Itsekorjautumis- ja muotomuistiominaisuuksien yhdistäminen hydrogeeleissä

Abstract

Itsekorjautumis- ja muotomuistiominaisuuden yhdistäminen samaan hydrogeeliin on tämän hetken yksi halutuimmista ja kiinnostavimmista kohteista hydrogeelitutkimuksissa. Varsinkin biolääketieteen sovelluksissa tällaisille hydrogeeleille on kysyntää, sillä näiden ominaisuuksien lisääminen hydrogeeliin mahdollistaisi edullisempia, pitkäikäisempiä ja kestävämpiä ratkaisuja tämän hetken biolääketieteellisiin ongelmiin. Esimerkiksi kudosteknologiassa hydrogeelejä voidaan jo nyt käyttää hyödyksi niiden omalaatuisen, kudosympäristöä muistuttavan rakenteen ansiosta, mutta niiden suurempaa hyödyntämistä rajoittaa hydrogeelien heikot mekaaniset ominaisuudet ja kohtuullisen lyhyt käyttöikä. Itsekorjautuvuus- ja muotomuistiominaisuuden lisääminen antaisi muun muassa ratkaisun näihin ongelmiin.

Tutkimuksista huolimatta, näiden kahden ominaisuuden yhdistäminen keskenään mekaanisesti lujaan hydrogeeliin on ollut haasteellista. Itsekorjautuvuus- ja muotomuistiominaisuus on ollut vaikea saada samaan hydrogeeliin samalla mekanismilla, sillä toinen ominaisuus vaatii itsenäistä toimintaa, kun taas toisen halutaan käynnistyvän vain ärsykkeen vaikutuksesta. Hyvät mekaaniset ominaisuudet ovat myös ristiriidassa itsekorjautuvuuden kanssa, sillä ne vaativat hyödynnetyiltä sidoksilta vastakkaisia ominaisuuksia. Viime aikoina on kuitenkin löydetty mahdollisia ratkaisuja näihin ongelmiin ja on löydetty potentiaalisia valmistusmenetelmiä ja materiaaleja. Luodessa kestäviä itsekorjautuvia muotomuistihydrogeelejä on tutkimuksissa pyritty hyödyntämään sekä kovalenttisia että ei-kovalenttisia sidoksia erikseen, mutta myös samaan aikaan. Tutkimuksissa on käytetty hyväksi erilaisia synteettisiä ja luonnollisia materiaaleja ja pyritty näin ratkaisemaan ongelmat.

PEG:stä ja PVA:sta valmistettu kaksoisverkkohydrogeeli on potentiaalinen ratkaisu hybridihydrogeelin valmistusmenetelmäksi, sillä sen on osoitettu olevan mekaanisesti kestävä ja se omaa hyvän itsekorjautumistehokkuuden. Lisäksi sen biokompatibiliteetti on hyvä. Myös gellaanikumista on onnistuttu valmistamaan kaksoisverkkohydrogeeli, joka sisälsi nämä molemmat ominaisuudet ollen mekaanisesti kestävä. Hyaluronihaposta, gelatiinista ja alginaatista on myös onnistuttu valmistamaan hyvin tuloksin molempia, itsekorjautuvia ja muotomuistin omaavia, hydrogeelejä, joten voidaan olettaa, että myös näitä materiaaleja hyödyntämällä saadaan valmistettua toimivia mekaanisesti kestäviä hybridihydrogeelejä.

Hybridihydrogeelejä on tutkittu jo sen verran, että todennäköisesti paras ratkaisu hybridihydrogeelin valmistusmenetelmäksi on joku näiden tutkittujen materiaalien ja sidosten yhdistelmä. Kaksoisverkkojen hyödyntäminen tuntuu antavan parhaat edellytykset näiden haluttujen ominaisuuksien yhdistämiseen, sillä silloin ne pysyvät selkeästi toimimaan parhaiten erillään. Tulevaisuudessa kannattaa panostaa useampien vuorovaikutusten hyödyntämiseen samassa hydrogeelissä, sillä myös näin saadaan parhaiten eroteltua eri ominaisuuksien vaatimat, hydrogeelin polymeeriverkossa tapahtuvat, eri toiminnot keskenään. Tulevaisuudessa hybridihydrogeelin kehittäminen onnistuu todennäköisesti myös parhaiten tekemällä yhteistyötä ja hyödyntämällä eri tutkijoiden monipuolisia osaamista keskenään. Lähitulevaisuudessa voidaan odottaa hybridihydrogeelien kehittyvän merkittävästi ja näin olettaa myös niiden sovelluskohteiden määrän lisääntyvän.