MÛANYAG- ÉS GUMIIPARI ÉVKÖNYV 2015
81
Bevezetés
A polimer hidrogélek (röviden hidrogélek) hidro-
fil polimer láncokból felépülő háromdimenziós,
térhálós szerkezetű rendszerek, amelyek az ösz-
szefüggő vázhoz képest igen nagy – esetenként
több ezerszeres – mennyiségű folyadékot tartal-
maznak. A hidrogélek polimer vázát fizikai és ké-
miai kölcsönhatások tartják össze. A hidrogélekre
jellemző, hogy alaktartók, azaz kisebb mechanikai
hatásokkal szemben ellenállóak, illetve rugalma-
san és reverzibilisen deformálódnak. Ugyanak-
kor számos tulajdonságukban (pl.: gőztenzió) az
oldatokhoz hasonlítanak [1]. A hidrogélek fontos
csoportját képezik a reszponzív gélek, melyek a
polimer váz anyagi minőségétől függően állapo-
tuk ugrásszerű reverzibilis megváltozásával vála-
szolnak a környezeti paraméterek (pl.: pH, hőmér-
séklet, ionerősség, redox potenciál, mágneses tér)
kismértékű megváltozására, ezáltal előre progra-
mozható módon változtathatók a fizikai-kémiai és
a mechanikai tulajdonságaik [1].
Ahidrogélek lehetséges felhasználási területei igen
széleskörűek. Amezőgazdaságban (talajjavítás) és
a mindennapi otthoni használat során (eldobható
pelenkák) elsősorban nagy vízmegkötő képessé-
güket használják ki. Felhasználják a hidrogéleket
az élelmiszer-, a csomagoló- és a kozmetikai ipar
területén is. Humánbiológiai alkalmazásukat – pl.:
szabályozott hatóanyag-leadó rendszerek, mester-
séges szövetek és vázszerkezetek, kontaktlencsék
– többek között az teszi lehetővé, hogy mechani-
kai tulajdonságaik a biológiai szövetekhez hason-
ló, így elkerülhető az érintkező szövetek mechani-
kai sérülése, gyulladása [2-4].
Előnyös tulajdonságaik ellenére az előállított poli-
mer hidrogélek sokszor túlságosan lágyak és ride-
gek, főként duzzasztott állapotukban. Elsősorban
a szakítószilárdságuk és a szakadási nyúlásuk, de
sok esetben a rugalmassági modulusuk sem éri el
az alkalmazások által megkövetelt értékeket, így
nem alkalmazhatók biztonsággal. A gyenge me-
chanikai tulajdonságok elsődleges oka, hogy a
polimer hidrogélek előállítása során a kialakuló
térhálós szerkezet nem szabályos. A térhálópontok
közötti lánchosszak különbözőek. Terhelés hatá-
sára a leggyengébb térhálópontok megszűnnek, a
Despite the remarkable properties of polymer hydrogels, their possible applications are limited due to their
brittleness and low stiffness. Tough polymer hydrogels with special network structures have been developed
in the past two decades to eliminate the brittleness of conventional polymer hydrogels. In this feature
article we introduce the main classes of tough hydrogels: slide-ring-, tetra-PEG-, double-network-, hybrid-
and nanocomposite hydrogels. The scientists have chosen different strategies to improve the mechanical
properties of polymer hydrogels. It is essential tounderstandhow the inner structuredetermines themechanical
properties. Finally, biomedical applications of tough hydrogels are highlighted through two examples.
Szívós polimer hidrogélek
Egyedülálló tulajdonságaik ellenére a polimer hidrogélek alkalmazhatóságát gátolja, hogy
többségük túlságosan lágy és rideg. Ezt kiküszöbölendô az elmúlt két évtizedben számos
olyan polimer hidrogélt állítottak elô, amelyek speciális szerkezetüknek köszönhetôen
szívós viselkedést mutattak. Közleményünkben bemutatjuk a szívós hidrogélek legfon-
tosabb képviselôit: a slide-ring-, a tetra-PEG-, a double-network-, a hibrid-, valamint a
nanokompozit polimer hidrogéleket. Látni fogjuk, hogy a kutatók milyen eltérô stratégiákat
választottak a mechanikai tulajdonságok javítására. Alapvetô fontosságú annak megérté-
se, hogy az elôállított szerkezetek hogyan határozzák meg a felsorolt hidrogélek mechani-
kai tulajdonságait. Végezetül két példán keresztül bemutatjuk a szívós hidrogélek alkalma-
zási lehetôségeit az orvosbiológiában.
