ヒドロゲル（Hydrogel）は、水の中で急速に膨潤し、この膨潤状態で溶解せずに大量の体積の水を保持することができる、極めて親水性の3次元ネットワーク構造ゲルである。

ヒドロゲルぶんるい

架橋ネットワークが存在するため、ヒドロゲルは大量の水を膨潤させ、保有することができ、水の吸収量は架橋度と密接に関連している。架橋度が高いほど吸水量が低くなる。この特性は軟組織に似ている。ヒドロゲル中の水の含有量は数%まで低くてもよく、99%まで高くてもよい。ゲルの凝集状態は固体でも液体でもない。固体の挙動は一定の条件下で一定の形状と体積を維持することができ、液体挙動は溶質がヒドロゲルから拡散または浸透することができることである。

水溶性または親水性の高分子は、一定の化学的架橋または物理的架橋により、ヒドロゲルを形成することができる。これらの高分子はその源によって天然と合成の2つの種類に分けることができる。天然の親水性高分子としては、多糖類（デンプン、セルロース、アルギン酸、ヒアルロン酸、ケーシング糖など）及びポリペプチド類（コラーゲン、ポリL−リジン、ポリL−グルタミン酸など）が挙げられる。合成された親水性高分子としては、アルコール、アクリル酸及びその誘導体類（ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリN−ポリアクリルアミド等）が挙げられる。

01物理ゲルと化学ゲル

ヒドロゲルには様々な分類方法があり、ヒドロゲルネットワーク結合によって物理ゲルと化学ゲルに分類される。物理ゲルは、静電作用、水素結合、鎖の巻回などの物理的作用力によって形成され、このゲルは非永続的であり、ゲルを加熱することによって溶液に変換できるため、偽ゲルまたは熱可逆ゲルとも呼ばれる。多くの天然高分子は常温で安定したゲル状態を呈し、例えばk 2型カラギーナン、寒天など;合成ポリマーにおいて、ポリビニルアルコール（PVA）は典型的な例であり、凍結融解処理を経て、60℃以下で安定なヒドロゲルを得ることができる。化学ゲルは化学結合架橋によって形成された三次元ネットワークポリマーであり、永遠に1時間性であり、真のゲルとも呼ばれる。

02マクロゲルとミクロゲル

ヒドロゲルの大きさと形状の違いによって、マクロゲルとミクロゲル（微小球）の分があり、形状の違いによってマクロゲルは柱状、多孔質スポンジ状、繊維状、膜状、球状などに分けられ、調製された微小球はミクロン級とナノ級の分がある。

03伝統的で環境に敏感なヒドロゲル

外部刺激に対するヒドロゲルの応答状況によって、伝統的なヒドロゲルと環境に敏感なヒドロゲルの2つの種類に分けることができる。従来のヒドロゲルは温度やpHなどの環境の変化に敏感ではなかったが、環境に敏感なヒドロゲルは、自身が外部環境（例えば温度、pH、光、電気、圧力など）の微小な変化や刺激を感知し、対応する物理構造や化学的性質の変化、さらには突然変異を起こすことができる高分子ゲルの一種である。このようなゲルの顕著な特徴は環境への応答過程においてその膨潤挙動に顕著な変化があり、この刺激応答特性を利用してセンサ、制御放出スイッチなどに使用することができ、これは1985年以来、研究者が最も興味を持っている課題の一つである。

04合成高分子と天然高分子ヒドロゲル

合成材料によって、ヒドロゲルは合成高分子ヒドロゲルと天然高分子ヒドロゲルに分けられる。天然高分子はより良い生体適合性、環境に対する感受性及び豊富な源、安価な価格を有するため、ますます多くの学者の重視を引き起こしている。しかし、天然高分子材料は安定性が悪く、分解しやすい。

ヒドロゲルの使用

高吸水性高保水材料として、ハイドロゲルは干ばつ地域の干ばつ防止、化粧品中のマスク、熱除去シート、鎮痛シート、農業用フィルム、建築中の結露防止剤、調湿剤、石油化学工業中の塞ぎ調整、原油または製品油の脱水、鉱業中のダスト抑制剤、食品中の鮮度保持剤、増粘剤、医療中の薬物担体など、多くの分野で広く使用されている。注目すべきは、異なる応用分野は異なる高分子原料を選択し、異なる需要を満たすべきである。

ヒドロゲル生体適合性、生分解性、高吸水、保水の特性は環境工学、フレキシブルセンシング、電気化学など多くの分野に広く適用され、特に生物医学分野は組織工学、薬物輸送システム、創傷ドレッシング、バイオセンサー、コンタクトレンズ、人工細胞などを含み、広範な応用がある。

例えば、ヒドロゲルの3次元構造は多くの組織の細胞外マトリックスと類似しているが、組織工学では、特定の細胞は適切なステント上で対応する器官として培養される必要があり、その場合のヒドロゲルは理想的なステント材料である。

一方、投与系では、薬物の徐放と定点放出に用いることができ、ヒドロゲル制御可能な多孔質構造により、多種の薬物を容易に搭載し、特定の部位に移動運動することができる。同時に、知能ヒドロゲルはpH、酵素などの環境刺激を受けた後、異なる膨潤応答を産生し、それによって異なる速度で薬物を放出する。

ヒドロゲルは新型機能材料として、高い吸水保水性、生体適合性が良く、柔軟性などの特徴を持ち、異なる材料の選択及び改質、複合などの手段を通じてその特定の性能、例えば自己癒合性、環境応答特性などを与える。そのため、ヒドロゲルに関する研究は数え切れないほどある。同時にヒドロゲルとその誘導体は各分野でますます広く応用されており、その研究価値は決してこれに限らず、これもその大火の原因である。

富叡捷凍結乾燥実験室

実験サンプル：ヒドロゲル

実験目的：すべての水分を凍結乾燥し、スポンジ状にする

実験設備：Mercuryシリーズ

実験過程：

1.ヒドロゲル−80℃で4時間予凍または液体窒素急速凍。

2.凍結乾燥機を開いて予冷し、予凍したヒドロゲルを仕切り板に置き、真空を開く。

3.凍結乾燥手順は：昇華手順-40℃~ 25℃、真空度2 Pa、時間30 hである。

4.手順終了後、放圧して凍結乾燥したサンプルを取り出し、貯蔵または後続の実験を行う。

予凍前：

凍結乾燥中：

凍結乾燥後：

ヒドロゲルSEM

凍結乾燥後はスポンジ状になり、理想的な効果を達成した。