MÛANYAG- ÉS GUMIIPARI ÉVKÖNYV 2015
87
AzNChidrogélek ún. fizikai hidrogélek.ALaponite
részecskék multifunkciós keresztkötőként funk-
cionálnak. Olyan polimert kell választani, amely
funkciós csoportjai révén képes kölcsönhatást (pl.
dipól-dipól kölcsönhatás, hidrogén-híd) létesíteni
az agyagásvány felületével. Különösen alkalma-
sak NC hidrogélek szintézisére az amid csoportot
tartalmazó monomerek, pl.: a NIPAAm [15-17], és
az
N
,
N-
dimetil-akrilamid [19]. Az NC gélek egy
speciális képviselője a kiváló mechanikai tulajdon-
ságokkal rendelkező „aqua gél” (>95 % víztarta-
lom), amelyben a Laponite szemcséket telekelikus
dendrimer molekulákkal kapcsolják össze [20].
Kimutatható, hogy egy-egy Laponite részecs-
kéhez átlagosan 50-100 polimer lánc kapcso-
lódik. A térhálópontok száma (a Laponite
koncentráció) relatíve kicsi, de az eloszlá-
suk egyenletes és a térhálópontok között a
lánchossz igen nagy (>5 x 10
6
gmol
-1
). A nagy mo-
lekulaméret kedvez annak, hogy az NC hidrogél
nagymértékű deformáció során se menjen tönk-
re. Nagymértékű deformáció során a láncok és a
Laponite részecskék közötti kölcsönhatás megszű-
nése jelentős energiadisszipációval jár. Ha a legrö-
videbb láncok elválnak a részecskék felületéről, a
nagy mennyiségű szomszédos lánc még összetartja
az NC hidrogélt. A terhelés megszűnése után a lán-
cok újraadszorbeálódhatnak a Laponite felületén.
Ennek látványos bizonyítéka a Laponite gélek ön-
gyógyuló képessége is [19].
A szívós hidrogélek gyógyászati alkalmazása
Az eddig bemutatott hidrogéleket elsősorban
orvosbiológiai felhasználásra fejlesztik, az ehhez
kapcsolódó új tudományterület neve mesterséges
szövetépítés (tissue engineering). Ezen hidrogélek
mechanikai tulajdonságai már összemérhetők a szö-
veteink mechanikai tulajdonságaival (1. táblázat).
Amennyiben olyan mesterséges szövetet állítunk
elő, amelynek funkciója a fizikai terhelés viselése
(pl.: csontszövet), akkor a hordozó váz (scaffold)
mechanikai tulajdonságai különösen fontosak.Már
a sejttenyésztés is speciális, a várható mechanikai
terhelést imitáló reaktorokban történik. A polimer
gél váznak tehát ellen kell állnia a sejttenyésztés
közbeni és a beültetés utáni terhelésnek is. A szí-
vós hidrogélek közül az NC és a DN hidrogéleket
már sikerrel alkalmazták orvosbiológiai területen
[24, 25]. A PNIPAAm-Laponite NC hidrogélek
felületén mesterséges csontszövetet építettek. En-
nek során lényeges lépés, hogy folyamatos me-
chanikai inger érje az alkalmazott őssejteket, mert
rugalmassági
modulus [MPa]
szakító-szilárdság
[MPa]
szakadási nyúlás
[%]
repedési energia
[J/m
2
]
szakítószilárdság
[kJ/m
3
]
konvencionális hidrogélek
<0,1
<0,1
<70
<10
0,0001-1
slide-ring hidrogélek
<0,01
0,01-0,1
~1000
n. a.
n. a.
tetra-PEG hidrogélek
n. a.
0,4-10
300-2000
n. a.
1-20
double-network hidrogélek
0,1-1
1-10
10-2000
300-5000
1,5-15
hibrid hidrogélek
0,01-0,3
0,1-1
200-2000
500-9000
n. a.
nanokompozit hidrogélek
0,05-0,5
0,01-1
200-5000
n. a.
1-4
természetes elasztomerek
1-100
3-40
100-1000
10
3
-10
5
n. a.
simaizom
~0,01
n. a.
~300
n. a.
n. a.
véna
~7
~3
~80
n. a.
n. a.
ízületi porc
0,3-2
9-40
60-120
800-2000
n. a.
emberi bőr
8-40
8-20
30-70
10
3
-~10
4
n. a.
1. táblázat: A hidrogélek és néhány biológiai szövet mechanikai tulajdonságának összehasonlítása [5, 17, 26, 27]
