Hidrojel

Hidrojeller; biyomedikal alanında sıcaklık, pH, manyetik alan, elektrik alan, ışık gibi pek çok parametreye duyarlı olarak geliştirilebilen ve farklı amaçlar doğrultusunda sıklıkla kullanılan biyomalzemelerdir. İnvaziv yani vücut içine enjekte edilerek veya invaziv olmayan şekilde vücuda dışarıdan temasla uygulanmaktadırlar.

Hidrojelin Yapısı ve Özellikleri

Hidrojeller, üç boyutlu hidrofilik ağlar olarak tanımlanmaktadırlar. En temel özellikleri deforme olmaksızın suyu yapılarında tutabilme becerileridir. Organik çözücülere karşı dirençli oldukları bilinse de uygun çözücü ortamında en az %10-20 olmak üzere neredeyse fiziksel boyutlarının 1000 katlarına kadar şişme performansı gösterebilmektedirler. Hidrojeller canlılar ile etkileşime giren materyaller olduklarından dolayı, geliştirme aşamalarında sahip olmaları beklenen en önemli etkenler, biyobozunabilir ve biyouyumlu yapıda olmalarıdır. Bir diğer etken ise, sitotoksisitelerinin olmaması yani vücuda uygulandıklarında toksik etki oluşturmamaları gerektiğidir. Özellikle cilde temas eden hidrojellerin antimikrobiyal etki oluşturacak yapıda ve gözenekli formda üretilmeleri gerekmektedir.

Hidrojelin İçeriği

Hidrojelin temel bileşenleri: Polimer, su veya başka bir biyolojik sıvı ve bunları birbirine bağlayan çapraz bir bağlayıcıdır. Geliştirilen hidrojelin türü, hedeflediği bölge ve amaç doğrultusunda içeriği zenginleştirilmektedir. Polimer olarak tek bir polimer kullanılabileceği gibi birden fazla polimerin özelliklerinden yararlanmak amacıyla farklı polimerler birleştirilebilir. Sıvı olarak ise, öncesinde daha çok su kullanımı yaygın olsa da günümüzde ilaç salınımı amacıyla geliştirilen hidrojellerde bu kısıma sıvı olarak ilaç eklenmektedir. 

Hidrojelin polimer yapısını sergileyen bir görsel

Polimer Seçimi

Seçilen polimerin hidrojelin amacına uygun olması bu malzemenin üretimindeki en kritik aşamalardandır. Doğal veya sentetik olarak farklı polimerler tercih edilebilir. Örneğin yara iyileşmesi için doğal polimerden olan- ıstakoz-karidesin kabuklarından veya mantardan üretilen- kitosan veya yapay polimerlerden polivinil alkol seçilebilir. Ama seçilen iki polimerin de hedef bölgesi, yapacağı etki, yan yana getirilmemesi gereken ürünler başta olmak üzere daha pek çok etken farklı olacaktır. Bu iki polimer örneği dışında doğal olarak keratin, kolajen, selüloz, jelatin, aljinat veya yapay polimerlerden poli(etilen glikol) (PEG), Poli(akrilik asit) (PAA), Poli(laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) olmak üzere çok sayıda farklı polimer seçeneği bulunmaktadır. Hidrojel üretiminde en temel etken; hedefe en uygun polimerin seçilmesi veya istenen özellikler doğrultusunda farklı polimerlerin birleştirilmesi, ardından en doğru yollarla ve uyumlu başka malzemelerle birleştirilip istenen etkinin maksimuma çıkarılmasıdır.

Diğer Bileşenler

Hidrojelin şişme ve su kapasitesini arttırmak amacıyla bağlayıcı olarak gluteraldehit veya kalsiyum, raf ömrünü uzatmak amacıyla stabilizatör ve koruyucular, hedeflenen mekanik özellikleri sağlamak amacıyla dolgu maddeleri, manyetik alan veya elektrik alan ile beraber kullanıldığı sistemlerde- ki son yıllarda belirli dozlarda frekansların vücuttaki bazı sorunların çözümünü teşvik ettiği görülmüştür- nanokompozit, nanoparçacık malzemeler de eklenerek iletkenlik ve antimikrobiyal özellikleri arttırılmaktadır.

Sıvı formda enjekte edilen hidrojelin görseli

Kullanım Şekli ve Alanları

Hidrojeller, kullanım hedeflerine bağlı olarak daha sıvı formda vücut içine enjekte edilerek uygulanabileceği gibi, tüm bileşenler gereklilikler doğrultusunda hazırlandıktan sonra uygun şartlarda kurutularak veya 3D boyutlu baskı yöntemi kullanılarak katı jel formunda da oluşturulabilmektedir.

Yara örtüsü olarak kullanılan bir hidrojel görseli

Doku mühendisliğinde yapı iskelesi, kemik dokusu mühendisliğinde kemik dokusu onarımı ve protezi, cerrahi alanda boşlukları önleyerek hava deliklerini kapatma amaçlarıyla, yara iyileşmesini sağlamak için yara örtüsü veya sıvı formlarda kullanımı oldukça yaygın olan hidojeller ayrıca kontrollü ilaç salınımı ve hücre taşınmasında, doku yenilenmesinde, yapay organ üretiminde, kontakt lenslerde ve daha birçok alanda kullanılmaktadır. Genellikle malzeme mühendisleri ve biyomühendislerin canlının sorununa odaklı olarak, malzeme içeriğini oluşturmak için kimya, canlıya uyumu için ise tıp ve biyoloji yaklaşımlarından yararlanarak geliştirdikleri çok amaçlı biyomateryallerdir.