуют молекулярными губами. Настолько высочайшая способность всасывать воду свойственна для полиэлектролитных гелей, т.е. гелей, содержащих заряженные группы. Почему конкретно эти гели способны всасывать много воды?

В аква среде они диссоциируют с образованием заряженных звеньев и низкомолекулярных противоионов так же, как ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ молекулы соли распадаются в воде на катионы и анионы. Но при диссоциации в молекуле полимера ионы 1-го заряда, к примеру положительные, остаются связанными с цепью, а отрицательные (т.е. противоионы) оказываются в свободном состоянии, в растворителе (см. рис.1). Звенья полимерной сетки, одноименно заряженные, отталкиваются друг от друга, и поэтому цепи, начально ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ свернутые в клубки, очень растягиваются. В итоге эталон геля существенно возрастает в размерах, т.е. набухает, поглощая растворитель.

Низкомолекулярные противоионы тоже играют существенную роль в набухании. Они свободно передвигаются в растворителе снутри геля, по другому говоря, получают трансляционную энтропию. Но покинуть его они не могут, потому ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ что это приведет к нарушению электронейтральности. Таким макаром, поверхность эталона геля оказывается непроницаемой для противоионов. Будучи запертыми снутри, они стараются занять как можно больший объем, чтоб получить значимый выигрыш в энтропии трансляционного движения. В итоге создается “распирающее” осмотическое давление, вызывающее существенное набухание геля, подобно тому, как давление газа “надувает” воздушный шар. Итак ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ, сильное набухание полиэлектролитных гелей в воде обосновано как электростатическим отталкиванием одноименно заряженных звеньев, так и осмотическим давлением противоионов. Если количество заряженных звеньев невелико, гель в главном набухает за счет осмотического давления противоионов .

Из-за множества растворителя в набухших гелях вероятны фазовые переходы. Обычно, они вызваны усилением притяжения меж ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ звеньями сетки, что приводит к вытеснению растворителя из геля в внешний раствор. В конечном итоге объем геля скачкообразно миниатюризируется в сотки раз. Настолько существенное изменение видно невооруженным глазом.

Резкое уменьшение объема геля при маленьком изменении наружных критерий именуется коллапсом. Силы притяжения, которые его вызывают, в аква средах обычно обоснованы ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ гидрофобными взаимодействиями либо водородными связями. Как некий наружный фактор (к примеру, температура, состав растворителя, рН и т.д. ) делает преобладающими силы притяжения, переход геля в сколлапсированное состояние становится неминуемым.

Таким макаром, полимерные гели, находящиеся “на пороге” коллапса, могут очень резко и обратимо изменять собственный объем в ответ на ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ маленькие конфигурации характеристик среды. Благодаря этому такие гели именуют восприимчивыми (responsive gels), либо по-другому - умными материалами (smart or intelligent materials), т.е. материалами, способными реагировать на маленькие конфигурации во наружной среде заблаговременно запрограммированным образом .

Зависимо от воздействия, которое вызывает коллапс, восприимчивые гели можно поделить на термо-, фото- и рН-чувствительные ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ . Последние представляют особенный энтузиазм.


Внедрение ГИДРОГЕЛЕЙ

Восприимчивые к рН гели содержат группы слабенькой кислоты либо слабенького основания, способные к ионизации при изменении кислотности наружного раствора. Будучи незаряженными, эти умные материалы находятся в сколлапсированном состоянии, ионизация же вызывает их набухание из-за электростатического отталкивания одноименно заряженных звеньев и “распирающего ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ” осмотического давления противоионов. Понятно, что гидрогели с кислотными группами набухают в щелочной среде и коллапсируют в кислой, где ионизация подавлена, а если содержат главные группы, то, напротив, набухают в кислой среде и коллапсируют при повышении рН.

Фармацевтические вещества уже издавна стали помещать в полимерные матрицы, чтоб продукт медлительно ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ выделялся из носителя и оказывал благодаря этому пролонгированное действие. Гели, восприимчивые к рН, можно использовать не только лишь для той же цели, да и для направленной доставки лекарства. Чтоб ввести его в гелевый носитель, довольно поместить эталон геля в раствор фармацевтического вещества (в том числе и такового большого, как ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ белок), и оно окажется снутри полимерной матрицы. Потом гель высушивают (убирают растворитель), тогда и он становится фармацевтической формой. Если этот “контейнер” опять поместить в растворитель, лекарственное вещество будет выделяться, при этом тем резвее, чем больше степень набухания геля (т.е. чем посильнее раскрыты его поры). Так полимерная матрица держит под контролем скорость ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ выделения лекарства. Но, не считая того, она может обеспечить его доставку конкретно к тому участку организма, который нуждается в препарате.

Создавая системы направленного транспорта фармацевтических веществ, спецы учитывают, что различные отделы пищеварительного тракта человека очень различаются кислотностью. К примеру, в желудке кислая среда (рН 1.4), в кишечном тракте ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ - близкая к нейтральной (рН 6.7-7.4). Чувствительный к рН гель с лекарством, попав в организм, даст содержимое там, где он разбухнет. Благодаря таким свойствам для направленного транспорта фармацевтического вещества в желудок можно использовать гели, содержащие группы слабенького основания и потому набухающие в кислой среде желудка, к примеру, гель на базе N,N-диметиламиноэтилметакрилата ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ. Не считая того, такие гели могут служить к тому же в качестве защитной оболочки. Они сколлапсированы при нейтральных рН во рту и тем предупреждают растворение фармацевтического вещества в слюне, избавляя хворого от противного вкуса горьковатого лекарства (taste-masking application) .

Гели на базе слабенькой кислоты набухают в ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ щелочной среде ,а в желудке при рН 1.4 они сохраняют лекарственное вещество в себе. Тем продукт не испытывает вредного воздействия настолько высочайшей кислотности, а не считая того, и слизистая система желудка не подвергается ненужному воздействию лекарства. Попав в кишечный тракт (рН 6.7-7.4), гель набухает и выделяет там вещество.

Подобные гели в особенности важны при ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ лечении таких заболеваний, как панкреатит. Обычно нездоровые обязаны повсевременно употреблять ферменты, чтоб облегчить переваривание и усвоение еды в узком кишечном тракте. В текущее время для исцеления этой заболевания употребляются фармацевтические препараты, содержащие фермент амилазу. Но в исследовательских работах установлено, что только малая его толика (<10%) добивается кишечного тракта в активном ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ состоянии. Причина этого - инактивация фермента в очень кислой среде желудка. Если же амилаза спрятана в гидрогеле, она может там находиться без вреда для активности .

Более важны восприимчивые к pH гидрогели и в тех случаях, когда нездоровые принимают антивосполительное средство индометацин. Тут уже приходится защищать желудок от брутального ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ лекарства - оно способно даже привести к разрушению ткани желудка. Гель стопроцентно предутверждает выделение индометацина в желудке и тем выручает хворого от дополнительных проблем.

Таким макаром, рН-чувствительные гели не только лишь делают функцию матрицы, которая дозированно выделяет лечущее средство в определенном отделе пищеварительного тракта, да и служат защитной ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ оболочкой .

Протекающие в организме патологические процессы, обычно, связаны с конфигурацией рН, температуры, концентрации определенных веществ. Потому возникает возможность создавать системы с оборотной связью, когда возникшие отличия от нормы инициируют выделение фармацевтического продукта. Создание подобного рода саморегулирующегося лекарства очень нужно для нездоровых сладким диабетом. Гидрогели полностью подходят для таковой цели в качестве ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ искусственной поджелудочной железы, которая выделяет инсулин в ответ на конфигурации концентрации глюкозы . Некие успехи в этом уже достигнуты. Поначалу рН-чувствительный гель с группами слабенького основания насыщают инсулином, а потом иммобилизуют фермент глюкозооксидазу. Когда глюкоза диффундирует из наружного раствора в гидрогель, глюкозооксидаза окисляет ее до глюконовой кислоты ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ, которая вызывает ионизацию геля и его набухание. Оно в свою очередь “открывает” поры геля и содействует выходу из него инсулина. Чем больше глюкозы в крови, тем больше инсулина выделяется из геля.

Предстоящий прогресс в разработке саморегулирующихся фармацевтических средств, а именно, просит разработки методов получения гидрогелей, которые переходили бы из ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ сколлапсированного состояния в набухшее при различных значениях рН. Это позволило бы более тонко держать под контролем как место, так и скорость выделения фармацевтического продукта.


ВЫВОД

Современная жизнь невозможна без многих полимерных материалов,в том числе и без гидрогелей. Не считая того,что они употребляются в медицине как база многих фармацевтических средств,они употребляются ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ и в легкой индустрии, и для сельского хозяйства,как «спаситель» от засухи.


Перечень ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Физика в мире полимеров. М., 1989.

2. Хохлов А.Р., Дормидонтова Е.Е. // Успехи физ. наук. 1997. Т.167. №2. С.113-128.

3. Хохлов А.Р. // Соросовский образовательный журнальчик. 1998. №11. С.138-142.

4. Филиппова О.Е. // Высокомолек. соед ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ., серия С. 2000. Т.42. №12. С.2328-2352.

5. Галаев Ю.В. // Успехи химии. 1995. Т.64. №5. С.505-524.

6. Philippova O.E., Andreeva A.S., Khokhlov A.R. et al. // Langmuir. 2003. V.19. №18. P.7240-7248.


ispolnitelskoe-masterstvo-solnoe-kollektivi.html
ispolnyaemie-nomera-dlya-kazhdogo-nomera-otdelno.html
ispolnyaetsya-pesenka-zverej.html