하이드로겔 (Hydrogel) 은 물에 빠르게 용해되고 이 용해 상태에서 용해되지 않고 많은 부피의 물을 유지할 수 있는 매우 친수적인 3D 네트워크 구조 젤입니다.

하이드로겔 분류

교련망이 존재하기 때문에, 하이드로겔은 대량의 물을 용해하고 보유할 수 있으며, 물의 흡수량은 교련도와 밀접한 관련이 있다.교련도가 높을수록 흡수량이 낮다.이 특성은 일종의 연조직과 매우 비슷하다.하이드로겔의 물 함량은 몇 퍼센트나 99퍼센트까지 낮을 수 있다.젤라틴의 집합 상태는 고체도 액체도 아니다.고체의 행위는 일정한 조건하에서 일정한 형상과 부피를 유지할수 있으며 액체행위는 용질이 하이드로겔에서 확산되거나 침투될수 있다.

무릇 수용성이나 친수성의 고분자는 일정한 화학교련 또는 물리교련을 통해 모두 하이드로겔을 형성할수 있다.이런 고분자는 그 출처에 따라 천연과 합성 두 종류로 나눌 수 있다.천연적인 친수성 고분자에는 다당류(전분, 섬유소, 매생이산, 히알루론산, 각질당 등)와 폴리펩타이드류(콜라겐, 폴리L-라이신, 폴리L-글루타민산 등)가 포함된다.합성된 친수 고분자는 알코올, 아크릴산 및 그 파생물류 (폴리아크릴산, 폴리메틸아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리N-폴리아크릴아미드 등) 를 포함한다.

01 물리적 및 화학적 젤

하이드로겔은 여러 가지 분류 방법이 있는데, 하이드로겔 네트워크 결합에 따라 물리 젤과 화학 젤로 나눌 수 있다.물리적 젤은 정전기 작용, 수소 결합, 체인의 감김 등과 같은 물리적 작용력을 통해 형성되는데, 이 젤은 비영구적이며 가열 젤을 통해 용액으로 변할 수 있기 때문에 가짜 젤 또는 열 가역 젤이라고도 불린다.많은 천연 고분자는 상온에서 안정된 젤라틴 상태를 보이는데, 예를 들면 k2형 뿔포크 채소 젤라틴, 한천 등;합성중합체 중 폴리에틸렌글리콜(PVA)이 대표적인 예로, 동결융화 처리를 거쳐 60℃ 이하에서 안정된 하이드로겔을 얻을 수 있다.화학 겔은 화학 키가 교차하여 형성된 3차원 네트워크 중합체로 영구적이며 진겔이라고도 부른다.

02 거시적 젤과 미시적 젤

하이드로겔의 크기와 모양에 따라 거시적겔과 미시적겔 (미구) 의 구분이 있고 모양에 따라 거시적겔은 또 기둥모양, 다공해면모양, 섬유모양, 막모양, 구상 등으로 나눌수 있으며 제조한 마이크로볼은 마이크로메터급 및 나노급의 구분이 있다.

03 전통과 환경에 민감한 하이드로겔

하이드로겔이 외부 자극에 대한 호응 상황에 따라 전통적인 하이드로겔과 환경에 민감한 하이드로겔 두 종류로 나눌 수 있다.전통적인 하이드로겔은 환경의 변화, 예를 들어 온도나 pH 등의 변화에 민감하지 않다. 그러나 환경에 민감한 하이드로겔은 자신이 외부 환경(예를 들어 온도, pH, 광, 전기, 압력 등)의 미세한 변화나 자극을 감지하고 그에 상응하는 물리적 구조와 화학적 성질의 변화, 심지어 돌연변이를 일으킬 수 있는 고분자 겔이다.이러한 젤의 두드러진 특징은 환경에 대한 응답 과정에서 그 용해 행위에 현저한 변화가 있다는 것이다. 이러한 자극 응답 특성을 이용하여 이를 센서, 제어 스위치 등으로 사용할 수 있다. 이것은 1985년 이후 연구자들이 가장 흥미를 느끼는 과제 중 하나이다.

04 합성 고분자 및 천연 고분자 하이드로겔

합성 재료에 따라 하이드로겔은 합성 고분자 하이드로겔과 천연 고분자 하이드로겔로 나뉜다.천연 고분자는 더 좋은 생물 상용성, 환경에 대한 민감성 및 풍부한 출처, 저렴한 가격을 가지고 있기 때문에 점점 더 많은 학자들의 중시를 받고 있다.그러나 천연 고분자 재료는 안정성이 떨어지고 분해가 쉽다.

하이드로겔의 응용

고흡수 고보수 재료로서 하이드로겔은 가뭄 지역의 가뭄 방지, 화장품 중의 마스크팩, 해열 스티커, 진통 스티커, 농업용 박막, 건축 중의 결로 방지제, 조습제, 석유 화학 공업 중의 물막이 조절제, 원유 또는 정제유의 탈수, 광업 중의 먼지 억제제, 식품 중의 신선도 유지제, 증식 의료 캐리어 등등 여러 분야에 널리 사용된다.주목할 만한 것은 서로 다른 응용 분야에서 서로 다른 고분자 원료를 선택하여 서로 다른 수요를 만족시켜야 한다는 것이다.

하이드로겔 생체상용성, 생분해성, 고흡수, 보수의 특성은 환경공학, 유연성 센싱, 전기화학 등 많은 분야에 널리 적용되게 한다. 특히 생물의학 분야는 조직공학, 약물수송시스템, 상처드레싱, 생물센서, 콘택트렌즈, 인공세포 등을 포함하여 광범위한 응용을 가지고 있다.

예를 들어, 하이드로겔의 3차원 구조는 많은 조직의 세포 외 기질과 유사하지만, 조직 공학에서 특정한 세포는 적합한 지지대에서 상응하는 기관으로 배양해야 하는데, 이때의 하이드로겔은 일종의 이상적인 지지대 재료이다.

약물 공급 체계에서는 약물 완석과 정점 방출에 사용될 수 있으며, 하이드로겔이 제어할 수 있는 다공성 구조로 다양한 약물을 쉽게 탑재하여 특정 부위로 이동할 수 있다.이와 동시에 지능물겔은 pH, 효소 등 환경의 자극을 받은후 부동한 용해호응을 산생하여 부동한 속도로 약물을 방출한다.

하이드로겔은 신형의 기능재료로서 고흡수보수성, 생물상용성이 좋고 유연한 등 특징을 갖고있으며 부동한 재료의 선택 및 개성, 복합 등 수단을 통해 그 특정성능, 례를 들면 자유합성, 환경호응특성 등을 부여한다.이 때문에 하이드로겔에 대한 연구는 셀 수 없이 많다.동시에 하이드로겔과 그 파생물은 각 분야에서 점점 더 광범위하게 응용되고 있으며, 그 연구 가치는 결코 여기에 국한되지 않는다는 것도 그 화재의 원인이다.

푸예첩 냉동건조실험실

실험 샘플: 하이드로겔

실험목적: 모든 수분을 동결하여 해면모양으로 한다

실험 장비: Mercury 시리즈

실험 과정:

1.하이드로겔-80 ℃ 사전 동결 4h 또는 액체 질소 급속 냉동.

2. 냉동건조기를 열어 예냉하고, 미리 얼린 하이드로겔을 칸막이에 놓고 진공을 켭니다.

3.동결 건조 프로그램: 승화 프로그램 -40 ℃ ~25 ℃, 진공도 2Pa, 시간 30h.

4.절차가 끝난후 압력을 풀어 동결건조된 견본을 꺼내 저장하거나 후속실험을 진행한다.

사전 동결 전:

동결 건조 중:

동결 건조 후:

하이드로겔 SEM

동결 건조 후 스펀지 모양으로 이상적인 효과를 얻다.