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Hydrogel: Unterschied zwischen den Versionen

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Als '''Hydrogel''' bezeichnet man [[Gel]]e mit einem hohen [[Wasser]]gehalt. Sie bestehen aus [[hydrophil]]en, aber wasserunlöslichen [[Polymer]]en, die in Wasser unter weitgehender Formerhaltung beträchtlich aufquellen können.  
 
Als '''Hydrogel''' bezeichnet man [[Gel]]e mit einem hohen [[Wasser]]gehalt. Sie bestehen aus [[hydrophil]]en, aber wasserunlöslichen [[Polymer]]en, die in Wasser unter weitgehender Formerhaltung beträchtlich aufquellen können.  
  
==Aufbau==
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==Struktur==
Hydrogele liegen als dreidimensionale Netzwerke vor. Die Fähigkeit von Hydrogelen, Wasser zu [[absorbieren]], ergibt sich aus hydrophilen funktionellen Gruppen, die an das Polymergerüst gebunden sind, während ihre Beständigkeit gegen Auflösung aus Vernetzungen zwischen den Netzwerkketten resultiert. Das Polymermaterial kann also zu einem beträchtlichen Volumen quellen, ohne dass sich dabei der eigene stoffliche Zusammenhalt löst. Abhängig von den Eigenschaften des verwendeten Polymers sowie von der Art und Dichte der Netzwerkverbindungen können solche Strukturen unterschiedliche Mengen an Wasser binden.
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Hydrogele liegen als dreidimensionale Netzwerke vor. Die Fähigkeit von Hydrogelen Wasser zu [[absorbieren]] ergibt sich aus hydrophilen funktionellen Gruppen, die an das Polymergerüst gebunden sind, während ihre Beständigkeit gegen Auflösung aus Vernetzungen zwischen den Netzwerkketten resultiert. Das Polymermaterial kann also zu einem beträchtlichen Volumen quellen, ohne dass sich dabei der eigene stoffliche Zusammenhalt löst. Abhängig von den Eigenschaften des verwendeten Polymers sowie von der Art und Dichte der Netzwerkverbindungen können solche Strukturen unterschiedliche Mengen an Wasser binden.
  
 
Sie besitzen darüber hinaus einen hohen Grad an Flexibilität, der dem natürlichen [[Gewebe]] aufgrund ihres hohen Wassergehalts sehr ähnlich ist.
 
Sie besitzen darüber hinaus einen hohen Grad an Flexibilität, der dem natürlichen [[Gewebe]] aufgrund ihres hohen Wassergehalts sehr ähnlich ist.
  
Hydrogele enthalten neben dem Gelbildner und Wasser oft Feuchthaltemittel ([[Glycerol]], [[Sorbitol]], [[Propylenglycol]]). Diese schützen das Gel einerseits vor Austrocknung, zum anderen machen sie es streichfähiger. Da Hydrogele aufgrund des hohen Wasseranteils [[mikrobiell]] anfällig sind, enthalten sie oft [[Konservierungsmittel]].  
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==Zusammensetzung==
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Hydrogele enthalten neben dem [[Gelbildner]] und Wasser oft Feuchthaltemittel (z.B. [[Glycerol]], [[Sorbitol]], [[Propylenglycol]]). Diese schützen das Gel einerseits vor Austrocknung, zum anderen machen sie es streichfähiger. Da Hydrogele aufgrund des hohen Wasseranteils [[mikrobiell]] anfällig sind, enthalten sie oft [[Konservierungsmittel]] (z.B. Sorbinsäure, PHB-Ester).  
  
==Eigenschaften==
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Als Gelbildner von Hydrogelen werden folgende Substanzen verwendet. Man unterscheidet zwischen [[anorganisch]]en und [[organisch]]en Gelbildnern:
Hydrogele sind aufgrund ihres hohen Wassergehalts sehr streichfähig und feuchtigkeitsspendend. Sie sind in der Regel [[fett]]frei und somit abwaschbar. Aufgrund ihrer Zusammensetzung schaffen Hydrogele darüber hinaus kühlenden Effekte.
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===Anorganische Gelbildner===  
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*[[Bentonit]] („Quellton“): Besteht aus quellfähigem, kolloidem [[Aluminium]]-[[Magnesium]]-[[Silikat|Schichtsilikat]], dem einwertige Kationen zwischen den Schichten eingelagert sind.
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* [[Hochdisperses]] [[Siliziumdioxid]]: Aufbau eines Gelgerüsts über Wasserstoffbrückenbindungen.
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===Organische Gelbildner===
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* Natürliche Gelbildner: umfassen [[Protein]]e und [[Polysaccharid]]e.
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** [[Gelatine]]: ein aus tierischem [[Bindegewebe]] gewonnenes Protein.
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** [[Alginat]]: ein Salz der aus Braunalgen gewonnenen [[Alginsäure]], bestehend aus verknüpfter Glucuronsäure und Mannuronsäure.  
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** [[Xanthangummi]]: Heteropolysaccharid, bestehend aus [[Glucose]], [[Mannose]] und [[Glucuronsäure]], das aus dem Mikroorganismus Xanthamonas campestris gewonnen wird.
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** [[Guargummi]]: Endosperm der Guarbohne, bestehend aus einem Galaktomanan mit Mannose und [[Galaktose]].
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* Halbsynthetische Gelbildner:
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** [[Celluloseether]]
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* Vollsynthetische Gelbildner:
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** [[Poloxamer]]e: Blockpolymere aus Polyethylenglycol- und Polypropylenglycolblöcken bilden die sogenannten [[Tensidgel]]e.
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** [[Carbomer]]e
  
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==Eigenschaften==
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Hydrogele sind aufgrund ihres hohen Wassergehalts sehr streichfähig und feuchtigkeitsspendend. Sie sind in der Regel [[fett]]frei und somit abwaschbar. Beim Auftragen auf die Haut kommt es zur Verdunstung des Wassers. Die dabei entstehende Verdunstungskälte schafft einen kühlenden Effekt.
 
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Man unterscheidet einerseits zwischen natürlich vorkommenden und [[synthetisch]] hergestellten Hydrogelen. Hydrogelbildende natürliche Polymere umfassen [[Protein]]e ​​wie [[Kollagen]] und [[Gelatine]] und [[Polysaccharid]]e wie [[Stärke]], [[Alginat]] und [[Agarose]]. Die natürlichen Hydrogele wurden v.a. in den letzten zwei Jahrzehnten schrittweise durch synthetische Varianten ersetzt, die eine lange Lebensdauer, eine hohe Wasserabsorptionskapazität sowie eine hohe Gelstärke aufweisen, die auch unter extremen Temperaturschwankungen stabil ist. Sie werden traditionell unter Verwendung chemischer [[Polymerisation]]sverfahren hergestellt.
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Man unterscheidet einerseits zwischen natürlich vorkommenden und [[synthetisch]] hergestellten Hydrogelen. Die natürlichen Hydrogele wurden v.a. in den letzten zwei Jahrzehnten schrittweise durch synthetische Varianten ersetzt, die eine lange Lebensdauer, eine hohe Wasserabsorptionskapazität sowie eine hohe Gelstärke aufweisen, die auch unter extremen Temperaturschwankungen stabil ist. Sie werden traditionell unter Verwendung chemischer [[Polymerisation]]sverfahren hergestellt.
  
 
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Version vom 22. Januar 2021, 15:38 Uhr

Synonym: Hydrophiles Gel

1 Definition

Als Hydrogel bezeichnet man Gele mit einem hohen Wassergehalt. Sie bestehen aus hydrophilen, aber wasserunlöslichen Polymeren, die in Wasser unter weitgehender Formerhaltung beträchtlich aufquellen können.

2 Struktur

Hydrogele liegen als dreidimensionale Netzwerke vor. Die Fähigkeit von Hydrogelen Wasser zu absorbieren ergibt sich aus hydrophilen funktionellen Gruppen, die an das Polymergerüst gebunden sind, während ihre Beständigkeit gegen Auflösung aus Vernetzungen zwischen den Netzwerkketten resultiert. Das Polymermaterial kann also zu einem beträchtlichen Volumen quellen, ohne dass sich dabei der eigene stoffliche Zusammenhalt löst. Abhängig von den Eigenschaften des verwendeten Polymers sowie von der Art und Dichte der Netzwerkverbindungen können solche Strukturen unterschiedliche Mengen an Wasser binden.

Sie besitzen darüber hinaus einen hohen Grad an Flexibilität, der dem natürlichen Gewebe aufgrund ihres hohen Wassergehalts sehr ähnlich ist.

3 Zusammensetzung

Hydrogele enthalten neben dem Gelbildner und Wasser oft Feuchthaltemittel (z.B. Glycerol, Sorbitol, Propylenglycol). Diese schützen das Gel einerseits vor Austrocknung, zum anderen machen sie es streichfähiger. Da Hydrogele aufgrund des hohen Wasseranteils mikrobiell anfällig sind, enthalten sie oft Konservierungsmittel (z.B. Sorbinsäure, PHB-Ester).

Als Gelbildner von Hydrogelen werden folgende Substanzen verwendet. Man unterscheidet zwischen anorganischen und organischen Gelbildnern:

3.1 Anorganische Gelbildner

3.2 Organische Gelbildner

4 Eigenschaften

Hydrogele sind aufgrund ihres hohen Wassergehalts sehr streichfähig und feuchtigkeitsspendend. Sie sind in der Regel fettfrei und somit abwaschbar. Beim Auftragen auf die Haut kommt es zur Verdunstung des Wassers. Die dabei entstehende Verdunstungskälte schafft einen kühlenden Effekt. Hydrogele liegen in Form von Kompressen oder Tubengel vor.

5 Einteilung

Die Klassifikation der Hydrogele kann nach unterschiedlichen Kriterien erfolgen:

5.1 ...nach Herkunft

Man unterscheidet einerseits zwischen natürlich vorkommenden und synthetisch hergestellten Hydrogelen. Die natürlichen Hydrogele wurden v.a. in den letzten zwei Jahrzehnten schrittweise durch synthetische Varianten ersetzt, die eine lange Lebensdauer, eine hohe Wasserabsorptionskapazität sowie eine hohe Gelstärke aufweisen, die auch unter extremen Temperaturschwankungen stabil ist. Sie werden traditionell unter Verwendung chemischer Polymerisationsverfahren hergestellt.

5.2 ...nach Polymerzusammensetzung

Die verschiedenen Herstellungsmethoden führen zur Bildung unterschiedlicher Hydrogel-Klassen. Man unterscheidet in diesem Zusammenhang:

  • Homopolymer: Das Polymernetzwerk ist von einer einzelnen Monomerspezies abgeleitet. Es handelt sich also um eine grundlegende Einheit in der Struktur, die eine beliebige vernetzte Gerüststruktur aufweist.
  • Copolymerhydrogel: Besteht aus zwei oder mehr verschiedenen Monomerspezies mit mindestens einer hydrophilen Komponente, die in einer zufälligen Block- oder Wechselkonfiguration entlang der Kette des Polymernetzwerks angeordnet ist.
  • Multipolymer-interpenetrierendes polymeres Hydrogel (IPN): Besteht aus zwei unabhängigen vernetzten synthetischen und/oder natürlichen Polymerkomponenten. In einem semi-IPN-Hydrogel besteht eine Komponente aus einem vernetzten Polymer und die andere Komponente aus einem nicht-vernetzten Polymer.

5.3 ...nach Konfiguration

Die chemische Zusammensetzung der Hydrogele kann wie folgt klassifiziert werden:

  • Amorph: nicht kristallin
  • Teilkristallin: komplexe Mischung aus amorphen und kristallinen Phasen
  • Kristallin

5.4 ...nach Art der Vernetzung

Hydrogele können basierend auf der der Vernetzungsübergänge in zwei Kategorien unterteilt werden:

5.5 ...nach elektrischer Ladung

Hydrogele können auf der Grundlage der Anwesenheit oder Abwesenheit elektrischer Ladung an den vernetzten Ketten in vier Gruppen eingeteilt werden:

6 Indikation

Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften werden Hydrogele in der Wundversorgung verwendet. Sie sind dabei insbesondere zum Feuchthalten oder zur Rehydrierung trockener Wunden (z.B. Nekrosen, seborrhoische Haut oder Wunden in der Granulations- oder Epithelisierungsphase) geeignet. Bei juckenden Hauterkrankungen spenden sie Linderung durch ihren kühlenden Effekt.

Je nach Indikation kann ein Hydrogel bestimmte Wirkstoffe enthalten, um den Heilungsprozess zu beschleunigen. Diese finden Anwendung bei:

7 Literatur

Diese Seite wurde zuletzt am 23. Januar 2021 um 01:29 Uhr bearbeitet.

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