MÛANYAG- ÉS GUMIIPARI ÉVKÖNYV 2015
83
leggyakrabban. Orvosbiológiai alkalmazásokban
különös jelentősége van a gélek modulusának,
pl. a sejtnövekedés sikerességét döntően befo-
lyásolja [21]. A polimer hidrogélek modulusát a
térhálópontok koncentrációja és a folyadéktartalom
(duzzadásfok) egyértelműen meghatározza, értéke
a térhálópontok koncentrációjának növekedésével
nő, a duzzadásfok növekedésével pedig csökken.
A szakítószilárdság és a szakadási nyúlás szintén
fontos jellemzők, azonban ezek a mért értékek kü-
lönösen érzékenyek a mérési geometriára, ezért
kevésbé használhatók fel az egyes polimer gélek
összehasonlítására.
Az orvosbiológiai alkalmazások szempontjából
sokszor a legfontosabb mechanikai viselkedés,
hogy a hidrogél szívós legyen. Ez a viselkedés ösz-
szefügg azzal, hogy az anyag mennyire ellenálló a
repedés terjedésével szemben. Ridegnek nevezzük
azokat az anyagokat, ahol kis deformáció hatásra
makroszkopikus repedés jön létre az anyagban és
az könnyen végighalad az anyag teljes kereszt-
metszetében. A szívós anyagokban a repedés nem
alakul ki, vagy a repedés terjedése erősen gátolt.
A polimer hidrogélek szívósságának jellemzésére
az irodalomban általában a szakítási munka vagy
a repedési energia használatos. A feszültség-de-
formáció görbe alatti terület a tönkremenetelhez
szükséges szakítási munka ( ). Ez a terület mu-
tatja meg azt a munkát, amit be kellett fektetnünk a
mintatest tönkremeneteléig (2. a ábra). A szívósság
jellemzésére használt másik megoldás esetén alkal-
mazott próbatest alakját a 2. b ábrán mutatjuk be. A
gél lapon bemetszést kell ejteni, majd a „lábaknál”
befogva a hidrogélt szakítani [22,23]. A repedési
energia ( ) a mérésből számítható:
,
ahol a szakításhoz szükséges erő, míg a minta
vastagsága. A repedés terjedésekor a repedési ener-
gia egy része az új felületek létrehozására fordító-
dik, de a plasztikus deformáció energiaigénye is
lényegesen befolyásolja a mért értéket.
A slide-ring hidrogélek
A koncepció alapja, hogy a homogén hálószer-
kezet erősebb, mint a heterogén. Amennyiben
nincs jelen hibahely a térhálóban, akkor a repedés
nem, vagy csak nagyon nehezen tud megindulni.
A homogén térhálóban az alkalmazott terhelés
több lánc között oszlik meg, ezáltal kisebb esély-
lyel kevesebb mikrorepedés keletkezik. Azonos
átlagos térhálópont sűrűség esetén, a homogén
térháló ellenállóbb a repedéssel szemben, mint a
heterogén struktúra. Szabályos szerkezet kialakítá-
sa lehetséges, ha a térhálópontok nem rögzítettek
a polimer láncon, hanem a terheléstől függően el-
mozdulhatnak. Az ún. topológiai vagy slide-ring
(csúszó gyűrűs) hidrogéleket 2001-ben szinteti-
zálta először Okumura és Ito [6]. Ezek a gélek
egyedi szupramolekuláris szerkezettel rendelkez-
nek, melynek alapja a poli(etilénglikol) [PEG] és
az α-ciklodextrin [α-CD] társításával létrehozott
úgynevezett polirotaxán komplex makromolekula
(3. ábra). Az α-CD a vendégmolekulákat egy belül
hidrofób, kívül pedig hidrofil tulajdonságú komp-
lexbe képes bezárni. A slide-ring hidrogélek szinté-
zise során a hosszú PEG lánc tengelyére több α-CD
is felfűződik, majd a PEGmolekula láncvégeit nagy-
méretű csoportokkal (pl. 1-fluor-2,4-dinitrobenzol)
zárják le, így sztérikus gátat szabva a PEG kicsúszá-
sának, azonban a polimer láncon az α-CDmolekulák
szabadon mozoghatnak, foroghatnak. A kémiai tér-
háló kialakítása azzal lesz teljes, hogy végül az α-CD
molekulákat elsőrendű kémiai kötéseken keresztül
összekapcsolják (pl. az α-CD-gyűrűk 2,4,6-trikloro-
1,3,5-triazin molekulával könnyedén reakcióba lép-
nek), így nyolcas alakú kapcsolatok jönnek létre a
polirotaxán egységek között.
Ezekben a hidrogélekben a PEG láncokat topoló-
giailag kapcsolják össze a nyolcas alakú kereszt-
kötő molekulák. A PEG láncok szabadon képesek
mozogni az α-CD gyűrűkben, így terhelés során
a feszültség egyenletesen tud eloszlani a láncsza-
kaszok között. Ezeknek a hidrogéleknek a mo-
dulusa, szakítószilárdsága és szakadási nyúlása
a hagyományos hidrogéleknél nagyobb, de nem
kiemelkedő. A szabályos szerkezet hatása első-
sorban abban jelentkezik, hogy igen nagymértékű
duzzadásra képesek, akár 24 000-szeres is lehet a
felvett víz mennyisége a szárazanyaghoz képest.
