히드로겔 합성

하이드로겔은 물 에서 수백 배의 무게를 흡수할 수 있는 교차 연결된 폴리머의 클래스입니다. 물은 네트워크에 진입하고 폴리머 백본에 친수성 및/또는 이온 종을 용해시합니다. 물 분자는 용해성 단보다는 더 크고 네트워크 안쪽에 그들의 존재는 하이드로겔이 팽창하는 원인이 됩니다 (그림 1). 폴리머 백본을 연결하는 교차 링크는 하이드로겔이 용해되거나 부서지는 것을 방지합니다.

그림 1: 하이드로겔의 수분 공급.

이 예에서, 하이드로겔은 자유 라디칼 중합화를 통해 합성된다. 자유 라디칼은 2,2-디메톡시-2-페닐레이스토페논(DMPAP)과 같은 자유 라디칼 이니에이터에서 생성된 결합되지 않은 반응성이 높은 전자입니다. UV 광은 DMPAP의 탄소 탄소 결합을 갈라서 각 탄소 원자에 대한 자유 라디칼을 형성합니다(그림 2).

그림 2: 2,2-디메톡시-2-페닐레이스토페논이 두 개의 자유 라디칼 운반 분자로 단편화됩니다.

급진적 인 종은 폴리머 백본 및 크로스 링커에서 발견되는 이중 및 / 또는 삼중 결합으로 반응합니다. 자유 라디칼 중합화를 위해 폴리머 백본에는 체인을 전파하는 하나의 이중 결합이 포함되어 있습니다. 자유 래 디칼은 2-하이드록시틸 메타크레이트(그림 3)에서 탄소 탄소 이중 결합과 반응하여 끝에 자유 라디칼과 전파 체인을 형성한다(도 4의 전파 단계). 백본에서 나오는 하이드록실 그룹은 물에 용해되어 교차 연결 네트워크가 팽창합니다.

그림 3: 2-하이드록세틸 메타크릴레이트.

도 4: UV 개시 자유 라디칼 중합 단계.

라디칼은 또한 테트라에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(TEGDMA)(도 5)의 두 탄소 탄소 이중 결합과 반응하여 중추 체인을 함께 연결합니다. 하이드로겔 합성은 자유 라디칼이 소비되었거나 완전히 반응했을 때 완료됩니다.

그림 5: 테트라틸렌 글리콜 디메타크릴레이트.

최종 하이드로겔 단조량은 도 7에나타내며, 합성된 하이드로겔은 도 8에도시된다. 부종 정도는 1분 샘플에 대해 약 136%, 1.5분 샘플의 경우 387%, 5분 샘플의 81%로 나타났다. 이러한 결과는 교차 연결 정도 또는 네트워크가 연결된 범위 와 팽창 능력 사이의 관계를 보여줍니다. 폴리머 분자 사이의 더 많은 링크는 그 폴리머 사슬에 더 탄성 억제 력을 의미, 이는 덜 교차 하이드로 겔과 같은 정도로 확장에서 그들을 억제.

그림 7: 자유 라디칼 중합 후 광시이니티레이터 DMPAP, HEMA 백본, TEGDMA 크로스링커, EG 용매 및 광염색색 안료로 만든 모노머.

그림 8: 중합 후 하이드로겔. 왼쪽에서 오른쪽으로: 중합 시 UV 빛 아래 1분, 중합 시 UV 빛 1.5분, 중합 시 UV 빛 아래 5분. 1분 샘플은 1.5분 및 5분 샘플이 더 투명하고 겔처럼 보이며, 이는 중합도가 증가했습니다.

하이드로겔 합성은 액체, 자외선, pH 또는 기타 각성제의 범위에 반응하여 팽창할 수 있는 교차 연결 중합체 물질을 생산하는 기술입니다. 액체 용액의 조합에 의한 합성은 혼합 및 형성 하이드로겔의 단순성에 유리하지만, 최종 제품은 일반적으로 불순하고 낮은 분자량의 폴리머를 포함하는 경향이 있지만. 이 특정 절차는 간단하지만 독성과 인화성 화학 물질을 포함하므로 극단적 인 치료 및 예방 조치가 필요합니다. 이 방법으로 생성된 하이드로겔은 약물 전달에서 센서, 흡수성 위생 제품에 이르는 다양한 응용 분야에 유용합니다.

하이드로겔은 다양한 소비재, 의료기기 및 센서에 사용됩니다. 병원 패드, 여성 위생 패드 및 기저귀와 같은 소비자 제품에는 가장 일반적인 초흡수성 폴리머 중 하나인 폴리아크릴레이트 나트륨이 포함되어 있습니다. 하이드로겔은 유체의 존재가 300-800배 의 무게로 부풀어 오게 됩니다. 이를 통해 제조업체는 더 적은 재료를 사용하고 사용자가 착용할 수 있는 슬림하고 편안한 제품을 만들 수 있습니다.

또한 부드러운 콘택트렌즈는 실리콘 하이드로겔로 제작되어 산소가 각막에 쉽게 전달되고 단단한 콘택트 렌즈보다 더 편안합니다. 하이드로겔은 또한 교차 연결된 네트워크가 약물을 3차원 네트워크에 저장하고 천천히 체내에 방출할 수 있기 때문에 약물 전달에도 일반적으로 사용됩니다.

하이드로겔은 염분, pH 또는 기타 신호의 함수로 팽창하도록 조정할 수 있으므로 센서 애플리케이션에 적합합니다. 이 비디오에서 합성된 하이드로겔은 스프링클러 잔디 센서의 센서로 사용됩니다. 하이드로겔은 토양과 접촉하고 잔디가 물을 흘리는 동안 스프링클러 가 차단될 때까지 팽창합니다.