ЧТО ТАКОЕ ГИДРОГЕЛЬ? ГИДРОГЕЛЬ RU- СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ САЙТ. КОМНАТНЫЕ РАСТЕНИЯ. ГИДРОГЕЛЬ- Что это такое?
Гранула + вода = гидрогель
Сухие гранулы и насыщенные водой. Некоторые типоразмеры гидрогеля Эвабеона®
Д- для деревьев и кустарников, М- мульти, Р- для рассады и горшечных растений
Фото © Гидрогель РУ
Гидрогель- полимерные соединения (сшитые сополимеры), выпускаются в виде сухого порошка или гранул. Полимерные цепочки изначально находятся в “свернутом” состоянии, при добавлении воды они расходятся и вода проникает внутрь. Происходит набухание гранул с образованием гидрогеля.
Полимер способен удерживать огромное количество воды, а также водорастворимые удобрения. 1гр сухого препарата поглощает до 0,2- 0,3л воды
Где и как используется гидрогель?
Гидрогель вносится в почву, смеси, компосты и любые другие субстраты, использующиеся для выращивания растений. Применяются как для открытого, так и защищенного грунта.
Давно применяется в комнатном цветоводстве, фитодизайне, при посадке деревьев, цветов, для выращивания рассады, при закладке газонов, в ландшафтном дизайне, в тепличных хозяйствах итд.
Как работает гидрогель?
Для нормального роста и развития растений им необходим постоянный источник доступной воды с растворенными в ней элементами питания. При переувлажнении они погибают, при недостаточном поливе плохо развиваются.
В почве корни растений проникают непосредственно в набухшие гранулы полимера (обычно на это уходит 1,5- 2 недели) и потребляют оттуда воду и растворимые удобрения по мере необходимости. Вам не нужно заботится о поддержании оптимального режима влажности почвы- растения возьмут из геля воды и растворенных в ней веществ ровно столько, сколько им нужно на данной стадии развития и в зависимости от индивидуального физиологического состояния.
Как часто нужно вносить гидрогель Эвабеона® ?
Одного внесения достаточно на 3-5 лет (зависит от микробиологической активности почвы).
В течение этого срока он может многократно высыхать и потом опять набухать, фактически не меняя своих свойств. Сохраняет свои свойства даже при промерзании и последующем оттаивании почвы.
Некоторые эффекты применения гидрогеля
- Растения не страдают от засухи. Можно значительно (в 2- 6 раз) увеличить интервалы между поливами. Например, уехать в отпуск и оставить растения на 2 недели.
- Гранулы удерживают удобрения, препятствуя их вымыванию
- При избытке воды гранулы впитывают ее в себя, освобождая воздухопроводящие поры. Корни растений нормально дышат и не страдают от застоя влаги
- Применение гидрогеля ускоряет темпы развития растений, способствует усилению цветения, улучшает внешний вид
- Поскольку растение находится в оптимальных условиях, у него возрастает устойчивость к инфекционным заболеваниям
Функции гидрогеля в засуху и дождь в разных типах почв:
| песчаные и супесчаные почвы | источник воды и питательных элементов | удерживает питательные элементы, препятствуя их вымыванию |
| глинистые и суглинистые почвы | источник воды и питательных элементов, препятствует коркообразованию и появлению микротрещин, повреждающих корневые волоски | Разбухание- сжатие гранул улучшает структуру почв, оптимизирует условия аэрации и впитывания влаги (снижается переувлажнение в корневой зоне, уменьшается поверхностный смыв почвы) |
Основной принцип работы гидрогеля- оптимизация режимов увлажнения и питания
Если вы следите за своими растениями, то их гибель из-за застоя влаги или пересыхания субстрата наблюдается редко, но даже кратковременные отклонения влажности в обе стороны от оптимума приводят к значительному нарушению их нормального развития.
С режимом влажности напрямую связан режим питания. Самый простой пример: растения не способны использовать удобрения “в сухом виде”, поэтому при недостатке влаги происходит нарушение нормального потребления элементов питания. Растение “сидит на голодном пайке”, хотя удобрения были внесены в почву.
И изменения влажности и нарушения нормального режима питания приводят к тому, что растения слабо цветут, быстро стареют и вянут. В условиях крупных теплиц, подобные проблемы давно решают при помощи капельного полива. Для любителей единственной альтернативой является применение гидрогеля.
I. Динамика влажности почвы без внесения гидрогеля:
Схематичная динамика влажности почв. “Тучки”- это моменты полива, нижняя шкала- время. Промежуток времени, в который создаются оптимальные условия для роста и развития растений (выделен на нижней шкале зеленым) очень мал. Режим поступление воды и питания носит выраженный пульсирующий характер.
I- переполив. Вода занимает поры аэрации- рост растений угнетен.
При длительном застое влаги- гибель
II- диапазон оптимальной влажности. Нормальный рост и развитие растений
III- недостаток воды. Рост и развитие растений останавливается
II. Содержание влаги при внесении гидрогеля Эвабеона®:
I- переполив. Гидрогель впитывает лишнюю воду, освобождая поры аэрации.
II- диапазон оптимальной влажности. Нормальный рост и развитие растений
III- недостаток воды. Гидрогель отдает воду корням растения.
При внесении гидрогеля Эвабеона® режим поступление воды и питания носит постоянный характер. Растение находится в комфортных условиях все время. Поэтому оно обильнее и дольше цветет, быстрее развивается, увеличивает урожай и меньше болеет.
Особенно эффективен гидрогель при выращивании в емкостях
Хорошо известно, что обеспечить обильное и длительное цветение, хороший внешний вид растений в горшках, ящиках и контейнерах гораздо сложнее, чем в открытом грунте. Одна из главных причин- постоянные колебания влажности почвы.
Чем меньше объем емкости, в которой происходит выращивание, тем больше частота и амплитуда таких изменений. И тем сложнее следить за растениями. Даже при регулярном уходе неизбежно происходит либо подсыхание субстрата, либо его избыточное увлажнение.
Еще проще- обобщение
Если ваш цветок не вянет, это совершенно не значит, что ему хорошо. Если рядом посадить контрольное растение и создать оптимальный режим влажности и питания, вы увидите, что оно лучше растет и развивается, обильнее и дольше цветет, лучше выглядит. Именно такой эффект, помимо всего прочего, дает применение гидрогеля.
Экологичность и безопасность
Улучшение развития растений происходит естественным, экологичным путем, без применения каких-либо стимуляторов роста, цветения и тд. Меняются только сами условия его произрастания.
Гидрогель не является “химией” (в общепринятом выражении), так как не выделяет никаких веществ в почвенный раствор (не растворяется и ничего не вымывается из его матрицы).
Поэтому он не оказывает влияния на химический состав растений.
По окончании срока действия он полностью разлагается самой обычной почвенной микрофлорой. Продукты разложения абсолютно безопасны: аммоний, CO2 и вода.
ПОСМОТРЕТЬ ЦЕНУ >
Гидрогель РУ разделы сайта:
Гидрогель со стволовыми клетками помогает лечить мозг
…и помогает особенно хорошо, если в гидрогеле есть белок, который запасает кислород.
Нервная стволовая клетка мыши. (Фото: NIH Image Gallery / Flickr.com)
Открыть в полном размере
‹
›
Любой гель — это трёхмерный каркас из полимерных молекул, а пространство между нитями полимеров может быть чем-то заполнено. Гидрогели, как можно понять по названию, содержат очень много воды — полимерный каркас у них делают из молекул, которые очень любят воду; некоторые гидрогели вообще существуют в виде коллоидных растворов. В ту воду, которую они удерживают, можно добавить что-нибудь полезное, например, лекарство или стволовые клетки, которыми мы хотим залечить какую-нибудь рану.
Просто воды, пусть даже с питательными веществами, стволовым клеткам недостаточно. Им нужны молекулярные сигналы, которые будут поддерживать их деление и побуждать их превращаться в зрелые, дифференцированные клетки того или иного типа. Такие гели сейчас активно разрабатываются. Например, сотрудники Мельбурнского университета и Австралийского национального университета давно экспериментируют с пептидным гидрогелем, который несёт в себе нервные стволовые клетки — то есть те, из которых образуются нейроны. Гель не просто поддерживает стволовые клетки в жизнеспособном состоянии, она также помогает им укрепиться на новом месте и встроиться в новое окружение. Для нейронов это особенно важно — сформировать синапсы с новыми клетками, с которыми они до сих пор никогда не встречались. Если нейрон будет плохо идти на контакт, вся работа стволовых клеток пропадёт зря.
Гели с нервными стволовыми клетками можно было бы использовать там, где мозг пострадал от инсульта, от каких-то нейродегенеративных процессов или попросту от физической травмы.
Эксперименты на животных демонстрируют, что новые клетки, образованные из гидрогелевых стволовых, действительно встают на место прежних погибших нейронов. Однако такое лечения не всегда достигает нужной эффективности. Стволовым клеткам, как и всем, нужен кислород, а когда они оказываются в толще нервной ткани, то им приходится довольствоваться тем кислородом, который диффундирует сквозь эту самую толщу. Кровеносные сосуды могли бы исправить положение, но там, где требуется терапевтическое вмешательство, с кровоснабжением тоже всё неважно: кровеносные сосуды повреждены или просто исчезли, и нужно время, чтобы они снова проросли вокруг и внутрь проблемной зоны.
В общем, нужно снабдить стволовые клетки в гидрогеле запасом кислорода. В статье в Nature Communications говорится, что запасти кислород в гидрогеле можно с помощью миоглобина. Это белок сердца и скелетных мышц, и задача его в том, чтобы удерживать кислород и отдавать его, когда понадобится — например, когда кровь не успевает снабжать работающую мышцу «обычным», гемоглобиновым кислородом.
Миоглобин есть у разных зверей, и для эксперимента взяли миоглобин кашалотов и лошадей. Кашалоты знамениты своими долгими погружениями в воду, так что их миоглобин особенно эффективно запасает кислород; лошадей же их миоглобин спасает, когда нужно долго без устали бежать. Исследователи не просто использовали китовый и лошадиный миоглобин, они также модифицировали белок мутациями. Например, для китового миоглобина получали варианты, которые удерживают кислород слабее или сильнее, чем натуральный вариант белка.
Различные миоглобины добавляли в гидрогель со стволовыми предшественниками нейронов и вносили этот гидрогель в повреждённый мышиный мозг. Стволовые клетки были снабжены флуоресцентным белком, так что по их свечению можно было понять, как они делятся и во что превращаются. В целом миоглобин действительно пошёл клеткам на пользу, и особенно тот миоглобин, который труднее отдавал кислород. То, что он отдавал его труднее, означает, что уровень кислорода вокруг должен был довольно сильно упасть.
То есть «жадный» миоглобин отдавал кислород тогда, когда это было и впрямь нужно, и запас кислорода расходовался аккуратно и по делу.
Эффект от миоглобина и кислорода был в том, что стволовые клетки активнее дифференцировались, то есть превращались в зрелые нейроны, которые с большей вероятностью выживали в новом окружении и активнее встраивались в ткань мозга. Возможно, что уловка с миоглобином будет полезна не только для нервных клеток, но и вообще в любых случаях, когда речь идёт о терапии стволовыми клетками. Хотя всё равно нужно проверить, могут ли миоглобиновые запасы кислорода простимулировать превращение стволовых клеток в клетки кожи, или клетки сетчатки, или мышц, или кишечника.
Гидрогелевые биоматериалы: умное будущее?
1. Wichterle O, Lím D. Гидрофильные гели для биологического применения. Природа. 1960; 185: 117–118. [Google Scholar]
2. Копечек Дж., Ян Дж. Гидрогели как умные материалы. Полим Интерн. 2007 [Google Scholar]
3.
Okumura Y, Ito K. Полиротаксановые гели: топологический гель с перекрестными связями в виде восьмерки. Adv мат. 2001; 13: 485–487. [Google Scholar]
4. Гонг Дж. П., Кацуяма Ю., Курокава Т., Осада Ю. Гидрогели с двойной сеткой с чрезвычайно высокой механической прочностью. Adv Mat. 2003; 15:1155–1158. [Академия Google]
5. Haraguchi K, Takehisa T. Нанокомпозитные гидрогели: уникальная органо-неорганическая сетчатая структура с исключительными механическими, оптическими свойствами и свойствами набухания/снятия набухания. Adv Mat. 2002; 14:1120–1124. [Google Scholar]
6. Haraguchi K, Li HJ, Okumura N. Гидрогели с гидрофобными поверхностями: аномально высокие краевые углы для воды на гидрогелях из нанокомпозита PNIPA. Макромолекулы. 2007;40:2299–2302. [Google Scholar]
7. Chen J, Park H, Park K. Синтез сверхпористых гидрогелей: гидрогели с быстрым набуханием и суперабсорбирующими свойствами. J Biomed Mater Res. 1999;44:53–62. [PubMed] [Google Scholar]
8.
Йошида Р., Учида К., Канеко Ю., Сакаи К., Кикучи А., Сакураи Ю., Окано Т. Привитые гидрогели гребенчатого типа с быстрым снятием набухания при изменении температуры. Природа. 1995; 374: 240–242. [Google Scholar]
9. Wang C, Stewart RJ, Kopeček J. Гибридные гидрогели, собранные из синтетических полимеров и спиральных доменов белка. Природа. 1999; 397:417–420. [PubMed] [Google Scholar]
10. Yang J, Xu C, Wang C, Kopeček J. Рефолдинг гидрогелей, самостоятельно собранных из N -(2-гидроксипропил)метакриламидные привитые сополимеры путем образования антипараллельной спиральной катушки. Биомакромолекулы. 2006; 7: 1187–1195. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
11. Petka WA, Harden JL, McGrath KP, Wirtz D, Tirrell DA. Обратимые гидрогели из самособирающихся искусственных белков. Наука. 1998; 281:389–392. [PubMed] [Google Scholar]
12. Xu C, Breedveld V, Kopeček J. Обратимые гидрогели из самособирающихся генно-инженерных блок-сополимеров.
Биомакромолекулы. 2005;6:1739–1749. [PubMed] [Google Scholar]
13. Voldřich Z, Tománek Z, Vacík J, Kopeček J. Многолетний опыт применения поли(гликольмонометакрилатного) геля при пластических операциях на носу. J Biomed Mater Res. 1975; 9: 675–685. [PubMed] [Google Scholar]
14. Николсон П.С., Вог Дж. Полимеры для мягких контактных линз: эволюция. Биоматериалы. 2001; 22:3273–3283. [PubMed] [Google Scholar]
15. Матияшевский К., Дэвис Т.П., редакторы. Справочник по радикальной полимеризации. Нью-Йорк: Джон Уайли; 2002. [Google Академия]
16. Деминг Т.Дж. Синтез полипептидов и гибридных сополимеров полипептидов посредством полимеризации NCA. Adv Polym Sci. 2006; 202:1–18. [Google Scholar]
17. Душек К., Паттерсон Д. Переход в набухших полимерных сетях, вызванный внутримолекулярной конденсацией. J Polym Sci Часть A-2. 1968; 6: 1209–1216. [Google Scholar]
18. Танака Т. Коллапс гелей и критическая конечная точка. Phys Rev Lett. 1978; 40: 820–823.
[Google Scholar]
19. Гроуз Дж., Илавский М., Ульбрих К., Копечек Дж. Фотоупругие свойства сухих и набухших сеток поли(N,N-диэтилакриламида) и его сополимеров с N-трет.бутилакриламидом. Европ Полим Ж. 1981;17:361–366. [Google Scholar]
20. Новак А.П., Бридвельд В., Пакстис Л., Озбас Б., Пайн Д.Дж., Почан Д., Деминг Т.Дж. Быстро восстанавливающие гидрогелевые каркасы из самособирающихся диблок-сополипептидных амфифилов. Природа. 2002; 417:424–428. [PubMed] [Google Scholar]
21. Урри Д.У. Физическая химия биологической трансдукции свободной энергии на примере эластичных полимеров на основе белков. J Phys Chem B. 1997; 101:11007–11028. [Google Scholar]
22. Принц Дж.Т., МакГрат К.П., ДиДжироламо К.М., Каплан Д.Л. Конструирование, клонирование и экспрессия синтетических генов, кодирующих шелк паучьего драглайна. Биохимия. 1991;281:10879–10885. [PubMed] [Google Scholar]
23. Megeed Z, Cappello J, Ghandehari H. Генно-инженерные белковые полимеры, подобные шелку и эластину, для контролируемой доставки лекарств.
Adv Drug Deliv Rev. 2002; 54: 1075–1091. [PubMed] [Google Scholar]
24. Ульбрих К., Штрохалм Дж., Копечек Дж. Полимеры, содержащие ферментативно разлагаемые связи. 6. Гидрофильные гели, расщепляемые химотрипсином. Биоматериалы. 1982; 3: 150–154. [PubMed] [Google Scholar]
25. Wang C, Kopeček J, Stewart RJ. Гибридные гидрогели, сшитые генно-инженерными блок-белками спиральной спирали. Биомакромолекулы. 2001;2:912–920. [PubMed] [Google Scholar]
26. Мията Т., Асами Т., Урагами Т. Гидрогель с обратимой антигенной чувствительностью. Природа. 1999; 399: 766–769. [PubMed] [Google Scholar]
27. Нагахара С., Мацуда Т. Образование гидрогеля путем гибридизации олигонуклеотидов, дериватизированных в водорастворимых виниловых полимерах. Сети полимерных гелей. 1996; 4: 111–127. [Google Scholar]
28. De Jong SJ, De Smedt SC, Wahls MWC, Demeester J, Kettenes-van den Bosch JJ, Hennink WE. Новые самособирающиеся гидрогели путем образования стереокомплексов в водном растворе энантиомерных олигомеров молочной кислоты, привитых к декстрану.
Макромолекулы. 2000;33:3680–3686. [Академия Google]
29. Тада Д., Танабе Т., Тачибана А., Ямаути К. Высвобождение лекарственного средства из гидрогеля, содержащего альбумин в качестве сшивающего агента. J Biosci Bioeng. 2005; 100: 551–555. [PubMed] [Google Scholar]
30. Ehrick JD, Deo SK, Browning TW, Bachas LG, Madou MJ, Daunert S. Генетически сконструированный белок в гидрогелях адаптирует характеристики реакции на стимулы. Природа Матер. 2005; 4: 298–302. [PubMed] [Google Scholar]
31. Elvin CM, Carr AG, Huson MG, Maxwell JM, Pearson RD, Vuocolo T, Liyou NE, Wong DCC, Merritt DJ, Dixon NE. Синтез и свойства сшитого рекомбинантного прорезилина. Природа. 2005;437:999–1002. [PubMed] [Google Scholar]
32. Tae G, Kornfeld JA, Hubbell JA. Устойчивое высвобождение гормона роста человека из гидрогелей, образующих in situ, с использованием самосборки биоматериалов из поли(этиленгликоля) с концевыми фторалкилами. 2005; 26: 5259–5266. [PubMed] [Google Scholar]
33.
Serero Y, Aznar R, Porte G, Berret JF, Calvet D, Collet A, Viguier M. Ассоциирующие полимеры: от «цветов» до переходных сетей. Phys Rev Lett. 1998; 81: 5584–5587. [Google Scholar]
34. Мейсон Дж.М., Арндт К.М. Спиральные спиральные домены: стабильность, специфичность и биологические последствия. ХимБиоХим. 2004; 5: 170–176. [PubMed] [Академия Google]
35. Шэнь В., Чжан К., Корнфельд Дж. А., Тиррелл Д. А. Настройте скорость эрозии искусственных белковых гидрогелей за счет управления топологией сети. Природа Матер. 2006; 5: 153–158. [PubMed] [Google Scholar]
36. Shen W, Kornfeld JA, Tirrell DA. Структура и механические свойства искусственных белковых гидрогелей, собранных за счет агрегации доменов лейциновой молнии. Мягкая материя. 2007; 3: 99–107. [Google Scholar]
37. Копечек Дж., Танг А., Ван С., Стюарт Р.Дж. Дизайн биомедицинских полимеров de novo. Гибриды из синтетических макромолекул и генно-инженерных белковых доменов. Макомол симп. 2001; 174:31–42.
[Академия Google]
38. Vandermeulen GWM, Klok HA. Гибридные материалы пептид/белок: улучшенный контроль структуры и улучшенные характеристики за счет конъюгации биологических и синтетических полимеров. Макромол Биоски. 2004; 4: 383–398. [PubMed] [Google Scholar]
39. Копечек Дж. Умные и генно-инженерные биоматериалы и системы доставки лекарств. Eur J Pharm Sci. 2003; 20:1–16. [PubMed] [Google Scholar]
40. Yang J, Xu C, Kopečková P, Kopeček J. Гибридные гидрогели, самособирающиеся из сополимеров HPMA, содержащих пептидные трансплантаты. Макромол Биоски. 2006; 6: 201–209.. [PubMed] [Google Scholar]
41. Копечек Дж. Гели Swell. Природа. 2002; 417: 388–391. [PubMed] [Google Scholar]
42. Xu C, Kopeček J. Генно-инженерные блок-сополимеры: влияние длины и структуры спирально-спирального блока на самосборку гидрогеля. Фармацевтическая рез. поданный. [PubMed] [Google Scholar]
43. Мураками Ю., Маэда М. ДНК-чувствительные гидрогели, которые могут сжиматься или набухать.
Биомакромолекулы. 2005; 6: 2927–2929. [PubMed] [Академия Google]
44. Mirkin CA, Letsinger RL, Mucic RC, Storhoff JJ. Основанный на ДНК метод рациональной сборки наночастиц в макроскопических материалах. Природа. 1996; 382: 607–609. [PubMed] [Google Scholar]
45. Milam VT, Hiddessen AL, Crocker JC, Graves DJ, Hammer DA. Управляемая ДНК сборка биодисперсных коллоидов микронного размера. Ленгмюр. 2003;19:10317–10323. [Google Scholar]
46. Starr FW, Sciortino F. Модель сборки и гелеобразования четырехцепочечных дендримеров ДНК. J Phys Конденсирует Материю. 2006; 18: L347–L353. [PubMed] [Академия Google]
47. Um SH, Lee JB, Kwon SY, Umbach CC, Luo D. Катализируемая ферментами сборка гидрогеля ДНК. Природа Матер. 2006; 5: 797–801. [PubMed] [Google Scholar]
48. Дин К., Алемдароглу Ф.Е., Бёрш М., Бергер Р., Херрманн А. Разработка структурных свойств мицелл блок-сополимера ДНК с помощью молекулярного распознавания. Angew Chem Int Ed. 2007; 46: 1172–1175.
[PubMed] [Google Scholar]
49. Пеппас Н.А., Хилт Дж.З., Хадемхоссейни А., Лангер Р. Гидрогели в биологии и медицине: от молекулярных принципов к бионанотехнологии. Adv Mater. 2006; 18:1345–1360. [Академия Google]
50. Эддингтон Д.Т., Биби Д.Дж. Контроль потока с помощью гидрогелей. Adv Drug Deliv Rev. 2004; 56: 199–210. [PubMed] [Google Scholar]
51. Хаббелл Дж.А. Материалы как морфогенетические ориентиры в тканевой инженерии. Curr Opinion Biotechnol. 2003; 14: 551–558. [PubMed] [Google Scholar]
52. Хоффман А.С. Гидрогели для биомедицинских применений. Adv Drug Deliv Rev. 2002; 54: 3–12. [PubMed] [Google Scholar]
53. Nakabayashi N, Williams DF. Подготовка нетромбогенных материалов с использованием 2-метакрилоилоксиэтилфосфорилхолина. Биоматериалы. 2003; 24:2431–2435. [PubMed] [Академия Google]
54. Друри Дж.Л., Муни Д.Дж. Гидрогели для тканевой инженерии: переменные конструкции каркаса и приложения. Биоматериалы. 2003; 24:4337–4351. [PubMed] [Google Scholar]
55.
Varghese S, Elisseeeff JH. Гидрогели для опорно-двигательного аппарата. Adv Polym Sci. 2006; 203: 95–144. [Google Scholar]
56. Наяк С., Лайон Л.А. Мягкие нанотехнологии с мягкими наночастицами. Angew Chem Int Ed. 2005; 44:7686–7708. [PubMed] [Google Scholar]
57. Ссылка JA, Mock ML, Tirrell DA. Неканонические аминокислоты в белковой инженерии. Curr Opin Chem Biol. 2003; 14: 603–609.. [PubMed] [Google Scholar]
58. Ряднов М.Г., Вулфсон Д.Н. Разработка морфологии самособирающегося белкового волокна. Природа Матер. 2003; 2: 329–332. [PubMed] [Google Scholar]
59. Yamaguchi N, Zhang L, Chae BS, Pala CS, Furst EM, Kiick K. Опосредованная фактором роста сборка гидрогелей, ответственных за клеточные рецепторы. J Am Chem Soc. 2007; 129:3040–3041. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
60. Cheng SY, Heilman S, Wasserman M, Archer S, Shuler ML, Wu M. Микрожидкостное устройство на основе гидрогеля для исследований направленной миграции клеток. Лаборатория на чипе.
2007 [PubMed] [Академия Google]
61. Симэн Н.К., Белчер А.М. Имитация биологии: создание наноструктур снизу вверх. Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99 прил. 2: 6451–6455. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
62. Кондон А. Спроектированные молекулы ДНК: принципы и приложения молекулярной нанотехнологии. Генетика Нетуре Рев. 2006; 7: 565–575. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
63. Ayres L, Vos MRJ, Adams PJHM, Shklyarevskiy, van Hest JCM. Полимеры с боковой цепью на основе эластина, синтезированные ATRP. Макромолекулы. 2003;36:5967–5973. [Google Scholar]
64. Донг Л., Агарвал А.К., Биби Д.Дж., Цзян Х. Адаптивные жидкие микролинзы, активируемые гидрогелями, реагирующими на стимулы. Природа. 2006; 442: 551–553. [PubMed] [Google Scholar]
65. Отметьте E. Ученые переосмысливают подход к гелям для лечения ВИЧ. Природа. 2007; 446:12. [PubMed] [Google Scholar]
Как сделать гидрогели более пригодными для инъекций | MIT News
Гелеобразные материалы, которые можно вводить в организм, обладают большим потенциалом для заживления поврежденных тканей или производства совершенно новых тканей.
Многие исследователи работают над созданием этих гидрогелей для биомедицинских целей, но до сих пор очень немногие дошли до клинического применения.
Чтобы помочь в разработке таких материалов, которые сделаны из микроразмерных строительных блоков, похожих на мягкие LEGO, исследователи Массачусетского технологического института и Гарвардского университета создали набор вычислительных моделей для прогнозирования структуры материала, механических свойств и результатов функциональных характеристик. Исследователи надеются, что их новая структура может упростить разработку материалов, которые можно вводить для различных типов приложений, что до сих пор было в основном процессом проб и ошибок.
«Это действительно интересно с точки зрения материалов и с точки зрения клинического применения», — говорит Эллен Рош, доцент кафедры машиностроения и член Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института. «В более широком смысле, это хороший пример использования лабораторных данных и их синтеза во что-то полезное, что может дать вам прогностические рекомендации, которые можно применить к вещам, выходящим за рамки этих гидрогелей».
Рош и Дженнифер Льюис, Хансйорг Висс, профессор Гарвардской инженерии, основанной на биологических технологиях, являются ведущими авторами исследования, опубликованного сегодня в журнале 9.0021 Материя . Коннор Верхейен, аспирант программы Гарвардского Массачусетского технологического института в области медицинских наук и технологий, является ведущим автором статьи.
Моделирование материала
Когда отдельные блоки гидрогеля плотно спрессованы вместе, они образуют гелеобразный материал, известный как гранулированная матрица. Эти материалы могут действовать как твердое или жидкое вещество, в зависимости от условий, что делает их хорошими кандидатами для таких приложений, как создание тканей с помощью 3D-биопечати. После инъекции или имплантации в тело они могут высвобождать лекарства или способствовать регенерации поврежденных тканей.
«Эти материалы обладают большой гибкостью и возможностью настройки, поэтому их использование для биомедицинских приложений вызывает большой интерес», — говорит Верхейен.
Во время работы в лаборатории Льюиса Верхейен, которого совместно консультируют Льюис и Рош, начал выяснять, как сделать эти материалы надежными для инъекций. Это оказалось сложной задачей, которая потребовала большого количества экспериментов методом проб и ошибок, путем изменения различных характеристик гелей в надежде оптимизировать их структуру и механические свойства для инъекций.
«Это побудило нас взять эмпирические данные, превратить их во что-то, что машина могла бы читать и с чем работать, а затем попросить ее построить прогностическую карту, которую мы могли бы запросить, чтобы помочь нам понять, что происходит и как перейти к следующему шагу», — говорит он.
Чтобы создать свою конструкцию, исследователи разбили процесс сборки на несколько этапов. Они смоделировали каждую из этих стадий отдельно, используя данные собственных экспериментов, которые проводились в самых разных условиях.
На первом этапе модель проанализировала, как на свойства биоблоков влияет исходный материал блоков и способ их сборки.
На втором этапе биоблоки упаковываются вместе, образуя структуры, называемые «гранулированными гидрогелями». Путем моделирования исследователи определили несколько факторов, влияющих на инъецируемость конечного геля, в том числе размер и жесткость биоблоков, вязкость интерстициальной жидкости между блоками, а также размеры иглы и шприца, используемых для введения геля. .
Улучшение Инъектируемость
Теперь, когда они смоделировали процесс от начала до конца, исследователи могут использовать свою модель, чтобы предсказать наилучший способ создания материала с характеристиками, необходимыми для конкретного применения, вместо того, чтобы через обширный процесс проб и ошибок для каждого нового материала.
«Наша долгосрочная цель состояла в том, чтобы добиться надежных и предсказуемых свойств впрыска, потому что это было то, с чем мы действительно боролись в лаборатории — заставить эти материалы течь должным образом», — говорит Верхейен.