Hidrogel

Un hidrogel es un material bifásico, una mezcla de sólidos porosos y permeables y al menos un 10% en peso o volumen de líquido intersticial compuesto total o principalmente por agua. En los hidrogeles, el sólido poroso permeable es una red tridimensional insoluble en agua de polímeros naturales o sintéticos y un fluido, que ha absorbido una gran cantidad de agua o fluidos biológicos. Estas propiedades sustentan varias aplicaciones, especialmente en el área biomédica. Muchos hidrogeles son sintéticos, pero algunos se derivan de la naturaleza. El término 'hidrogel' fue acuñado en 1894.

Química

Clasificación

Los enlaces cruzados que unen los polímeros de un hidrogel se dividen en dos categorías generales: hidrogeles físicos e hidrogeles químicos. Los hidrogeles químicos tienen enlaces cruzados covalentes, mientras que los hidrogeles físicos tienen enlaces no covalentes. Los hidrogeles químicos pueden dar lugar a fuertes geles reversibles o irreversibles debido al enlace covalente. Los hidrogeles químicos que contienen enlaces covalentes reversibles entrecruzados, como los hidrogeles de tiomeros que se entrecruzan mediante enlaces disulfuro, no son tóxicos y se utilizan en numerosos productos medicinales. Los hidrogeles físicos suelen tener una alta biocompatibilidad, no son tóxicos y además son fácilmente reversibles simplemente cambiando un estímulo externo como el pH, la concentración de iones (alginato) o la temperatura (gelatina); También se utilizan para aplicaciones médicas. Los enlaces cruzados físicos consisten en enlaces de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas y entrelazamientos de cadenas (entre otros). Un hidrogel generado mediante el uso de enlaces cruzados físicos a veces se denomina gel "reversible". hidrogel. Los enlaces cruzados químicos consisten en enlaces covalentes entre hebras de polímeros. Los hidrogeles generados de esta manera a veces se denominan hidrogeles "permanentes". hidrogeles.

Los hidrogeles se preparan utilizando una variedad de materiales poliméricos, que se pueden dividir en términos generales en dos categorías según su origen: polímeros naturales o sintéticos. Los polímeros naturales para la preparación de hidrogeles incluyen ácido hialurónico, quitosano, heparina, alginato, gelatina y fibrina. Los polímeros sintéticos comunes incluyen alcohol polivinílico, polietilenglicol, poliacrilato de sodio, polímeros de acrilato y copolímeros de los mismos. Mientras que los hidrogeles naturales no suelen ser tóxicos y a menudo ofrecen otras ventajas para uso médico, como biocompatibilidad, biodegradabilidad, efecto antibiótico/antifúngico y mejoran la regeneración del tejido cercano, su estabilidad y resistencia suelen ser mucho menores que las de los hidrogeles sintéticos. También existen hidrogeles sintéticos que pueden usarse para aplicaciones médicas, como el polietilenglicol (PEG), el poliacrilato y la polivinilpirrolidona (PVP).

Preparación

Hay dos mecanismos sugeridos detrás de la formación de hidrogel físico, el primero es la gelificación de conjuntos de péptidos nanofibrosos, generalmente observado para los precursores de oligopéptidos. Los precursores se autoensamblan en fibras, cintas, tubos o cintas que se entrelazan para formar enlaces cruzados no covalentes. El segundo mecanismo implica interacciones no covalentes de dominios entrecruzados que están separados por enlaces solubles en agua, y esto generalmente se observa en estructuras multidominio más largas. Ajuste de las interacciones supramoleculares para producir una red autoportante que no precipita y que también es capaz de inmovilizar agua, que es vital para la formación de gel. La mayoría de los hidrogeles de oligopéptidos tienen una estructura de lámina β y se ensamblan para formar fibras, aunque también se han informado péptidos de hélice α. El mecanismo típico de gelificación implica que los precursores de oligopéptidos se autoensamblen en fibras que se alargan y se entrelazan para formar geles entrecruzados.

Un método notable para iniciar una polimerización implica el uso de la luz como estímulo. En este método, se añaden fotoiniciadores, compuestos que se escinden mediante la absorción de fotones, a la solución precursora que se convertirá en el hidrogel. Cuando la solución precursora se expone a una fuente concentrada de luz, generalmente irradiación ultravioleta, los fotoiniciadores se escindirán y formarán radicales libres, que comenzarán una reacción de polimerización que forma enlaces cruzados entre las hebras de polímero. Esta reacción cesará si se retira la fuente de luz, lo que permitirá controlar la cantidad de entrecruzamientos formados en el hidrogel. Las propiedades de un hidrogel dependen en gran medida del tipo y la cantidad de sus enlaces cruzados, lo que hace que la fotopolimerización sea una opción popular para ajustar los hidrogeles. Esta técnica ha tenido un uso considerable en aplicaciones de ingeniería de células y tejidos debido a la capacidad de inyectar o moldear una solución precursora cargada con células en el sitio de una herida y luego solidificarla in situ.

Los hidrogeles físicamente reticulados se pueden preparar mediante diferentes métodos dependiendo de la naturaleza del entrecruzamiento involucrado. Los hidrogeles de alcohol polivinílico se suelen producir mediante la técnica de congelación-descongelación. En este, la solución se congela durante unas horas, luego se descongela a temperatura ambiente y el ciclo se repite hasta que se forma un hidrogel fuerte y estable. Los hidrogeles de alginato se forman mediante interacciones iónicas entre el alginato y cationes de doble carga. Se disuelve una sal, generalmente cloruro de calcio, en una solución acuosa de alginato de sodio, lo que hace que los iones de calcio creen enlaces iónicos entre las cadenas de alginato. Los hidrogeles de gelatina se forman por cambios de temperatura. Una solución acuosa de gelatina forma un hidrogel a temperaturas inferiores a 37-35 °C, ya que las interacciones de Van der Waals entre las fibras de colágeno se vuelven más fuertes que las vibraciones moleculares térmicas.

Hidrogeles a base de péptidos

Los hidrogeles a base de péptidos poseen cualidades excepcionales de biocompatibilidad y biodegradabilidad, lo que da lugar a su amplio uso de aplicaciones, particularmente en biomedicina; como tal, sus propiedades físicas se pueden ajustar para maximizar su uso. Los métodos para hacerlo son: modulación de la secuencia de aminoácidos, pH, quiralidad y aumento del número de residuos aromáticos. El orden de los aminoácidos dentro de la secuencia es crucial para la gelificación, como se ha demostrado muchas veces. En un ejemplo, una secuencia peptídica corta Fmoc-Phe-Gly formó fácilmente un hidrogel, mientras que Fmoc-Gly-Phe no pudo hacerlo como resultado del movimiento de los dos restos aromáticos adyacentes, lo que dificultó las interacciones aromáticas. La alteración del pH también puede tener efectos similares; un ejemplo fue el uso de los dipéptidos modificados con naftaleno (Nap) Nap-Gly-Ala y Nap-Ala-Gly, donde una caída en el pH indujo la gelificación del primero, pero condujo a la cristalización. del último. Un método de disminución controlada del pH que utiliza glucono-δ-lactona (GdL), donde la GdL se hidroliza a ácido glucónico en agua, es una estrategia reciente que se ha desarrollado como una forma de formar hidrogeles homogéneos y reproducibles. La hidrólisis es lenta, lo que permite un cambio de pH uniforme y, por tanto, da como resultado geles homogéneos reproducibles. Además de esto, el pH deseado se puede lograr alterando la cantidad de GdL agregada. El uso de GdL se ha utilizado varias veces para la hidrogelación de Fmoc y Nap-dipéptidos. En otra dirección, Morris et al informaron sobre el uso de GdL como un 'desencadenante molecular' predecir y controlar el orden de gelificación. La quiralidad también juega un papel esencial en la formación de gel, e incluso cambiar la quiralidad de un solo aminoácido de su L-aminoácido natural a su D-aminoácido no natural puede afectar significativamente las propiedades de gelificación, ya que las formas naturales no forman geles. Además, las interacciones aromáticas desempeñan un papel clave en la formación de hidrogel como resultado del apilamiento π-π que impulsa la gelificación, como lo demuestran muchos estudios.

Otro

Los hidrogeles también poseen un grado de flexibilidad muy similar al tejido natural debido a su importante contenido de agua. Como "materiales inteligentes" sensibles, los hidrogeles pueden encapsular sistemas químicos que, al ser estimulados por factores externos, como un cambio de pH, pueden causar que compuestos específicos como la glucosa se liberen al medio ambiente, en la mayoría de los casos a través de un gel. transición del sol al estado líquido. Los polímeros quimiomecánicos son en su mayoría también hidrogeles, que al ser estimulados cambian su volumen y pueden servir como actuadores o sensores.

• Un microbulto basado en una barra de hidrogel (4×0.3×0.05 mm de tamaño) accionado por tensión aplicada. Esta bomba puede ser operada continuamente con una batería de 1,5 V durante al menos 6 meses.
• 
  Una matriz de hidrogel corto-peptida, capaz de soportar cerca de cien veces su propio peso en el agua. Desarrollado como un apósito médico.
• 
  Foto del mismo hidrogel de corta duración, que se mantiene en las fuerzas para demostrar su rigidez y transparencia.

Propiedades mecánicas

Los hidrogeles han sido investigados para diversas aplicaciones. Al modificar la concentración de polímero de un hidrogel (o, por el contrario, la concentración de agua), el módulo de Young, el módulo de corte y el módulo de almacenamiento pueden variar de 10 Pa a 3 MPa, un rango de aproximadamente cinco órdenes de magnitud. Se puede observar un efecto similar alterando la concentración de reticulación. Esta gran variabilidad de la rigidez mecánica es la razón por la que los hidrogeles son tan atractivos para aplicaciones biomédicas, donde es vital que los implantes coincidan con las propiedades mecánicas de los tejidos circundantes. Caracterizar las propiedades mecánicas de los hidrogeles puede resultar difícil, especialmente debido a las diferencias en el comportamiento mecánico que tienen los hidrogeles en comparación con otros materiales de ingeniería tradicionales. Además de su elasticidad y viscoelasticidad como caucho, los hidrogeles tienen un mecanismo adicional de deformación dependiente del tiempo que depende del flujo de fluido llamado poroelasticidad. Es extremadamente importante considerar estas propiedades al realizar experimentos mecánicos. Algunos experimentos de pruebas mecánicas comunes para hidrogeles son tensión, compresión (confinada o no confinada), indentación, reometría de corte o análisis mecánico dinámico.

Los hidrogeles tienen dos regímenes principales de propiedades mecánicas: elasticidad del caucho y viscoelasticidad:

La elasticidad del caucho

En estado no hinchado, los hidrogeles se pueden modelar como geles químicos altamente reticulados, en los que el sistema se puede describir como una red polimérica continua. En este caso:

${\displaystyle G=N_{p}kT={\rho RT \over {\overline {M}_{c}}}$

Donde G es el módulo de tijera, k es la constante de Boltzmann, T es temperatura, N_p es el número de cadenas de polímero por volumen de unidad, *** es la densidad, R es la constante de gas ideal, y ${\displaystyle {\fnMicrosoft} {\fnMicrosoft Sans Serif}} {\fnMicrosoft Sans Serif}} {\c}} {\c}} {\c}}} {\c}}} {\c}}}}} {\c}} {\c}}}} {\c}}}}}} {\c}}}}}}}}}}}$ es el (número) peso molecular promedio entre dos puntos de conexión cruzada adyacentes. ${\displaystyle {\fnMicrosoft} {\fnMicrosoft Sans Serif}} {\fnMicrosoft Sans Serif}} {\c}} {\c}} {\c}}} {\c}}} {\c}}}}} {\c}} {\c}}}} {\c}}}}}} {\c}}}}}}}}}}}$ se puede calcular a partir de la relación de hinchazón, Q, que es relativamente fácil de probar y medir.

Para el estado hinchado, una red perfecta de gel se puede modelar como:

${\displaystyle G_{\textrm {swollen}=GQ^{-1/3}$

En una simple prueba de extensión o compresión uniaxial, el verdadero estrés, ${\displaystyle \sigma _{t}$, y estrés de ingeniería, ${\displaystyle \sigma _{e}$, se puede calcular como:

${\displaystyle \sigma - ¿Por qué? ^{2}-\lambda ↑$

${\displaystyle \sigma ¿Por qué?$

Donde ${\displaystyle \lambda =l_{\textrm {current}/l_{\textrm {original}}$ es el estiramiento.

Viscoelasticidad

Para los hidrogeles, su elasticidad proviene de la matriz polimérica sólida, mientras que la viscosidad se origina de la movilidad de la red polimérica y del agua y otros componentes que componen la fase acuosa. Las propiedades viscoelásticas de un hidrogel dependen en gran medida de la naturaleza del movimiento mecánico aplicado. Por tanto, la dependencia del tiempo de estas fuerzas aplicadas es extremadamente importante para evaluar la viscoelasticidad del material.

Modelos físicos para la viscoelasticidad intentan capturar las propiedades materiales elásticas y viscosas de un material. En un material elástico, el estrés es proporcional a la tensión mientras que en un material viscoso, el estrés es proporcional a la tasa de tensión. El modelo Maxwell es un modelo matemático desarrollado para la respuesta viscoelástica lineal. En este modelo, la viscoelasticidad se modela analógicamente a un circuito eléctrico con un manantial Hookeano, que representa el módulo Young, y un dashpot Newtoniano que representa la viscosidad. Un material que exhibe propiedades descritas en este modelo es un material Maxwell. Otro modelo físico utilizado se llama el Modelo Kelvin-Voigt y un material que sigue este modelo se llama un material Kelvin-Voigt. Con el fin de describir el comportamiento de fluído y relajación del estrés dependiente del tiempo de hidrogel, se puede utilizar una variedad de modelos de parámetro abultados físicos. Estos métodos de modelado varían mucho y son extremadamente complejos, por lo que la descripción empírica Prony Series se utiliza comúnmente para describir el comportamiento viscoelástico en los hidrogeles.

Para medir el comportamiento viscoelástico dependiente del tiempo de los polímeros, a menudo se realiza un análisis mecánico dinámico. Normalmente, en estas mediciones, un lado del hidrogel se somete a una carga sinusoidal en modo de corte mientras la tensión aplicada se mide con un transductor de tensión y el cambio en la longitud de la muestra se mide con un transductor de deformación. Una notación utilizada para modelar la respuesta sinusoidal a la tensión o deformación periódica es:

${\displaystyle G=G'+iG'}$

en el que G' es el módulo real (elástico o de almacenamiento), G" es el módulo imaginario (viscoso o de pérdida).

Poroelasticidad

La poroelasticidad es una característica de los materiales relacionada con la migración del disolvente a través de un material poroso y la deformación concurrente que se produce. La poroelasticidad en materiales hidratados como los hidrogeles se produce debido a la fricción entre el polímero y el agua a medida que el agua se mueve a través de la matriz porosa tras la compresión. Esto provoca una disminución en la presión del agua, lo que agrega tensión adicional durante la compresión. Al igual que la viscoelasticidad, este comportamiento depende del tiempo, por lo que la poroelasticidad depende de la tasa de compresión: un hidrogel muestra suavidad tras una compresión lenta, pero una compresión rápida hace que el hidrogel sea más rígido. Este fenómeno se debe a que la fricción entre el agua y la matriz porosa es proporcional al flujo de agua, que a su vez depende de la tasa de compresión. Por lo tanto, una forma común de medir la poroelasticidad es realizar pruebas de compresión a diferentes velocidades de compresión. El tamaño de los poros es un factor importante que influye en la poroelasticidad. La ecuación de Kozeny-Carman se ha utilizado para predecir el tamaño de los poros relacionando la caída de presión con la diferencia de tensión entre dos velocidades de compresión.

La poroelasticidad se describe mediante varias ecuaciones acopladas, por lo que existen pocas pruebas mecánicas que se relacionen directamente con el comportamiento poroelástico del material, por lo que se utilizan pruebas más complicadas, como pruebas de indentación, modelos numéricos o computacionales. Los métodos numéricos o computacionales intentan simular la permeabilidad tridimensional de la red de hidrogel.

Resistencia e histéresis

La dureza de un hidrogel se refiere a la capacidad del hidrogel para resistir la deformación o la tensión mecánica sin fracturarse ni romperse. Un hidrogel con alta tenacidad puede mantener su integridad estructural y funcionalidad bajo mayor estrés. Varios factores contribuyen a la dureza de un hidrogel, incluida la composición, la densidad de reticulación, la estructura de la cadena polimérica y el nivel de hidratación. La tenacidad de un hidrogel depende en gran medida de los polímeros y reticulantes que componen su matriz, ya que ciertos polímeros poseen mayor tenacidad y ciertos enlaces covalentes reticulantes son inherentemente más fuertes. Además, una mayor densidad de reticulación generalmente conduce a una mayor tenacidad al restringir la movilidad de la cadena polimérica y mejorar la resistencia a la deformación. La estructura de las cadenas de polímeros también es un factor en el sentido de que las longitudes de cadena más largas y el mayor peso molecular conducen a un mayor número de entrelazamientos y una mayor tenacidad. Un buen equilibrio (equilibrio) en la hidratación de un hidrogel es importante porque una hidratación demasiado baja causa poca flexibilidad y dureza dentro del hidrogel, pero un contenido de agua demasiado alto puede causar una hinchazón excesiva, debilitando las propiedades mecánicas del hidrogel.

La histéresis de un hidrogel se refiere al fenómeno donde hay un retraso en la deformación y recuperación de un hidrogel cuando se somete a estrés mecánico y se libera de ese estrés. Esto ocurre porque las cadenas de polímeros dentro de un hidrogel se reorganizan, las moléculas de agua se desplazan y la energía se almacena a medida que se deforma en extensión o compresión mecánica. Cuando se elimina la tensión mecánica, el hidrogel comienza a recuperar su forma original, pero puede haber un retraso en el proceso de recuperación debido a factores como viscoelasticidad, fricción interna, etc. Esto conduce a una diferencia entre la curva tensión-deformación durante la carga. y descarga. La histéresis dentro de un hidrogel está influenciada por varios factores, incluida la composición, la densidad de reticulación, la estructura de la cadena polimérica y la temperatura.

La dureza y la histéresis de un hidrogel son especialmente importantes en el contexto de aplicaciones biomédicas como la ingeniería de tejidos y la administración de fármacos, ya que es posible que el hidrogel deba resistir fuerzas mecánicas dentro del cuerpo, pero también mantener el rendimiento mecánico y la estabilidad a lo largo del tiempo. La mayoría de los hidrogeles típicos, tanto naturales como sintéticos, tienen una correlación positiva entre dureza e histéresis, lo que significa que cuanto mayor es la dureza, más tiempo tarda el hidrogel en recuperar su forma original y viceversa. Esto se debe en gran medida a que los enlaces de sacrificio son la fuente de dureza de muchos de estos hidrogeles. Los enlaces de sacrificio son interacciones no covalentes, como enlaces de hidrógeno, interacciones iónicas e interacciones hidrófobas, que pueden romperse y reformarse bajo tensión mecánica. La reforma de estos enlaces lleva tiempo, especialmente cuando hay más, lo que conduce a un aumento de la histéresis. Sin embargo, actualmente hay investigaciones centradas en el desarrollo de hidrogeles altamente entrelazados, que en cambio dependen de la larga longitud de cadena de los polímeros y su entrelazamiento para limitar la deformación del hidrogel, aumentando así la tenacidad sin aumentar la histéresis, ya que no hay necesidad de la reforma de los bonos.

Respuesta ambiental

La sensibilidad ambiental más comúnmente observada en los hidrogeles es una respuesta a la temperatura. Muchos polímeros/hidrogeles exhiben una transición de fase dependiente de la temperatura, que puede clasificarse como temperatura de solución crítica superior (UCST) o temperatura de solución crítica inferior (LCST). Los polímeros UCST aumentan su solubilidad en agua a temperaturas más altas, lo que lleva a que los hidrogeles UCST pasen de un gel (sólido) a una solución (líquido) a medida que aumenta la temperatura (similar al comportamiento del punto de fusión de los materiales puros). Este fenómeno también hace que los hidrogeles UCST se expandan (aumenten su índice de hinchamiento) a medida que aumenta la temperatura mientras están por debajo de su UCST. Sin embargo, los polímeros con LCST muestran una dependencia inversa (o negativa) de la temperatura, donde su solubilidad en agua disminuye a temperaturas más altas. Los hidrogeles LCST pasan de una solución líquida a un gel sólido a medida que aumenta la temperatura, y también se contraen (disminuyen su relación de hinchamiento) a medida que aumenta la temperatura mientras están por encima de su LCST.

Las aplicaciones pueden exigir diversas respuestas térmicas. Por ejemplo, en el campo biomédico, los hidrogeles LCST se están investigando como sistemas de administración de fármacos debido a que son inyectables (líquidos) a temperatura ambiente y luego se solidifican en un gel rígido al exponerse a las temperaturas más altas del cuerpo humano. Hay muchos otros estímulos a los que los hidrogeles pueden responder, incluidos: pH, glucosa, señales eléctricas, luz, presión, iones, antígenos y más.

Aditivos

Las propiedades mecánicas de los hidrogeles se pueden ajustar de muchas maneras, empezando por prestar atención a sus propiedades hidrofóbicas. Otro método para modificar la resistencia o elasticidad de los hidrogeles es injertarlos o recubrirlos superficialmente sobre un soporte más fuerte/rígido, o fabricar compuestos de hidrogel superporoso (SPH), en los que se añade un aditivo hinchable de matriz reticulable. Se ha demostrado que otros aditivos, como las nanopartículas y micropartículas, modifican significativamente la rigidez y la temperatura de gelificación de ciertos hidrogeles utilizados en aplicaciones biomédicas.

Técnicas de procesamiento

Si bien las propiedades mecánicas de un hidrogel se pueden ajustar y modificar mediante la concentración de reticulación y aditivos, estas propiedades también se pueden mejorar u optimizar para diversas aplicaciones mediante técnicas de procesamiento específicas. Estas técnicas incluyen el electrohilado, la impresión 3D/4D, el autoensamblaje y la congelación. Una técnica de procesamiento única es mediante la formación de hidrogeles de múltiples capas para crear una composición de matriz que varía espacialmente y, por extensión, propiedades mecánicas. Esto se puede hacer polimerizando las matrices de hidrogel capa por capa mediante polimerización UV. Esta técnica puede resultar útil para crear hidrogeles que imiten el cartílago articular, permitiendo un material con tres zonas separadas de propiedades mecánicas distintas.

Otra técnica emergente para optimizar las propiedades mecánicas del hidrogel es aprovechar la serie Hofmeister. Debido a este fenómeno, mediante la adición de una solución salina, las cadenas poliméricas de un hidrogel se agregan y cristalizan, lo que aumenta la dureza del hidrogel. Este método, llamado "salación", se ha aplicado a hidrogeles de poli(alcohol vinílico) añadiendo una solución salina de sulfato de sodio. Algunas de estas técnicas de procesamiento se pueden utilizar de forma sinérgica entre sí para producir propiedades mecánicas óptimas. La congelación direccional o liofilización es otro método en el que se aplica un gradiente de temperatura direccional al hidrogel y es otra forma de formar materiales con propiedades mecánicas anisotrópicas. Utilizar técnicas de procesamiento de liofilización y sal en hidrogeles de poli (alcohol vinílico) para inducir morfologías jerárquicas y propiedades mecánicas anisotrópicas. La congelación direccional de los hidrogeles ayuda a alinear y fusionar las cadenas de polímeros, creando estructuras anisotrópicas en forma de tubos en forma de panal, mientras que la sal del hidrogel produjo una red de nanofibrillas en la superficie de estas estructuras en forma de tubos en forma de panal. Manteniendo un contenido de agua superior al 70%, estos hidrogeles' Los valores de tenacidad están muy por encima de los de los polímeros libres de agua como el polidimetilsiloxano (PDMS), el Kevlar y el caucho sintético. Los valores también superan la dureza del tendón natural y la seda de araña.

Aplicaciones

Lentes de contacto suaves

El material dominante para las lentes de contacto son hidrogeles acrilato-siloxane. Han reemplazado lentes de contacto duro. Una de sus propiedades más atractivas es la permeabilidad del oxígeno, que se requiere ya que la córnea carece de vasculatura.

Investigación

• Coatings for gas evolution reaction electrodes for efficient bubble detachment
• Implantes de mama
• Lentes de contacto (hidrogeles de silicona, poliacrilamidas, polimacón)
• Sostenibilidad del agua: Hidrogels han surgido como plataformas de materiales prometedores para la purificación de agua con energía solar, desinfección de agua y generador de agua atmosférica.
• Pañales desechables donde absorben la orina, o en servilletas sanitarias
• Vestidos para la curación de quemaduras u otras heridas difíciles de curar. Los geles son excelentes para ayudar a crear o mantener un ambiente húmedo.
• electrodos médicos EEG y ECG utilizando hidrogeles compuestos de polímeros cruzados (óxido de polietileno, poliAMPS y polivinilpirrolido)
• Encapsulación de puntos cuánticos
• Hidrogeles ambientalmente sensibles (también conocido como ' geles inteligentes' o ' geles inteligentes'). Estos hidrogeles tienen la capacidad de percibir cambios de pH, temperatura o concentración de metabolito y liberar su carga como resultado de tal cambio.
• Fibras
• Glue
• Granulos para mantener la humedad del suelo en zonas áridas
• Repelente de burbujas de aire (superaerofobicidad). Puede mejorar el rendimiento y la estabilidad de los electrodos para la electrolisis del agua.
• Culturing cells: Se han utilizado pozos hidrogelados para la cultura celular.
• Biosensors: Los hidrogeles que responden a moléculas específicas, como la glucosa o los antígenos, pueden utilizarse como biosensores, así como en DDS.
• Transportador celular: Los hidrogeles inyectables se pueden utilizar para transportar medicamentos o células para aplicaciones en regeneración de tejidos o bioimpresión en 3D. Los hidrogeles con química reversible son necesarios para permitir la fluidización durante la inyección/impresión seguida de la autosanación de la estructura hidrogel original.
• Investigar funciones biomecánicas celulares combinadas con microscopía de holotomografía
• Proveer la absorción, el desperdicio y el desbridamiento del tejido necrótico y fibroso
• Pantalones de ingeniería de tejidos. Cuando se usa como andamios, los hidrogeles pueden contener células humanas para reparar tejido. Mimicen el microambiente 3D de las células. Los materiales incluyen agarose, metilcelulosa, hyaluronan, polipéptidos similares al elastino y otros polímeros naturalmente derivados.
• Sistemas de suministro de drogas de liberación sostenible. La fuerza ónica, pH y la temperatura se pueden utilizar como factor desencadenante para controlar la liberación del medicamento.
• El comportamiento de hinchazón expuesto por hidrogeles cargados se puede utilizar como una herramienta valiosa para investigar interacciones entre polímeros cargados y varias especies, incluyendo iones multivalentos, péptidos y proteínas. Esta respuesta surge debido a la fluctuación de las fuerzas de hinchazón osmóticas resultantes del intercambio de contraposiciones dentro de la matriz de gel. Particularmente significativo es su aplicación para evaluar la unión de los fármacos péptidos a los biopolímeros dentro del cuerpo, ya que la respuesta de inflamación del gel puede proporcionar información sobre estas interacciones.
• Recubrimiento/sustitución de ventana: Los hidrogeles están siendo considerados para reducir la absorción de luz infrarroja en un 75%. Otro enfoque redujo la temperatura interior utilizando un hidrogel resistente a la temperatura.
• Generación termodinámica de electricidad: Cuando se combina con iones permite la disipación de calor para dispositivos electrónicos y baterías y convertir el intercambio de calor a una carga eléctrica.
• Explosivos de gel de agua
• Liberación controlada de agroquímicos (pesticidas y fertilizantes)
• Talin Shock Absorbing Materiales - hidrogeles basados en proteínas que pueden absorber impactos supersónicos

Biomateriales

Los hidrogeles implantados o inyectados tienen el potencial de apoyar la regeneración de tejidos mediante soporte mecánico del tejido, administración localizada de fármacos o células, reclutamiento celular local o inmunomodulación, o encapsulación de nanopartículas para fototermia o braquiterapia local. Los sistemas de administración de fármacos poliméricos han superado los desafíos debido a su biodegradabilidad, biocompatibilidad y antitoxicidad. Materiales como colágeno, quitosano, celulosa y poli(ácido láctico-co-glicólico) se han implementado ampliamente para la administración de fármacos a órganos como ojos, nariz, riñones, pulmones, intestinos, piel y cerebro. El trabajo futuro se centra en reducir la toxicidad, mejorar la biocompatibilidad y ampliar las técnicas de ensamblaje.

Los hidrogeles se han considerado vehículos para la administración de fármacos. También se pueden fabricar para imitar tejidos mucosos animales que se utilizarán para probar propiedades mucoadhesivas. Se han examinado su uso como reservorios en la administración tópica de fármacos; particularmente fármacos iónicos, administrados por iontoforesis.