ハイドロゲル

ハイドロゲルは二相性の物質で、多孔質で透過性のある固体と、重量または体積で少なくとも10%の水で構成されている間質液の混合物です。^{[1] [2]} ハイドロゲルでは、多孔質で透過性のある固体は、天然または合成ポリマーと液体の不溶性の3次元ネットワークであり、大量の水または生体液を吸収しています。^{[2] [3] [4] [5]}これらの特性は、特に生物医学分野におけるいくつかの用途の基礎となっています。多くのハイドロゲルは合成ですが、一部は自然由来です。^{[6] [7]}「ハイドロゲル」という用語は1894年に造られました。^[8]

ハイドロゲルのポリマーを結合する架橋は、物理ハイドロゲルと化学ハイドロゲルの2つの一般的なカテゴリに分類されます。化学ハイドロゲルは共有結合による架橋結合を持ち、物理ハイドロゲルは非共有結合を持っています。^[要出典]化学ハイドロゲルは、共有結合により、強力な可逆的または不可逆的なゲルになります。^[9]ジスルフィド結合を介して架橋されたチオメルのハイドロゲルなど、可逆的な共有結合による架橋結合を含む化学ハイドロゲルは無毒であり、多くの医薬品に使用されています。 ^{[10] [11] [12]} 物理ハイドロゲルは通常、生体適合性が高く、無毒であり、pH、イオン濃度（アルギン酸）、温度（ゼラチン）などの外部刺激を変えるだけで簡単に可逆的になるため、医療用途にも使用されています。^{[13] [14] [15] [16] [17]}物理的架橋は、水素結合、疎水性相互作用、鎖の絡み合いなどから構成されます。物理的架橋を利用して生成されたハイドロゲルは、「可逆性」ハイドロゲルと呼ばれることもあります。^[13]化学的架橋は、ポリマー鎖間の共有結合から構成されます。このようにして生成されたハイドロゲルは、「永久的」ハイドロゲルと呼ばれることもあります。

ハイドロゲルはさまざまなポリマー材料を使用して製造されますが、その起源によって天然ポリマーと合成ポリマーの2つのカテゴリに大別できます。ハイドロゲル製造用の天然ポリマーには、ヒアルロン酸、キトサン、ヘパリン、アルギン酸塩、ゼラチン、フィブリンなどがあります。^[18]一般的な合成ポリマーには、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリレートポリマー、およびそれらの共重合体があります。^[6]天然ハイドロゲルは通常無毒であり、生体適合性、生分解性、抗生物質/抗真菌効果、および近傍組織の再生の改善など、医療用途で他の利点を提供することが多いですが、その安定性と強度は通常、合成ハイドロゲルよりもはるかに低くなります。^{[19]医療用途に使用できる合成ハイドロゲルには、}ポリエチレングリコール（PEG）、ポリアクリレート、ポリビニルピロリドン（PVP）などがあります。^[20]

物理的なハイドロゲル形成の背後には2つのメカニズムが示唆されており、1つ目はナノファイバーペプチドアセンブリのゲル化で、通常はオリゴペプチド前駆体で観察されます。前駆体は繊維、テープ、チューブ、またはリボンに自己組織化し、絡み合って非共有結合の架橋を形成します。2番目のメカニズムは、水溶性リンカーによって分離された架橋ドメインの非共有結合相互作用を伴い、これは通常、より長いマルチドメイン構造で観察されます。^[21]超分子相互作用を調整して、沈殿しない自立型ネットワークを作成し、ゲル形成に不可欠な水を固定することもできます。ほとんどのオリゴペプチドハイドロゲルはβシート構造を持ち、繊維を形成するように組み立てられますが、αヘリカルペプチドも報告されています。^{[22] [23]}ゲル化の典型的なメカニズムは、オリゴペプチド前駆体が自己組織化して繊維になり、それが細長く伸びて絡み合って架橋ゲルを形成することです。

重合反応を開始するための注目すべき方法の 1 つは、光を刺激として使用することです。この方法では、光子の吸収によって分解する化合物である光開始剤を、ハイドロゲルになる前駆体溶液に加えます。前駆体溶液が集中した光源 (通常は紫外線照射) にさらされると、光開始剤が分解してフリーラジカルを形成し、ポリマー鎖間に架橋を形成する重合反応を開始します。この反応は光源が取り除かれると停止し、ハイドロゲルに形成される架橋の量を制御することができます。^[24]ハイドロゲルの特性はその架橋の種類と量に大きく依存するため、光重合はハイドロゲルを微調整するための一般的な選択肢となっています。この技術は、細胞を充填した前駆体溶液を創傷部位に注入または成形し、その場で固化できるため、細胞および組織工学の用途でかなり使用されています。^{[25] [24]}

物理的に架橋されたハイドロゲルは、架橋の性質に応じてさまざまな方法で製造できます。ポリビニルアルコールハイドロゲルは通常、凍結融解法で製造されます。この方法では、溶液を数時間凍結し、室温で融解し、このサイクルを繰り返して、強くて安定したハイドロゲルを形成します。^[26] アルギン酸ハイドロゲルは、アルギン酸と二重電荷陽イオンとのイオン相互作用によって形成されます。塩（通常は塩化カルシウム）をアルギン酸ナトリウム水溶液に溶解すると、カルシウムイオンがアルギン酸鎖間にイオン結合を形成します。^[27] ゼラチンハイドロゲルは温度変化によって形成されます。ゼラチンの水溶液は、コラーゲン繊維間のファンデルワールス相互作用が熱分子振動よりも強くなるため、37～35℃未満の温度でハイドロゲルを形成します。^[28]

ペプチドベースのハイドロゲルは、優れた生体適合性と生分解性を備えており、特にバイオメディカルの分野で幅広い用途に使用されています。 ^[2]そのため、その物理的特性を微調整して、使用を最大限にすることができます。^[2]これを行う方法は、アミノ酸配列、pH、キラリティーの調整、芳香族残基の数の増加です。^[29]配列内のアミノ酸の順序は、何度も示されているように、ゲル化にとって非常に重要です。 1つの例では、短いペプチド配列Fmoc-Phe-Glyは容易にハイドロゲルを形成しましたが、Fmoc-Gly-Pheは、隣接する2つの芳香族部分が移動して芳香族相互作用を妨げたため、ハイドロゲルを形成できませんでした。^{[30] [31]} pHを変えることでも同様の効果が得られる可能性があり、一例としてナフタレン（Nap）修飾ジペプチドNap-Gly-AlaおよびNap-Ala-Glyの使用があり、pHの低下により前者はゲル化が誘発され、後者は結晶化につながりました。^[32]グルコノ-δ-ラクトン（GdL）を使用した制御されたpH低下法では、GdLが水中でグルコン酸に加水分解されますが、これは均質で再現性のあるハイドロゲルを形成する方法として開発された最近の戦略です。^{[33] [34]}加水分解は遅いため、均一なpH変化が可能になり、再現性のある均質なゲルが得られます。これに加えて、添加するGdLの量を変えることで目的のpHを達成できます。GdLの使用は、FmocおよびNapジペプチドのハイドロゲル化に何度も使用されています。^{[33] [34]}別の方向では、モリスらは、ゲル化の順序を予測し制御するための「分子トリガー」としてGdLを使用することを報告した。^[35]キラリティーもゲル形成において重要な役割を果たしており、単一のアミノ酸のキラリティーを天然のL-アミノ酸から非天然のD-アミノ酸に変えるだけでも、ゲル化特性に大きな影響を与え、天然の形態ではゲルを形成しない可能性がある。^[36]さらに、多くの研究によって示されているように、π-πスタッキングがゲル化を促進する結果として、芳香族相互作用がハイドロゲル形成において重要な役割を果たしている。^{[37] [38]}

ハイドロゲルは、水分を多く含むため、自然組織と非常によく似た柔軟性も備えています。応答性の高い「スマート材料」であるハイドロゲルは、化学システムをカプセル化することができ、pH の変化などの外部要因による刺激により、グルコースなどの特定の化合物が環境に放出されます。ほとんどの場合、ゲルからゾルへの転移によって液体状態になります。化学機械ポリマーもほとんどがハイドロゲルであり、刺激により体積が変化し、アクチュエーターやセンサーとして機能します。

• 印加電圧によって作動するハイドロゲルバー（4×0.3×0.05 mmサイズ）をベースにしたマイクロポンプ。このポンプは1.5Vのバッテリーで少なくとも6ヶ月間連続して作動することができます。^[39]
• 
  短鎖ペプチドをベースとしたハイドロゲルマトリックス。自重の約100倍の水分を保持できます。医療用包帯として開発されました。
• 
  同じ短鎖ペプチドベースのハイドロゲルの写真。硬さと透明性を示すためにピンセットで保持されています。

ハイドロゲルは、様々な用途について研究されてきました。ハイドロゲルのポリマー濃度（または逆に水濃度）を変更することで、ヤング率、せん断弾性率、および貯蔵弾性率は、10 Paから3 MPaまで、約5桁の範囲で変化します。^[40]架橋濃度を変更することでも同様の効果が得られます。^[40]機械的剛性のこの大きな変動性こそが、インプラントが周囲の組織の機械的特性と一致することが極めて重要なバイオメディカル用途においてハイドロゲルが非常に魅力的である理由です。^{[41]ハイドロゲルの機械的特性の特性評価は、特に他の従来の工学材料と比較してハイドロゲルの機械的挙動が異なるために困難です。ゴム}弾性と粘弾性に加えて、ハイドロゲルには、流体の流れに依存する時間依存の変形メカニズムがあり、これを多孔弾性と呼びます。これらの特性は、機械実験を行う際に考慮することが極めて重要です。ハイドロゲルの一般的な機械的試験実験としては、張力、圧縮（拘束または非拘束）、インデンテーション、せん断 レオメトリー、動的機械分析などがある。^[40]

ハイドロゲルには、ゴム弾性と粘弾性という2つの主要な機械的特性があります。

非膨潤状態では、ハイドロゲルは高度に架橋された化学ゲルとしてモデル化することができ、システムは 1 つの連続したポリマー ネットワークとして記述できます。この場合、

${\displaystyle G=N_{p}kT={\rho RT \over {\overline {M}}_{c}}}$

ここで、Gはせん断弾性率、kはボルツマン定数、Tは温度、Np_は単位体積あたりのポリマー鎖の数、ρは密度、Rは理想気体定数、そしては 隣接する2つの架橋点間の（数）平均分子量です。は、比較的簡単に試験および測定できる膨潤比Qから計算できます。^[40]${\displaystyle {\overline {M}}_{c}}$${\displaystyle {\overline {M}}_{c}}$

膨潤状態における完全なゲルネットワークは次のようにモデル化できる: ^[40]

${\displaystyle G_{\textrm {swollen}}=GQ^{-1/3}}$

単純な一軸伸張または圧縮試験では、真応力、および工学応力、は次のように計算できます。 ${\displaystyle \sigma _{t}}$${\displaystyle \sigma _{e}}$

${\displaystyle \sigma _{t}=G_{\textrm {swollen}}\left(\lambda ^{2}-\lambda ^{-1}\right)}$

${\displaystyle \sigma _{e}=G_{\textrm {swollen}}\left(\lambda -\lambda ^{-2}\right)}$

 ストレッチはどこにあるのか。 ^[40]${\displaystyle \lambda =l_{\textrm {current}}/l_{\textrm {original}}}$

ハイドロゲルの場合、その弾性は固体ポリマーマトリックスから生じ、粘度はポリマーネットワークの可動性と水および水相を構成する他の成分から生じます。^[42]ハイドロゲルの粘弾性特性は、適用される機械的運動の性質に大きく依存します。したがって、これらの適用される力の時間依存性は、材料の粘弾性を評価する上で非常に重要です。^[43]

粘弾性の物理モデルは、材料の弾性および粘性材料特性を捉えようとするものである。弾性材料では、応力はひずみに比例し、粘性材料では、応力はひずみ速度に比例する。マクスウェルモデルは、線形粘弾性応答用に開発された数学モデルの1つである。このモデルでは、粘弾性は、ヤング率を表すフック型バネと粘度を表すニュートン型ダッシュポットを備えた電気回路に類似してモデル化される。このモデルで説明される特性を示す材料はマクスウェル材料である。使用される別の物理モデルはケルビン-フォークトモデルと呼ばれ、このモデルに従う材料はケルビン-フォークト材料と呼ばれる。^[44]ハイドロゲルの時間依存クリープおよび応力緩和挙動を説明するために、さまざまな物理的な集中パラメータモデルを使用することができる。^[40]これらのモデリング方法は非常に多様で非常に複雑であるため、ハイドロゲルの粘弾性挙動を記述するためには経験的なプロニー級数記述が一般的に使用されています。 ^[40]

ポリマーの時間依存粘弾性挙動を測定するために、動的機械分析が頻繁に行われる。通常、これらの測定では、ハイドロゲルの片側にせん断モードで正弦波荷重をかけ、加えられた応力を応力トランスデューサーで測定し、サンプルの長さの変化をひずみトランスデューサーで測定する。^[43]周期的な応力またはひずみに対する正弦波応答をモデル化するために使用される表記法の1つは次のとおりです。

${\displaystyle G=G'+iG''}$

ここで、G' は実数（弾性または貯蔵）弾性率、G" は虚数（粘性または損失）弾性率です。

多孔質弾性は、多孔質材料を通る溶媒の移動と、それと同時に起こる変形に関連する材料の特性です。^[40]ハイドロゲルなどの水和材料の多孔質弾性は、圧縮時に水が多孔質マトリックスを通過する際に、ポリマーと水との間の摩擦によって発生します。これにより水圧が低下し、圧縮時に追加の応力が加わります。粘弾性と同様に、この動作は時間に依存するため、多孔質弾性は圧縮速度に依存します。つまり、ハイドロゲルはゆっくりと圧縮すると柔らかくなりますが、高速で圧縮するとハイドロゲルは硬くなります。この現象は、水と多孔質マトリックス間の摩擦が水の流れに比例するためであり、水の流れは圧縮速度に依存します。したがって、多孔質弾性を測定する一般的な方法は、さまざまな圧縮速度で圧縮テストを行うことです。^[45]孔サイズは、多孔質弾性に影響を与える重要な要素です。Kozeny -Carman 方程式は、圧力降下を 2 つの圧縮速度間の応力の差に関連付けることで、孔サイズを予測するために使用されています。 ^[45]

多孔質弾性はいくつかの連成方程式によって記述されるため、材料の多孔質弾性挙動に直接関連する機械的テストはほとんどなく、そのため、インデンテーション テスト、数値モデル、または計算モデルなどのより複雑なテストが利用されます。数値的または計算的方法は、ハイドロゲル ネットワークの 3 次元透過性をシミュレートしようとします。

ハイドロゲルの強靭性とは、ハイドロゲルが変形や機械的ストレスに耐え、破損したりバラバラになったりしない能力を指します。強靭性の高いハイドロゲルは、より高いストレス下でも構造的完全性と機能性を維持できます。ハイドロゲルの強靭性には、組成、架橋密度、ポリマー鎖構造、水和レベルなど、いくつかの要因が寄与しています。ハイドロゲルの強靭性は、マトリックスを構成するポリマーと架橋剤に大きく依存します。特定のポリマーはより強靭であり、特定の架橋共有結合は本質的に強力です。^[46]さらに、架橋密度が高いと、ポリマー鎖の可動性が制限され、変形に対する耐性が向上するため、一般に強靭性が向上します。ポリマー鎖の構造も要因の 1 つであり、鎖長が長く、分子量が大きいほど、絡み合いの数が多くなり、強靭性が高くなります。^[47]ハイドロゲルの水和のバランス（平衡）が重要である。水和が低すぎるとハイドロゲルの柔軟性と靭性が低下し、水分含有量が高すぎると過度の膨潤を引き起こし、ハイドロゲルの機械的特性が弱まる可能性がある。^{[48] [49]}

ハイドロゲルのヒステリシスとは、ハイドロゲルが機械的応力を受け、その応力が除去されたときに、ハイドロゲルの変形と回復に遅延が生じる現象を指します。これは、ハイドロゲル内のポリマー鎖が再配置され、水分子が変位し、機械的伸張または圧縮で変形するときにエネルギーが蓄えられるために発生します。^[50]機械的応力が除去されると、ハイドロゲルは元の形状を回復し始めますが、粘弾性、内部摩擦などの要因により、回復プロセスに遅延が生じる可能性があります。^{[51]これにより、荷重時と除荷時の応力-ひずみ曲線に違いが生じます。ハイドロゲル内のヒステリシスは、組成、架橋密度、ポリマー鎖構造、}温度など、いくつかの要因の影響を受けます。

ハイドロゲルの強靭性とヒステリシスは、組織工学や薬物送達などの生物医学的用途において特に重要である。ハイドロゲルは体内の機械的力に耐える必要があるだけでなく、時間の経過とともに機械的性能と安定性を維持する必要があるからである。^[52]天然および合成の両方のほとんどの一般的なハイドロゲルは、強靭性とヒステリシスの間に正の相関関係があり、強靭性が高いほどハイドロゲルが元の形状に回復するのに時間がかかり、逆もまた同様である。^[47]これは主に、多くのハイドロゲル内で犠牲結合が強靭性の源となっているためである。犠牲結合は、水素結合、イオン相互作用、疎水性相互作用などの非共有結合性相互作用であり、機械的ストレス下で破壊され、再形成される可能性がある。^[53]これらの結合の再形成には時間がかかり、特に結合の数が多い場合はヒステリシスの増加につながる。しかし、現在では、ポリマーの長い鎖長とそれらの絡み合いを利用してハイドロゲルの変形を制限し、結合の再形成の必要がないためヒステリシスを増加させずに靭性を高める、高度に絡み合ったハイドロゲルの開発に焦点を当てた研究が行われています。^[47]

ハイドロゲルで最も一般的に見られる環境感受性は、温度に対する反応です。^[54]多くのポリマー/ハイドロゲルは温度依存の相転移を示し、これは上限臨界溶解温度(UCST) または下限臨界溶解温度(LCST) のいずれかに分類できます。UCST ポリマーは高温で水溶性が増すため、温度が上昇すると UCST ハイドロゲルはゲル (固体) から溶液 (液体) に転移します (純粋な材料の融点挙動と同様)。この現象により、UCST ハイドロゲルは UCST より低い温度では温度が上昇すると膨張します (膨潤率が増加)。^[54]ただし、LCST を持つポリマーは逆 (または負) の温度依存性を示し、高温では水溶性が低下します。LCST ハイドロゲルは温度が上昇すると液体溶液から固体ゲルに転移し、LCST より高い温度では温度が上昇すると収縮します (膨潤率が減少)。^[54]

アプリケーションによって、多様な熱応答が求められる場合があります。たとえば、バイオメディカル分野では、LCSTハイドロゲルは室温では注入可能（液体）であり、人体の高温にさらされると硬いゲルに固まるため、薬物送達システムとして研究されています。^[54]ハイドロゲルが反応できる刺激は他にもたくさんあり、pH、グルコース、電気信号、光、圧力、イオン、抗原などがあります。^[54]

ハイドロゲルの機械的特性は、疎水性特性に注目することから始まり、さまざまな方法で微調整することができます。^{[54] [55]}ハイドロゲルの強度や弾性を変更する別の方法としては、より強くて硬い支持体にハイドロゲルをグラフトまたは表面コーティングするか、架橋可能なマトリックス膨張添加剤を加えた超多孔性ハイドロゲル（SPH）複合材料を作ることです。^[7]ナノ粒子やマイクロ粒子などの他の添加剤は、生物医学用途に使用される特定のハイドロゲルの剛性とゲル化温度を大幅に変更することが示されています。^{[56] [57] [58]}

ハイドロゲルの機械的特性は架橋濃度や添加剤によって調整・変更できるが、特定の加工技術によってさまざまな用途に合わせて特性を強化・最適化することもできる。これらの技術には、電界紡糸、3D / 4Dプリンティング、自己組織化、フリーズキャスティングなどがある。ユニークな加工技術の1つは、多層ハイドロゲルを形成して空間的に変化するマトリックス組成を作り出し、ひいては機械的特性を生み出すことである。これは、UV重合によってハイドロゲルマトリックスを層ごとに重合させることで実現できる。この技術は、関節軟骨を模倣したハイドロゲルの作成に役立ち、3つの異なる機械的特性を持つ材料を可能にする。^[59]

ハイドロゲルの機械的特性を最適化するためのもう一つの新しい技術は、ホフマイスター系列を利用することである。この現象により、塩溶液の添加により、ハイドロゲルのポリマー鎖が凝集して結晶化し、ハイドロゲルの靭性が向上する。「塩析」と呼ばれるこの方法は、硫酸ナトリウム塩溶液の添加によりポリビニルアルコールハイドロゲルに適用されている。^[60]これらの処理技術のいくつかは、最適な機械的特性を得るために互いに相乗的に使用することができる。方向性凍結または凍結鋳造は、方向性温度勾配をハイドロゲルに適用する別の方法であり、異方性の機械的特性を持つ材料を形成する別の方法です。ポリビニルアルコールハイドロゲルに凍結鋳造と塩析処理技術の両方を利用して、階層的な形態と異方性の機械的特性を誘発します。^[61]ハイドロゲルを一方向性凍結すると、ポリマー鎖が整列して融合し、異方性配列のハニカムチューブのような構造が形成される一方、ハイドロゲルを塩析すると、これらのハニカムチューブのような構造の表面にナノフィブリルネットワークが形成される。水分含有量を70%以上維持しながらも、これらのハイドロゲルの靭性値は、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、ケブラー、合成ゴムなどの無水ポリマーの靭性値をはるかに上回っている。この値は、天然の腱やクモの糸の靭性も上回っている。^[61]

コンタクトレンズの主な素材は、アクリレートシロキサンハイドロゲルです。これらはハードコンタクトレンズに取って代わりました。その最も魅力的な特性の 1 つは酸素透過性です。これは、角膜に血管がないため必須です。

• スケールフォビシティと防汚性^[63]
• 効率的な気泡分離のためのガス発生反応電極のコーティング^{[64] [65] [66]}
• 乳房インプラント
• コンタクトレンズ（シリコーンハイドロゲル、ポリアクリルアミド、ポリマコン）
• 水の持続可能性：ハイドロゲルは、太陽光発電による浄水、^[67]水の消毒、^[68]および大気水生成器^[69]のための有望な材料プラットフォームとして浮上しています。
• 使い捨ておむつで尿を吸収したり、生理用ナプキンに使用したりすること^[25]
• 火傷やその他の治りにくい傷を治すための包帯。傷用ジェルは湿潤環境を作り出したり維持したりするのに最適です。
• 架橋ポリマー（ポリエチレンオキシド、ポリAMPS、ポリビニルピロリドン）からなるハイドロゲルを使用したEEGおよびECG医療用電極
• 量子ドットのカプセル化
• 環境感受性ハイドロゲル（「スマートゲル」または「インテリジェントゲル」とも呼ばれる）。これらのハイドロゲルは、pH、温度、または代謝物の濃度の変化を感知し、そのような変化の結果として負荷を放出する能力を持っています。^{[70] [71] [72]}
• 繊維
• のり
• 乾燥地帯の土壌水分を保持するための顆粒
• 気泡をはじく性質（超撥気性）。水電気分解用電極の性能と安定性を向上させることができる。^[73]
• 細胞培養：ハイドロゲルコーティングされたウェルは細胞培養に使用されている。^[74]
• バイオセンサー：グルコースや抗原などの特定の分子に反応するハイドロゲル^[75]は、バイオセンサーとしてだけでなく、DDSにも使用できます。^[76]
• 細胞キャリア：注射可能なハイドロゲルは、組織再生や3Dバイオプリンティングの用途で薬剤や細胞を運ぶために使用できます。^{[77] [78] [79]可逆的な化学的性質を持つハイドロゲルは、注入/印刷中に流動化し、その後元のハイドロゲル構造が}自己修復することを可能にする必要があります。^[80]
• ホロトモグラフィー顕微鏡と組み合わせて細胞の生体力学的機能を調査する
• 壊死組織および線維化組織の吸収、剥離、およびデブリードマンを促進
• 組織工学の足場。足場として使用される場合、ハイドロゲルには組織を修復するためのヒト細胞が含まれることがあります。それらは細胞の3D微小環境を模倣します。^[81]材料には、アガロース、メチルセルロース、ヒアルロン酸、エラスチン様ポリペプチド、およびその他の天然由来のポリマーが含まれます。
• 徐放性薬物送達システム。イオン強度、pH、温度は薬物の放出を制御するためのトリガー因子として使用できます。^[82]
• 荷電ハイドロゲルの膨潤挙動は、荷電ポリマーと多価イオン、ペプチド、タンパク質などのさまざまな種との相互作用を調べるための貴重なツールとして使用できます。^{[83]この反応は、ゲルマトリックス内の対イオンの交換から生じる}浸透圧膨潤力の変動によって発生します。特に重要なのは、体内でのペプチド薬物とバイオポリマーの結合を評価する際の応用です。ゲルの膨潤反応からこれらの相互作用に関する洞察が得られるからです。^{[84] [85]}
• 窓のコーティング/交換：赤外線の吸収を75％削減するハイドロゲルが検討されている。^{[86]別のアプローチでは、}温度応答性ハイドロゲルを使用して車内の温度を下げた。^[87]
• 熱力学的発電：イオンと組み合わせると、電子機器やバッテリーの熱を放散し、熱交換を電気的な電荷に変換することができます。^[88]
• 水ジェル爆薬
• 農薬（殺虫剤、肥料）の放出制御
• タリン衝撃吸収材 - 超音速衝撃を吸収できるタンパク質ベースのハイドロゲル^[89]
• 計算タスク、創発的記憶を含む。^[90]

移植または注入されたハイドロゲルは、機械的な組織サポート、局所的な薬物または細胞の送達、^[2]局所的な細胞リクルートメントまたは免疫調節、または局所的な光熱療法または近接照射療法のためのナノ粒子のカプセル化によって、組織の再生をサポートする可能性があります。^[80]ポリマー薬物送達システムは、生分解性、生体適合性、抗毒性により課題を克服しました。^{[91] [92]}コラーゲン、キトサン、セルロース、ポリ（乳酸グリコール酸共重合体）などの材料は、目、 ^[93]鼻、腎臓、^[94]肺、^[95]腸、^[96]皮膚^[97]脳などの臓器への薬物送達に広く使用されています。^[2]今後の研究は、毒性の低減、生体適合性の向上、組み立て技術の拡張に重点が置かれています。 ^[98]

ハイドロゲルは薬物送達のための媒体として考えられてきた。^{[99] [77] [78] [79]}また、動物の粘膜組織を模倣して粘膜付着特性の試験に使用することもできる。^{[100] [101]ハイドロゲルは、}局所薬物送達、特にイオントフォレシスによって送達されるイオン性薬物の貯蔵庫としての使用が検討されてきた。

 この記事には、CC BY 3.0 ライセンスの下で利用可能な Jessica Hutchinson によるテキストが組み込まれています。