هیدروژل ها به عنوان مواد جدید و مناسب برای کاربردهای متعدد وارد پزشکی مدرن شده اند. مطالعه هیدروژل ها به عنوان بیومواد جدید در چند دهه اخیر گسترش چشمگیری داشته است. به طور سنتی، هیدروژل ها از طریق ایجاد اتصال عرضی با آب در پلیمرهای محلول و یا از پلیمریزاسیون منومرهای محلول ایجاد می شوند. همه این روش های ایجاد اتصال عرضی بدون در نظر گرفتن سازش پذیری پلیمر با مولکول های حساسی چون پروتئین ها و سلول های زنده پایه گذاری شده اند. باید در نظر داشت که در کاربردهای مختلف پزشکی، زیست سازگاری هیدروژل مهم ترین فاکتور است که باید در نظر گرفته شود. بسیاری از هیدروژل های جدید طوری طراحی شده اند که تحت شرایط فیزیولوژیکی به صورت خود به خود عمل ژل شدن را انجام می دهند. در این سیستم ها، هیدروژل در محل تزریق و بدون کمک مواد ایجاد اتصال عرضی، که اغلب سمی و عامل تغییر ماهیت هستند، تشکیل می شود. در این مقاله، انواع هیدروژل ها و روش های تشکیل آنها همراه با طبیعت شیمیایی و کاربردهای پزشکی این بیومواد مرور شده اند.

هیدروژل ها، شبکه های پلیمری اشباع از آب هستند که به دلیل تنوع ساختار در زمینه های گوناگون مانند مصارف پزشکی، داروسازی، جداسازی مولکول های زیستی یا سلول ها و زیست حسگرها استفاده می شوند. در سال های اخیر، به دلیل داشتن ساختار پایدار و انعطاف پذیر در پدیده های انتقال، به هیدروژل ها توجه بسیار شده است شبکه ی پلیمری هیدروژل های نانوکامپوزیتی در مقایسه با هیدروژل های مرسوم، دارای خواص ارتجاعی و رئولوژیکی بهبود یافته است. از هیدروژل ها برای رهایش هر دو داروی آبدوست و آبگریز استفاده می شود که میتوان به طور هم زمان هر دو داروی آبدوست و آبگریز را درون هیدروژل قرار داد. هیدروژل ها به دلیل دارا بودن ساختاری شبیه به ماتریس خارج سلولی و توانایی جذب آب در کاربردهای مختلف پزشکی از قبیل مهندسی بافت، لنزهای تماسی، زخم پو شها و رهایش عوامل درمانی استفاده میشوند. رهایش کنترل شده دارو به منظور حفظ غلظت درمانی بهینه دارو در خون است که باعث افزایش ماندگاری و مدت فعالیت داروهای با نیمه عمر کوتاه می شود. رهایش کنترل شده دارو موجب می شود که سرعت رهایش دارو برای داروهای با رهایش طولانی، مدت قابل پیش بینی و تکرار پذیر داشته باشد. این مقاله در مورد هیدروژل نانو کامپوزیت ها، خصوصیات و کاربرد آنها در زمینه توسعه سامانه های دارورسانی هدفمند می پردازد.

امروزه هیدروژل های کیتوسان به دلیل داشتن خواص زیست سازگاری، زیست تجدیدپذیری، ارزانی، ضدباکتریایی و غیر سمی بودن، بسیار پرکاربرد هستند. برای تولید هیدروژل های کیتوسان، از مواد اتصال دهنده عرضی مختلفی استفاده می شود که اغلب آن ها سمی و خطرناک هستند. با توجه به کاربردهای فراوان هیدروژل های کیتوسانی در پزشکی، دارورسانی، مهندسی بافت، صنایع غذایی و کشاورزی بهتر است که برای تولیدشان از اتصال دهنده های عرضی امن و غیرسمی استفاده شود. وانیل، آلدییدی طبیعی و غیرسمی است که می تواند به عنوان اتصال دهنده عرضی، در تولید هیدروژل های کیتوسانی به کار رود. علاوه بر این، وانیل باعث افزایش خواص ضدمیکروبی و مکانیکی هیدروژل کیتوسان می شود. در این مقاله، خصوصیات و کاربردهای مختلف ترکیب کیتوسان-وانیل ازجمله کاربرد در مواد ضدمیکروبی و ضدسرطان، دارورسانی، جذب یون های فلزی از آب، چسب زخم، مهندسی بافت، تولید عطر و پوشش های نگهدارنده مواد غذایی، محصولات کشاورزی و نساجی مرور می شود.

امروزه، ژل های پلیمری کاربرد زیادی دارند که با وجود داشتن مزایای گوناگون خواص مکانیکی نامناسب از جمله معایب آنهاست. پژوهش ها نشان داده است که برخی خواص مکانیکی ژل های پلیمری با افزودن سیلیکات های لایه ای خاک رس بطور قابل ملاحظه ای بهبود می یابد. دراین پژوهش هیدروژل های نانوکامپوزیتی برپایه پلی وینیل الکل و خاک های رس اصلاح نشده و اصلاح شده با استفاده از روش سرمایش- گرمایش چرخه ای تهیه و سپس ساختار و خواص مکانیکی آنها بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که درسیلیکات های لایه ای خاک رس، هیدروژل های نانوکامپوزیتی دارای ساختار نفوذی درهم آمیخته با آرایش موازی با یکدیگرند. همچنین میزان ژل شدگی، مدول کششی ازدیاد طول تا پارگی و سختی هیدروژل های نانوکامپوزیتی درمقایسه با هیدروژل خالص افزایش و تنها استحکام کششی آنها کاهش یافته است.

در این کار پژوهشی، هیدروژل های نانوکامپوزیت از طریق بسپارش محلول تکپارهای آکریلیک اسید و ایتاکونیک اسید بر روی پارچه در حضور عامل شبکه ساز متیلن بیس آکریل آمید و آغازگر حرارتی آمونیوم پرسولفات سنتز گردید. وارد کردن فلز نقره و به دنبال آن احیاء کاتیون های نقره منجر به تشکیل هیدروژل های نانوکامپوزیت مورد نظر شد. ساختار هیدروژل نانوکامپوزیت حاصل توسط طیف سنجی FTIR و پراش اشعه ایکس (XRD) تایید شد. همچنین ریخت شناسی سطح هیدروژل ها بوسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. سپس به منظور بررسی قابلیت جذب آب توسط هیدروژل، میزان تورم آنها در غلظت های متفاوتی از عامل شبکه ساز و آغازگر اندازه گیری و مطالعه گردید.

در چند دهه اخیر، توجه بسیاری به کاربردهای دارویی و زیست پزشکی پلیمرهایی جلب شده است که محلول آبی آن ها بتواند در پاسخ به محرک های حاصل از تغییر شرایط محیطی درجا، هیدروژل تشکیل دهد. از این میان، محلول های پلیمری ژل شونده در اثر دما به دلیل سادگی، کاربردی بودن و فراوانی نسبی سامانه-های پلیمری (طبیعی و سنتزی) ژل شونده در پاسخ به تغییر دما بیشتر بررسی و گزارش شده اند. برخلاف هیدروژل های مرسوم، هیدروژل هایی که در اثر محرک دما درجا تشکیل می شوند، در شرایط فیزیولوژی امکان تشکیل دارند و می توانند یکپارچگی توده خود را در دوره زمانی معین حفظ کنند. کاربرد چنین موادی توسعه فرمول بندی های دارویی با اختلاط محلول پلیمر و دارو را ساده تر می کند و می توان با استفاده از آن ها انحلال داروهای آب گریز با وزن مولکولی کم را بهبود داد. به علت آسانی فرمول بندی محصولات دارویی با انجام فرایند ساده اختلاط دارو(ها) با این مواد، زیست سازگاری و امکان کاربردهای فراوان می توان از آن ها در زمینه های پزشکی و دارویی با هدف مهندسی بافت، انحلال داروهای کم محلول و رهایش کنترل-شده داروها و درشت مولکول های زیستی مانند پروتئین ها و ژن ها بهره برد. در این مقاله، هیدروژل های حساس به دما به لحاظ طبقه بندی، کاربرد و ترمودینامیک تشکیل مطالعه شده اند. افزون بر این، سازوکار پاسخگویی هیدروژل ها به دما، پلیمرهای ژل شونده، پیشرفت های اخیر در طراحی مولکولی، سطوح و هیدروژل و نیز کاربردهای زیستی آن ها بررسی شده است. همچنین، مطالعات اخیر در زمینه میسل ها و مزدوج های زیستی هوشمند مرور شده است. در نهایت، محدودیت ها و قابلیت های کاربرد هیدروژل های حساس به دمای تشکیل شونده درجا گزارش شده است. اطلاعات گزارش شده در این مقاله برای طراحی و توسعه سامانه های ژلی پاسخگو به دما با کاربرد و خواص مختلف ضروری است.

موضوع تحقیق: وجود ضعف در استحکام مکانیکی و عدم پایداری حرارتی هیدروژل ها، سبب ایجاد محدودیت در کاربرد گسترده ی آن ها در صنایع مختلف شده است. نیاز روز افزون صنعت برای رفع این مسئله و دستیابی به هیدروژل هایی با خواص بهبود یافته، منجر به طراحی و تولید هیدروژل های نانوکامپوزیتی شده است. روش تحقیق: شبکه ی پلیمری هیدروژل های نانوکامپوزیتی در مقایسه با هیدروژل های مرسوم، دارای خواص ارتجاعی و رئولوژیکی بهبود یافته است. از دیگر نکاتی که بر اهمیت مطالعات ساختاری هیدروژل های نانوکامپوزیتی می افزاید، استحکام بالای این مواد در مقابل اعمال نیروی خارجی و همچنین حفظ ساختار آن در برابر افزایش دما است. در این راستا نوع و مقادیر نانوماده، روش ساخت و شکل گیری شبکه ی هیدروژل، نقش قابل توجهی در بهبود خواص فیزیکی، شیمیایی و زیستی هیدروژل ها دارد و البته پارامترهای ذکر شده وابسته به کاربرد هیدروژل های نانوکامپوزیت، متفاوت خواهد بود. که همین امر لزوم تولید هیدروژل های نانوکامپوزیت خیاط دوز(tailor-made) را نشان می دهد. بنابراین آشنایی با گستره ی نانومواد، روش ساخت و شناسایی محصول در کنار اطلاعات کافی در مورد کاربرد این مواد نقش مهمی در تضمین موفقیت این مواد خواهد داشت که این امر مستلزم پژوهش و مطالعات کتابخانه ای جامع و اشراف به فرایندهای پلیمریزاسیون، علوم ریخت شناسی و رئولوژی خواهد بود. نتایج اصلی: در این مقاله مروری، به پیشرفت های علمی در زمینه ی هیدروژل های نانوکامپوزیتی با تمرکز بر انواع آن مبنی بر نوع نانوذرات، ویژگی های آن، روش های ساخت، روش های شناسایی با دیدگاهی نوین در زمینه های رئولوژی، آنالیز حرارتی و ریخت-شناسی پرداخته شده است و در نهایت قابلیت کاربرد این مواد در قالب یک جدول جامع در زمینه های متفاوتی چون مهندسی بافت، ازدیاد برداشت نفت، کشاورزی و. . . گردآوری شده است.