Mostrar código-fonte de Hidrogel

{{Descrição curta|Gel de polímero macio rico em água}}
[[Imagem:Gelatine.png|thumb|right|A gelatina, aqui em folhas para cozinhar, é um hidrogel.]]
[[Imagem:Picture of peptide hydrogel formation shown by the inverted vial method.jpg|thumb|Formação de hidrogel peptídico mostrada pelo método do frasco invertido.]]<!-- Definição -->
Um '''hidrogel''' é um material bifásico, uma mistura de sólidos [[Porosidade|porosos]] e [[Permeação|permeáveis]] e pelo menos 10% em peso ou volume de fluido intersticial composto total ou principalmente por água.<ref>{{Cite journal |last1=Wichterle |first1=O. |last2=Lím |first2=D. |date=1960-01-01 |title=''Hydrophilic gels for biological use'' |url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1960Natur.185..117W |journal=Nature |volume=185 |issue=4706 |pages=117–118 |doi=10.1038/185117a0 |bibcode=1960Natur.185..117W |s2cid=4211987 |issn=0028-0836 |language=en }}</ref> Nos hidrogéis, o sólido poroso permeável é uma cadeia tridimensional [[Solubilidade|insolúvel]] em água de polímeros naturais ou sintéticos e um fluido, tendo absorvido uma grande quantidade de água ou fluidos biológicos.<ref>{{Citation |last1=Shrivastava |first1=Priya |title=''Magnetically responsive polymeric gels and elastomeric system(s) for drug delivery'' |date=2023 |url=http://dx.doi.org/10.1016/b978-0-323-91248-8.00012-x |work=Smart polymeric nano-constructs in drug delivery |pages=129–150 |publisher=''Elsevier'' |isbn=978-0-323-91248-8 |access-date=2023-01-16 |last2=Vishwakarma |first2=Nikhar |last3=Gautam |first3=Laxmikant |last4=Vyas |first4=Suresh P.|doi=10.1016/b978-0-323-91248-8.00012-x |language=en }}</ref><ref>{{Cite book |date=2018 |title=Fundamental biomaterials: Polymers |url=http://dx.doi.org/10.1016/c2016-0-03544-1 |doi=10.1016/c2016-0-03544-1|isbn=9780081021941 |language=en }}</ref><ref>{{Cite book |url=http://dx.doi.org/10.1016/c2009-1-28406-1 |title=Polymer science: A comprehensive reference |date=2012 |publisher=''Elsevier'' |doi=10.1016/c2009-1-28406-1 |isbn=978-0-08-087862-1 |language=en }}</ref> Essas propriedades sustentam diversas aplicações, principalmente na área biomédica. Muitos hidrogéis são sintéticos, mas alguns são derivados da natureza.<ref name="KO">{{Cite book |doi=10.1002/0471238961.0825041807211620.a01.pub2 |chapter=''Hydrogels'' |title=Kirk-Othmer Encyclopedia of chemical technology |year=2012 |vauthors=Cai W, Gupta RB |pages=1–20 |isbn=978-0471238966 |language=en }}</ref><ref name=":2"/> O termo "hidrogel" foi cunhado em 1894.<ref>{{Cite journal |vauthors=Bemmelen JM |title=''Der Hydrogel und das kristallinische Hydrat des Kupferoxydes'' |journal=Zeitschrift für Chemie und Industrie der Kolloide |volume=1 |issue=7 |pages=213–214 |year=1907 |s2cid=197928622 |doi=10.1007/BF01830147 |language= }}</ref>

== Química ==
=== Classificação ===
As ligações cruzadas que ligam os polímeros de um hidrogel enquadram-se em duas categorias gerais: hidrogéis físicos e hidrogéis químicos. Os hidrogéis químicos possuem [[Ligação covalente|ligações covalentes de reticulação]], enquanto os hidrogéis físicos possuem ligações que [[Interação não covalente|não são covalentes]]. {{Carece de fontes|data=fevereiro de 2023}} Os hidrogéis químicos podem resultar em géis reversíveis ou irreversíveis fortes devido à ligação covalente.<ref>{{Citation |last1=Nikolić |first1=Ljubiša B. |title=''Synthetic Hydrogels and their impact on health and environment'' |date=2018 |url=https://doi.org/10.1007/978-3-319-76573-0_61-1 |work=Cellulose-based superabsorbent hydrogels |pages=1–29 |editor-last=Mondal |editor-first=Md. Ibrahim H. |place=Cham |publisher=Springer International Publishing |language=en |doi=10.1007/978-3-319-76573-0_61-1 |isbn=978-3-319-76573-0 |access-date=2023-01-17 |last2=Zdravković |first2=Aleksandar S. |last3=Nikolić |first3=Vesna D. |last4=Ilić-Stojanović |first4=Snežana S.}}</ref> Hidrogéis químicos que contêm ligações covalentes reversíveis de reticulação, como hidrogéis de tiômeros{{Ill|en||Thiomer|nlk=true}} reticulados por meio de ligações [[dissulfeto]], não são tóxicos e são usados em vários medicamentos.<ref>{{Cite journal |last1=Summonte |first1=S |last2=Racaniello |first2=GF |last3=Lopedota |first3=A |last4=Denora |first4=N |last5=Bernkop-Schnürch |first5=A |title=''Thiolated polymeric hydrogels for biomedical application: Cross-linking mechanisms'' |journal=Journal of controlled release|date=2021 |volume=330 |pages=470–482 |doi=10.1016/j.jconrel.2020.12.037 |pmid=33359581 |s2cid=229694027 |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Federer |first1=C |last2=Kurpiers |first2=M |last3=Bernkop-Schnürch |first3=A |title=''Thiolated chitosans: A multi-talented class of polymers for various applications'' |journal=Biomacromolecules |date=2021 |volume=22 |issue=1 |pages=24–56 |doi=10.1021/acs.biomac.0c00663 |pmid=32567846 |pmc=7805012 |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Leichner |first1=C |last2=Jelkmann |first2=M |last3=Bernkop-Schnürch |first3=A |title=''Thiolated polymers: Bioinspired polymers utilizing one of the most important bridging structures in nature'' |journal= Advanced drug delivery reviews |date=2019 |volume=151-152 |pages=191–221 |doi=10.1016/j.addr.2019.04.007 |pmid=31028759 |s2cid=135464452 |language=en }}</ref> Os hidrogéis físicos geralmente apresentam alta biocompatibilidade, não são tóxicos e também são facilmente reversíveis pela simples alteração de um estímulo externo como pH, concentração de íons (alginato){{Ill|en||Alginic acid|nlk=true}} ou temperatura ([[gelatina]]); eles também são usados para aplicações médicas.<ref name=":6">{{Cite journal |last1=Rosales |first1=Adrianne M. |last2=Anseth |first2=Kristi S. |date=2016-02-02 |title=''The design of reversible hydrogels to capture extracellular matrix dynamics'' |journal=Nature reviews materials |language=en |volume=1 |issue=2 |page=15012 |doi=10.1038/natrevmats.2015.12 |pmid=29214058 |pmc=5714327 |bibcode=2016NatRM...115012R |issn=2058-8437 |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Jeong |first1=Byeongmoon |last2=Kim |first2=Sung Wan |last3=Bae |first3=You Han |date=2002-01-17 |title=''Thermosensitive sol-gel reversible hydrogels'' |url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11755705/ |journal=Advanced drug delivery reviews |volume=54 |issue=1 |pages=37–51 |doi=10.1016/s0169-409x(01)00242-3 |issn=0169-409X |pmid=11755705 |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Yan |first1=Yonggan |last2=Xu |first2=Shulei |last3=Liu |first3=Huanxi |last4=Cui |first4=Xin |last5=Shao |first5=Jinlong |last6=Yao |first6=Peng |last7=Huang |first7=Jun |last8=Qiu |first8=Xiaoyong |last9=Huang |first9=Chuanzhen |date=2020-05-20 |title=''A multi-functional reversible hydrogel adhesive'' |url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927775720302156 |journal=Colloids and surfaces A: Physicochemical and engineering aspects |language=en |volume=593 |pages=124622 |doi=10.1016/j.colsurfa.2020.124622 |s2cid=213116098 |issn=0927-7757}}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Monteiro |first1=O. A. |last2=Airoldi |first2=C. |date=11-1999 |title=''Some studies of crosslinking chitosan-glutaraldehyde interaction in a homogeneous system'' |url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10517518/ |journal=International journal of biological macromolecules |volume=26 |issue=2–3 |pages=119–128 |doi=10.1016/s0141-8130(99)00068-9 |issn=0141-8130 |pmid=10517518 |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Zhang |first1=Zhen |last2=He |first2=Chaoliang |last3=Chen |first3=Xuesi |date=2018-09-27 |title=''Hydrogels based on pH-responsive reversible carbon–nitrogen double-bond linkages for biomedical applications'' |url=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/qm/c8qm00317c |journal=Materials chemistry frontiers |language=en |volume=2 |issue=10 |pages=1765–1778 |doi=10.1039/C8QM00317C |issn=2052-1537 }}</ref> As ligações cruzadas físicas consistem em [[Ligação de hidrogênio|ligações de hidrogênio]], interações hidrofóbicas{{Ill|en||Hydrophobic effect|nlk=true}} e emaranhados de cadeia (entre outros). Um hidrogel gerado através do uso de reticulações físicas é às vezes chamado de hidrogel “reversível”.<ref name=":6"/> As ligações cruzadas químicas consistem em ligações covalentes entre cadeias de polímero. Os hidrogéis gerados desta maneira são às vezes chamados de hidrogéis “permanentes”.

Os hidrogéis são preparados utilizando uma variedade de [[Polímero|materiais poliméricos]], que podem ser divididos amplamente em duas categorias de acordo com sua origem: polímeros naturais ou sintéticos. Os polímeros naturais para preparação de hidrogel incluem [[ácido hialurônico]], [[quitosana]], [[heparina]], alginato{{Ill|en||Alginic acid|nlk=true}}, [[gelatina]] e [[fibrina]].<ref>{{Cite journal |vauthors=Kharkar PM, Kiick KL, Kloxin AM |title=''Designing degradable hydrogels for orthogonal control of cell microenvironments'' |journal=Chemical society reviews |volume=42 |issue=17 |pages=7335–7372 |date=09-2013 |pmid=23609001 |pmc=3762890 |doi=10.1039/C3CS60040H |language=en }}</ref> Polímeros sintéticos comuns incluem [[álcool polivinílico]], [[polietilenoglicol]], [[poliacrilato de sódio]], polímeros de acrilato{{Ill|en||Acrylate polymer|nlk=true}} e seus [[copolímero]]s.<ref name="KO"/> Embora os hidrogéis naturais geralmente não sejam tóxicos e muitas vezes ofereçam outras vantagens para uso médico, como biocompatibilidade{{Ill|en||Biocompatibility|nlk=true}}, [[biodegradabilidade]], efeito [[antibiótico]]/[[antifúngico]] e melhoram a [[Regeneração (biologia)|regeneração]] de tecidos próximos, sua [[Estabilidade química|estabilidade]] e [[Resistência dos materiais|resistência]] são geralmente muito inferiores às dos hidrogéis sintéticos.<ref>{{Cite journal |last1=Jeong |first1=Kwang-Hun |last2=Park |first2=Duckshin |last3=Lee |first3=Young-Chul |date=07-2017 |title=''Polymer-based hydrogel scaffolds for skin tissue engineering applications: a mini-review'' |url=http://link.springer.com/10.1007/s10965-017-1278-4 |journal=Journal of polymer research |language=en |volume=24 |issue=7 |pages=112 |doi=10.1007/s10965-017-1278-4 |s2cid=136085690 |issn=1022-9760}}</ref> Existem também hidrogéis sintéticos que podem ser usados para aplicações médicas, como [[Polietilenoglicol|polietilenoglicol (PEG)]], poliacrilato{{Ill|en||Acrylate polymer|nlk=true}} e [[Polivinilpirrolidona|polivinilpirrolidona (PVP)]].<ref>{{Cite journal |last1=Gdansk University of technology, Chemical faculty, Polymer technology department, 80-233 Gdansk, ul Narutowicza 11/12 |last2=Gibas |first2=Iwona |last3=Janik |first3=Helena |date=2010-12-15 |title=''Review: Synthetic polymer hydrogels for biomedical applications'' |url=http://science2016.lp.edu.ua/chcht/review-synthetic-polymer-hydrogels-biomedical-applications |journal=Chemistry & chemical technology |volume=4 |issue=4 |pages=297–304 |doi=10.23939/chcht04.04.297|doi-access=free |language=en }}</ref>

=== Preparação ===
[[Imagem:Peptide hydrogel formation simplified scheme.png|thumb|Esquema simplificado para mostrar o processo de automontagem envolvido na formação de hidrogel.]]
Existem dois mecanismos sugeridos por trás da formação física do hidrogel, sendo o primeiro a gelificação de conjuntos de [[peptídeo]]s nanofibrosos, geralmente observados para precursores de oligopeptídeos{{Ill|en||Oligopeptide|nlk=true}}. Os precursores se automontam em fibras, fitas, tubos ou fitas que se entrelaçam para formar ligações cruzadas que não são covalentes. O segundo mecanismo envolve interações que não são covalentes de domínios reticulados que são separados por ligantes solúveis em água, e isso geralmente é observado em estruturas multidomínios mais longas.<ref>{{Cite book |vauthors=Dooling LJ, Tirrell DA |date=2013 |chapter=''Peptide and protein hydrogels'' |title=Polymeric and self assembled hydrogels: from fundamental understanding to applications. |series=''Monographs in supramolecular chemistry'' |volume=11 |publisher=''Royal society of chemistry'' |location=Cambridge, ''UK'' |pages=93–124 |isbn=978-1-84973-561-2 |chapter-url=https://authors.library.caltech.edu/38546/ |language=en }}</ref> Ajuste das interações supramoleculares para produzir uma cadeia autossustentável que não precipita e também é capaz de imobilizar água vital para a formação de gel. A maioria dos hidrogéis oligopeptídicos tem uma [[Folha-beta|estrutura de folha ''β'']] e se agrupam para formar fibras, embora peptídeos [[Alfa-hélice|helicoidais ''α'']] também tenham sido relatados.<ref>{{Cite journal |vauthors=Mehrban N, Zhu B, Tamagnini F, Young FI, Wasmuth A, Hudson KL, Thomson AR, Birchall MA, Randall AD, Song B, Woolfson DN |display-authors=3 |title=''Functionalized α-helical peptide hydrogels for neural tissue engineering'' |journal=ACS biomaterials science & engineering |volume=1 |issue=6 |pages=431–439 |date=06-2015 |pmid=26240838 |pmc=4517957 |doi=10.1021/acsbiomaterials.5b00051 |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |vauthors=Banwell EF, Abelardo ES, Adams DJ, Birchall MA, Corrigan A, Donald AM, Kirkland M, Serpell LC, Butler MF, Woolfson DN |display-authors=3 |title=''Rational design and application of responsive alpha-helical peptide hydrogels'' |journal=Nature materials |volume=8 |issue=7 |pages=596–600 |date=07-2009 |pmid=19543314 |pmc=2869032 |doi=10.1038/nmat2479 |bibcode=2009NatMa...8..596B |language=en }}</ref> O mecanismo típico de gelificação envolve a automontagem dos precursores oligopeptídicos em fibras que se tornam alongadas e emaranhadas para formar géis reticulados.

Um método notável de iniciar uma operação de polimerização envolve o uso de luz como estímulo. Nesse método, fotoiniciadores{{Ill|en||Photoinitiator|nlk=true}}, compostos que se decompõem a partir da absorção de [[Fotão|fótons]], são adicionados à solução precursora que se tornará o hidrogel. Quando a solução precursora é exposta a uma fonte concentrada de luz, geralmente irradiação [[Radiação ultravioleta|ultravioleta]], os fotoiniciadores irão clivar e formar radicais livres, que iniciarão uma reação de polimerização que forma ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas. Esta reação cessará se a fonte de luz for removida, permitindo que a quantidade de reticulações formadas no hidrogel seja controlada.<ref name="Choi2019">{{Cite journal |vauthors=Choi JR, Yong KW, Choi JY, Cowie AC |title=''Recent advances in photo-crosslinkable hydrogels for biomedical applications'' |journal=Biotechniques |volume=66 |issue=1 |pages=40–53 |date=01-2019 |pmid=30730212 |doi=10.2144/btn-2018-0083 |doi-access=free |language=en }}</ref> As propriedades de um hidrogel são altamente dependentes do tipo e da quantidade de suas reticulações, tornando a fotopolimerização{{Ill|en||Polymerization#Photopolymerization|nlk=true}} uma escolha popular para o ajuste fino de hidrogéis. Esta técnica tem visto uso considerável em aplicações de engenharia de células e tecidos devido à capacidade de injetar ou moldar uma solução precursora carregada com células no local da ferida e, em seguida, solidificá-la ''in situ''.<ref name="Calo2015">{{Cite journal |vauthors=Caló E, Khutoryanskiy VV |year=2015 |title=''Biomedical applications of hydrogels: A review of patents and commercial products'' |journal=European polymer journal{{Ill|en||European Polymer Journal|nlk=true}} |volume=65 |pages=252–267 |doi=10.1016/j.eurpolymj.2014.11.024 |doi-access=free |language=en }}</ref><ref name="Choi2019"/>

Hidrogéis fisicamente reticulados podem ser preparados por diferentes métodos dependendo da natureza da reticulação envolvida. Os hidrogéis de [[álcool polivinílico]] são geralmente produzidos pela técnica de congelamento-descongelamento. Neste, a solução é congelada por algumas horas, depois descongelada em [[temperatura ambiente]], e o ciclo é repetido até que um hidrogel forte e estável seja formado.<ref>{{Cite journal |last1=Adelnia |first1=Hossein |last2=Ensandoost |first2=Reza |last3=Shebbrin Moonshi |first3=Shehzahdi |last4=Gavgani |first4=Jaber Nasrollah |last5=Vasafi |first5=Emad Izadi |last6=Ta |first6=Hang Thu |date=2022-02-05 |title=''Freeze/thawed polyvinyl alcohol hydrogels: Present, past and future'' |url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014305721007084 |journal=European Polymer Journal |language=en |volume=164 |pages=110974 |doi=10.1016/j.eurpolymj.2021.110974 |s2cid=245576810 |issn=0014-3057 }}</ref> Os hidrogéis de alginato{{Ill|en||Alginic acid|nlk=true}} são formados por interações iônicas entre alginato e cátions de carga dupla. Um sal, geralmente [[cloreto de cálcio]], é dissolvido em uma solução aquosa de alginato de sódio, que faz com que os íons de cálcio criem ligações iônicas entre as cadeias de alginato.<ref>{{Cite journal |last1=Augst |first1=Alexander D. |last2=Kong |first2=Hyun Joon |last3=Mooney |first3=David J. |date=2006-08-07 |title=''Alginate hydrogels as biomaterials'' |url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mabi.200600069 |journal=Macromolecular bioscience |language=en |volume=6 |issue=8 |pages=623–633 |doi=10.1002/mabi.200600069 |pmid=16881042 |issn=1616-5187 }}</ref> Os hidrogéis de [[gelatina]] são formados pela mudança de temperatura. Uma solução aquosa de gelatina forma um hidrogel em temperaturas abaixo de 37–35 °C, à medida que as interações de Van der Waals entre as fibras de colágeno se tornam mais fortes do que as vibrações moleculares térmicas.<ref>{{Cite journal |last1=Jaipan |first1=Panupong |last2=Nguyen |first2=Alexander |last3=Narayan |first3=Roger J. |date=2017-09-01 |title=''Gelatin-based hydrogels for biomedical applications'' |journal=MRS communications |language=en |volume=7 |issue=3 |pages=416–426 |doi=10.1557/mrc.2017.92 |bibcode=2017MRSCo...7..416J |issn=2159-6867|doi-access=free }}</ref>

=== Hidrogéis à base de peptídeos ===
Os hidrogéis à base de peptídeos possuem excepcionais qualidades de biocompatibilidade{{Ill|en||Biocompatibility|nlk=true}} e [[biodegradabilidade]], dando origem à sua ampla utilização em aplicações, principalmente na biomedicina; como tal, as suas propriedades físicas podem ser ajustadas para maximizar a sua utilização. Os métodos para fazer isso são: modulação da sequência de [[aminoácido]]s, ''[[pH]]'', [[Quiralidade (química)|quiralidade]] e aumento do número de resíduos aromáticos{{Ill|en||Aromatic compound|nlk=true}}.<ref>{{Cite journal |vauthors=Fichman G, Gazit E |title=''Self-assembly of short peptides to form hydrogels: design of building blocks, physical properties and technological applications'' |journal=Acta biomaterialia |volume=10 |issue=4 |pages=1671–1682 |date=04-2014 |pmid=23958781 |doi=10.1016/j.actbio.2013.08.013 |language=en }}</ref> A ordem dos aminoácidos dentro da sequência é crucial para a gelificação, como foi demonstrado muitas vezes. Em um exemplo, uma sequência peptídica curta ''Fmoc-Phe-Gly'' formou prontamente um hidrogel, enquanto ''Fmoc-Gly-Phe'' não conseguiu fazê-lo como resultado da movimentação das duas porções aromáticas adjacentes, dificultando as interações aromáticas.<ref>{{Cite journal |vauthors=Jayawarna V, Ali M, Jowitt TA, Miller AF, Saiani A, Gough JE, Ulijn RV |display-authors=3 |date=2006-03-03|title=''Nanostructured hydrogels for three-dimensional cell culture through self-assembly of fluorenylmethoxycarbonyl–dipeptides'' |url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200501522 |journal=Advanced materials |language=en |volume=18 |issue=5 |pages=611–614 |doi=10.1002/adma.200501522 |bibcode=2006AdM....18..611J |s2cid=136880479 |issn=0935-9648 |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |vauthors=Orbach R, Adler-Abramovich L, Zigerson S, Mironi-Harpaz I, Seliktar D, Gazit E |display-authors=3 |title=''Self-assembled Fmoc-peptides as a platform for the formation of nanostructures and hydrogels'' |journal=Biomacromolecules |volume=10 |issue=9 |pages=2646–2651 |date=09-2009 |pmid=19705843 |doi=10.1021/bm900584m |language=en }}</ref> A alteração do ''pH'' também pode ter efeitos semelhantes, um exemplo envolveu o uso dos dipeptídeos modificados por naftaleno (''Nap'') ''Nap-Gly-Ala'' e ''Nap-Ala-Gly'', onde uma queda no ''pH'' induziu a gelificação do primeiro, mas levou à cristalização deste último.<ref>{{Cite journal |vauthors = Adams DJ, Morris K, Chen L, Serpell LC, Bacsa J, Day GM |display-authors=3 |date=2010 |title=''The delicate balance between gelation and crystallisation: structural and computational investigations'' |url=http://xlink.rsc.org/?DOI=c0sm00409j|journal=Soft Matter |language=en |volume=6 |issue=17 |pages=4144 |doi=10.1039/c0sm00409j |bibcode=2010SMat....6.4144A |issn=1744-683X |language=en }}</ref> Um método de diminuição controlada do ''pH'' usando glucono-''δ''-lactona (''GdL''), onde o ''GdL'' é hidrolisado em ácido glucônico em água, é uma estratégia recente que foi desenvolvida como uma forma de formar hidrogéis homogêneos e reprodutíveis.<ref name=":02">{{Cite journal |vauthors=Chen L, Morris K, Laybourn A, Elias D, Hicks MR, Rodger A, Serpell L, Adams DJ |display-authors=3 |title=''Self-assembly mechanism for a naphthalene-dipeptide leading to hydrogelation'' |journal=Langmuir |volume=26 |issue=7 |pages=5232–5242 |date=04-2010 |pmid=19921840 |doi=10.1021/la903694a |language=en }}</ref><ref name=":12">{{Cite journal |vauthors=Adams DJ, Mullen LM, Berta M, Chen L, Frith WJ |display-authors=3 |date=2010 |title=''Relationship between molecular structure, gelation behaviour and gel properties of Fmoc-dipeptides'' |url=http://xlink.rsc.org/?DOI=b921863g|journal=Soft Matter |volume=6 |issue=9 |pages=1971 |doi=10.1039/b921863g |bibcode=2010SMat....6.1971A |issn=1744-683X |language=en }}</ref> A [[hidrólise]] é lenta, o que permite uma mudança uniforme de ''pH'', resultando assim em géis homogêneos reprodutíveis. Além disso, o ''pH'' desejado pode ser alcançado alterando a quantidade de ''GdL'' adicionada. O uso de ''GdL'' tem sido utilizado diversas vezes para a hidrogelação de dipeptídeos ''Fmoc'' e ''Nap''.<ref name=":02"/><ref name=":12"/> Em outra direção, Morris ''et al'' relataram o uso de ''GdL'' como um “gatilho molecular” para prever e controlar a ordem de gelificação.<ref>{{Cite journal |vauthors=Morris KL, Chen L, Raeburn J, Sellick OR, Cotanda P, Paul A, Griffiths PC, King SM, O'Reilly RK, Serpell LC, Adams DJ |display-authors=3 |title=''Chemically programmed self-sorting of gelator networks'' |journal=Nature Communications |volume=4 |issue=1 |pages=1480 |date=06-2013 |pmid=23403581 |doi=10.1038/ncomms2499 |bibcode=2013NatCo...4.1480M |doi-access=free }}</ref> A quiralidade também desempenha um papel essencial na formação do gel, e mesmo a alteração da quiralidade de um único aminoácido do seu aminoácido L natural para o seu aminoácido D que não é natural pode impactar significativamente as propriedades de gelificação, com as formas naturais não formando géis.<ref>{{Cite journal |vauthors=Marchesan S, Waddington L, Easton CD, Winkler DA, Goodall L, Forsythe J, Hartley PG |display-authors=3 |title=''Unzipping the role of chirality in nanoscale self-assembly of tripeptide hydrogels'' |journal=Nanoscale |volume=4 |issue=21 |pages=6752–6760 |date=11-2012 |pmid=22955637 |doi=10.1039/c2nr32006a |bibcode=2012Nanos...4.6752M |hdl=11368/2841344 |language=en }}</ref> Além disso, as interações aromáticas desempenham um papel fundamental na formação de hidrogel como resultado do empilhamento π-π que impulsiona a gelificação, demonstrado por muitos estudos.<ref>{{Cite journal |vauthors = Birchall LS, Roy S, Jayawarna V, Hughes M, Irvine E, Okorogheye GT, Saudi N, De Santis E, Tuttle T, Edwards AA, Ulijn RV |display-authors = 3 |date=2011 |title=''Exploiting CH-π interactions in supramolecular hydrogels of aromatic carbohydrate amphiphiles'' |url=http://xlink.rsc.org/?DOI=c0sc00621a |journal=Chemical science |language=en |volume=2 |issue=7 |pages=1349 |doi=10.1039/c0sc00621a |issn=2041-6520 |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |vauthors=Ma M, Kuang Y, Gao Y, Zhang Y, Gao P, Xu B |display-authors=3| title=''Aromatic-aromatic interactions induce the self-assembly of pentapeptidic derivatives in water to form nanofibers and supramolecular hydrogels'' |journal=Journal of the American chemical society |volume=132 |issue=8 |pages=2719–2728 |date=03-2010 |pmid=20131781 |doi=10.1021/ja9088764 |language=en }}</ref>

=== Outro ===
Os hidrogéis também possuem um grau de flexibilidade muito semelhante ao tecido natural devido ao seu significativo teor de água. Como "materiais inteligentes"{{Ill|en||Smart material|nlk=true}} responsivos, os hidrogéis podem encapsular sistemas químicos que, após estimulação por fatores externos, como uma mudança de ''pH'', podem fazer com que compostos específicos, como a glicose, sejam liberados para o meio ambiente, na maioria dos casos por uma [[Sol-gel|transição gel-sol]] para o estado líquido. Os polímeros quimiomecânicos são, em sua maioria, também hidrogéis, que após estimulação alteram seu volume e podem servir como [[atuador]]es ou [[sensor]]es.

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Imagem:Hydrogel micropump.webm|Uma microbomba{{Ill|en||Micropump|nlk=true}} baseada em uma barra de hidrogel (tamanho 4×0,3×0,05 mm) acionada por tensão aplicada. Esta bomba pode funcionar continuamente com uma bateria de 1,5 V por pelo menos 6 meses.<ref>{{Cite journal |vauthors=Kwon GH, Jeong GS, Park JY, Moon JH, Lee SH |display-authors=3 |title=''A low-energy-consumption electroactive valveless hydrogel micropump for long-term biomedical applications'' |journal=Lab on a Chip |volume=11 |issue=17 |pages=2910–2915 |date=09-2011 |pmid=21761057 |doi=10.1039/C1LC20288J |language=en }}</ref>
Imagem:Short-peptide-based hydrogel, electron microscope image.jpg|Um arranjo (matriz) de hidrogel curto à base de peptídeos, capaz de reter cerca de cem vezes seu próprio peso em água. Desenvolvido como curativo médico.
Imagem:Crosslinked ultrashort peptide hydrogel.jpg|Foto do mesmo hidrogel à base de peptídeo curto, preso em uma pinça para demonstrar sua rigidez e transparência.
</gallery>

== Propriedades mecânicas ==
Hidrogéis têm sido investigados para diversas aplicações. Ao modificar a concentração de polímero de um hidrogel (ou inversamente, a concentração de água), o [[módulo de Young]], o [[módulo de cisalhamento]] e o módulo de armazenamento{{Ill|en||Dynamic modulus|nlk=true}} podem variar de 10 ''Pa'' a 3 ''MPa'', uma faixa de cerca de cinco ordens de grandeza.<ref name=":0">{{Cite journal |vauthors=Oyen ML |date=01-2014 |title=''Mechanical characterisation of hydrogel materials'' |journal=International materials reviews |language=en |volume=59 |issue=1 |pages=44–59 |doi=10.1179/1743280413Y.0000000022 |bibcode=2014IMRv...59...44O |s2cid=136844625 |issn=0950-6608 }}</ref> Um efeito semelhante pode ser observado alterando a concentração de reticulação.<ref name=":0"/> Esta grande variabilidade da rigidez mecânica é a razão pela qual os hidrogéis são tão atraentes para aplicações biomédicas, onde é vital que os implantes correspondam às propriedades mecânicas dos tecidos circundantes.<ref>{{Cite book |vauthors=Los MJ, Hudecki A, Wiechec E |url=https://books.google.com/books?id=B293DwAAQBAJ&q=Matching%20the%20modulus%20with%20the%20surrounding%20tissue&pg=PA95 |title=Stem cells and biomaterials for regenerative medicine |date=2018-11-07 |publisher=''Academic Press'' |isbn=978-0-12-812278-5 |language=en }}</ref> Caracterizar as propriedades mecânicas dos hidrogéis pode ser difícil, especialmente devido às diferenças no comportamento mecânico que os hidrogéis apresentam em comparação com outros materiais de engenharia tradicionais. Além da [[elasticidade]] e [[viscoelasticidade]] de borracha, os hidrogéis possuem um mecanismo adicional de deformação dependente do tempo, que depende do fluxo do fluido, denominado poroelasticidade{{Ill|en||Poroelasticity|nlk=true}}. Essas propriedades são extremamente importantes a serem consideradas durante a realização de experimentos mecânicos. Alguns experimentos de testes mecânicos comuns para hidrogéis são [[Tensão (física)|tensão]], [[Esforço de compressão|compressão]] (confinada ou que não é confinada), indentação, reometria{{Ill|en||Rheometry|nlk=true}} de [[Tensão de cisalhamento|cisalhamento]] ou análise mecânica dinâmica{{Ill|en||Dynamic mechanical analysis|nlk=true}}.<ref name=":0"/>

Os hidrogéis possuem dois regimes principais de propriedades mecânicas: elasticidade de borracha{{Ill|en||Rubber elasticity|nlk=true}} e [[viscoelasticidade]]:

=== Elasticidade de borracha ===
No estado desinchado, os hidrogéis podem ser modelados como géis químicos altamente reticulados, nos quais o sistema pode ser descrito como uma cadeia polimérica contínua. Nesse caso:

<math>G=N_{p}kT={\rho RT \over \overline{M}_{c}}</math>

onde ''G'' é o [[módulo de cisalhamento]], ''k'' é a [[constante de Boltzmann]], ''T'' é a temperatura, ''N<sub>p</sub>'' é o número de cadeias poliméricas por unidade de volume, ''ρ'' é a densidade, ''R'' é a constante do gás ideal e <math>\overline{M}_{c}</math> é o (número) peso molecular médio entre dois pontos de reticulação adjacentes. <math>\overline{M}_{c}</math> pode ser calculado a partir da taxa de expansão, ''Q'', que é relativamente fácil de testar e medir.<ref name=":0"/>

Para o estado inchado, uma rede de gel perfeita pode ser modelada como:<ref name=":0"/>

<math>G_{\textrm{inchado}}=GQ^{-1/3}</math>

Em uma extensão uniaxial simples ou teste de compressão, a tensão verdadeira, <math>\sigma _{t}</math>, e a tensão de engenharia, <math>\sigma _{e}</math>, podem ser calculadas como:

<math>\sigma _{t}=G_{\textrm{inchado}}\left ( \lambda ^{2}-\lambda ^{-1} \right )</math>

<math>\sigma _{e}=G_{\textrm{inchado}}\left ( \lambda -\lambda ^{-2} \right )</math>

onde <math>\lambda =l_{\textrm{atual}}/l_{\textrm{original}}</math>&nbsp;é o alongamento.<ref name=":0"/>

=== Viscoelasticidade ===
Para hidrogéis, sua elasticidade vem do arranjo (matriz) polimérico sólido, enquanto a [[viscosidade]] se origina da mobilidade da cadeia polimérica e da água e outros componentes que compõem a fase aquosa.<ref>{{Cite journal |vauthors=Tirella A, Mattei G, Ahluwalia A |title=''Strain rate viscoelastic analysis of soft and highly hydrated biomaterials'' |journal=Journal of biomedical materials research. part A |volume=102 |issue=10 |pages=3352–3360 |date=10-2014 |pmid=23946054 |pmc=4304325 |doi=10.1002/jbm.a.34914 |language=en }}</ref> As propriedades viscoelásticas de um hidrogel são altamente dependentes da natureza do movimento mecânico aplicado. Assim, a dependência do tempo dessas forças aplicadas é extremamente importante para avaliar a viscoelasticidade do material.<ref name="mech"/>

Os modelos físicos para viscoelasticidade tentam capturar as propriedades elásticas e viscosas de um material. Em um material elástico, a tensão é proporcional à deformação, enquanto em um material viscoso, a tensão é proporcional à taxa de deformação. O modelo de Maxwell é um modelo matemático desenvolvido para resposta viscoelástica linear. Neste modelo, a viscoelasticidade é modelada de forma análoga a um circuito elétrico com uma mola Hookeana, que representa o módulo de Young, e um amortecedor Newtoniano que representa a viscosidade. Um material que apresenta propriedades descritas neste modelo é um material de Maxwell{{Ill|en||Maxwell material|nlk=true}}. Outro modelo físico usado é chamado de Modelo de Kelvin–Voigt e um material que segue esse modelo é chamado de material de Kelvin–Voigt{{Ill|en||Kelvin–Voigt material|nlk=true}}.<ref>{{Cite web |vauthors=Roylance D |title="''Engineering viscoelasticity''" |url=http://web.mit.edu/course/3/3.11/www/modules/visco.pdf |website=Modules in mechanics of materials |publisher=''Massachusetts institute of technology'' |access-date=11-05-2021 |language=en }}</ref> A fim de descrever o comportamento de fluência dependente do tempo e de relaxamento de tensão do hidrogel, uma variedade de modelos de parâmetros físicos concentrados pode ser usada.<ref name=":0"/> Esses métodos de modelagem variam muito e são extremamente complexos, portanto a descrição empírica da Série de Prony{{Ill|en||Prony's method|nlk=true}} é comumente usada para descrever o comportamento viscoelástico em hidrogéis.<ref name=":0"/>

A fim de medir o comportamento viscoelástico dependente do tempo dos polímeros, a análise mecânica dinâmica{{Ill|en||Dynamic mechanical analysis|nlk=true}} é frequentemente realizada. Normalmente, nessas medições, um lado do hidrogel é submetido a uma carga senoidal em modo de cisalhamento, enquanto a tensão aplicada é medida com um transdutor de tensão e a mudança no comprimento da amostra é medida com um transdutor de deformação.<ref name="mech">{{Cite journal |vauthors=Anseth KS, Bowman CN, Brannon-Peppas L |title=''Mechanical properties of hydrogels and their experimental determination'' |journal=Biomaterials |volume=17 |issue=17 |pages=1647–1657 |date=09-1996 |pmid=8866026 |doi=10.1016/0142-9612(96)87644-7 |language=en }}</ref> Uma notação usada para modelar a resposta senoidal à tensão ou deformação periódica é:

:<math>G = G' + iG''</math>

em que G' é o módulo real (elástico ou de armazenamento), G" é o módulo imaginário (viscoso ou de perda).

=== Poroelasticidade ===
A poroelasticidade{{Ill|en||Poroelasticity|nlk=true}} é uma característica dos materiais relacionada à migração do solvente através de um material poroso e à deformação simultânea que ocorre.<ref name=":0"/> A poroelasticidade em materiais hidratados, como os hidrogéis, ocorre devido ao atrito entre o polímero e a água à medida que a água se move através do arranjo (matriz) poroso durante a compressão. Isso causa uma diminuição na pressão da água, o que adiciona tensão adicional durante a compressão. Semelhante à viscoelasticidade, este comportamento depende do tempo, portanto a poroelasticidade depende da taxa de compressão: um hidrogel mostra maciez após compressão lenta, mas a compressão rápida torna o hidrogel mais rígido. Este fenômeno se deve ao fato de o atrito entre a água e o arranjo (matriz) porosa ser proporcional ao fluxo de água, que por sua vez depende da taxa de compressão. Assim, uma maneira comum de medir a poroelasticidade é realizar testes de compressão em taxas de compressão variadas.<ref name="Poro">{{Cite journal |vauthors=Isobe N, Kimura S, Wada M, Deguchi S |title=''Poroelasticity of cellulose hydrogel'' |journal=Journal of the Taiwan Institute of chemical engineers |date=12-2018 |volume=92 |pages=118–122 |doi=10.1016/j.jtice.2018.02.017 |s2cid=103246330 |language=en }}</ref> O tamanho dos poros é um fator importante que influencia a poroelasticidade. A equação de Kozeny–Carman{{Ill|en||Kozeny–Carman equation|nlk=true}} tem sido usada para prever o tamanho dos poros, relacionando a queda de pressão com a diferença de tensão entre duas taxas de compressão.<ref name="Poro"/>

A poroelasticidade é descrita por diversas equações acopladas, portanto existem poucos ensaios mecânicos que se relacionam diretamente com o comportamento poroelástico do material, portanto são utilizados ensaios mais complicados como ensaios de indentação, modelos numéricos ou computacionais. Métodos numéricos ou computacionais tentam simular a permeabilidade tridimensional da cadeia de hidrogel.

=== Resposta ambiental ===
A sensibilidade ambiental mais comumente observada em hidrogéis é uma resposta à temperatura.<ref name=":1">{{Cite journal |vauthors=Qiu Y, Park K |title=''Environment-sensitive hydrogels for drug delivery'' |journal=Advanced drug delivery reviews |volume=53 |issue=3 |pages=321–339 |date=12-2001 |pmid=11744175 |doi=10.1016/S0169-409X(01)00203-4 |language=en }}</ref> Muitos polímeros/hidrogéis exibem uma transição de fase dependente da temperatura, que pode ser classificada como temperatura crítica superior da solução (T.C.S.S.){{Nre|nome=ucst|do inglês ''U.C.S.T.'' – '''''u'''pper '''c'''ritical '''s'''olution '''t'''emperature ''}}{{Ill|en||Upper critical solution temperature|nlk=true}} ou temperatura crítica inferior da solução (T.C.I.S.){{Nre|nome=lcst|do inglês ''L.C.S.T.'' – '''''l'''ower '''c'''ritical '''s'''olution '''t'''emperature''}}{{Ill|en||Lower critical solution temperature|nlk=true}}. Os polímeros de temperatura crítica superior da solução aumentam sua solubilidade em água em temperaturas mais altas, o que leva à transição dos hidrogéis de temperatura crítica inferior da solução de um gel (sólido) para uma solução (líquida) à medida que a temperatura aumenta (semelhante ao comportamento do ponto de fusão de materiais puros). Este fenômeno também faz com que os hidrogéis de temperatura crítica superior da solução se expandam (aumentem sua taxa de expansão) à medida que a temperatura aumenta enquanto eles estão abaixo de sua temperatura crítica superior da solução.<ref name=":1"/> No entanto, os polímeros com temperatura crítica inferior da solução apresentam uma dependência inversa (ou negativa) da temperatura, onde a sua solubilidade em água diminui a temperaturas mais elevadas. Os hidrogéis de temperatura crítica inferior da solução fazem a transição de uma solução líquida para um gel sólido à medida que a temperatura aumenta, e eles também encolhem (diminuem sua taxa de expansão) à medida que a temperatura aumenta enquanto estão acima de sua temperatura crítica inferior da solução.

As aplicações podem determinar diversas respostas térmicas. Por exemplo, no campo biomédico, os hidrogéis de temperatura crítica inferior da solução estão sendo investigados como sistemas de administração de medicamentos devido a serem injetáveis (líquidos) à temperatura ambiente e depois solidificarem em um gel rígido após exposição às temperaturas mais altas do corpo humano.<ref name=":1"/> Existem muitos outros estímulos aos quais os hidrogéis podem responder, incluindo: pH, glicose, sinais elétricos, luz{{Ill|en||Photopolymer|nlk=true}}, pressão{{Ill|en||Pressure-sensitive adhesive|nlk=true}}, íons, [[antígeno]]s e muito mais.<ref name=":1"/>

=== Aditivos ===
As propriedades mecânicas dos hidrogéis podem ser ajustadas de várias maneiras, começando com a atenção às suas propriedades hidrofóbicas.<ref name=":1"/><ref>{{Cite journal |vauthors=Zaragoza J, Chang A, Asuri P |date=01-2017|title=''Effect of crosslinker length on the elastic and compression modulus of poly(acrylamide) nanocomposite hydrogels'' |journal=Journal of Physics: Conference series |language=en |volume=790 |issue=1 |pages=012037 |doi=10.1088/1742-6596/790/1/012037|bibcode=2017JPhCS.790a2037Z |issn=1742-6588 |doi-access=free |language=en }}</ref> Outro método para modificar a resistência ou elasticidade dos hidrogéis é enxertá-los ou revesti-los superficialmente em um suporte mais forte/rígido, ou fazer compósitos de hidrogel superporoso (H.S.p.){{Nre|nome=sph|do inglês ''Sp.H.'' – '''''s'''uper'''p'''orous '''h'''ydrogel''}}, nos quais é adicionado um aditivo de expansão de arranjo (matriz) reticulável.<ref name=":2">{{Cite journal |vauthors=Ahmed EM |title=''Hydrogel: Preparation, characterization, and applications: A review'' |journal=Journal of Advanced research |volume=6 |issue=2 |pages=105–121 |date=05-2015 |pmid=25750745 |pmc=4348459 |doi = 10.1016/j.jare.2013.07.006 |language=en }}</ref> Foi demonstrado que outros aditivos, como nanopartículas e micropartículas, modificam significativamente a rigidez e a temperatura de gelificação de certos hidrogéis usados em aplicações biomédicas.<ref>{{Cite journal |vauthors=Cidade MT, Ramos DJ, Santos J, Carrelo H, Calero N, Borges JP |display-authors=3 |title=''Injectable hydrogels based on pluronic/water systems filled with alginate microparticles for biomedical applications'' |journal=Materials |volume=12 |issue=7 |pages=1083 |date=04-2019 |pmid=30986948 |pmc=6479463 |doi=10.3390/ma12071083 |doi-access=free |bibcode=2019Mate...12.1083C |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |vauthors=Rose S, Prevoteau A, Elzière P, Hourdet D, Marcellan A, Leibler L |display-authors=3| title=''Nanoparticle solutions as adhesives for gels and biological tissues'' |journal=Nature |volume=505 |issue=7483 |pages=382–385 |date=01-2014 |pmid=24336207 |doi=10.1038/nature12806 |s2cid=205236639 |bibcode=2014Natur.505..382R |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |vauthors=Zaragoza J, Fukuoka S, Kraus M, Thomin J, Asuri P |display-authors=3 |title=''Exploring the role of nanoparticles in enhancing mechanical properties of hydrogel nanocomposites'' |journal=Nanomaterials |volume=8 |issue=11 |pages=882 |date=10-2018 |pmid=30380606 |pmc=6265757 |doi=10.3390/nano8110882 |doi-access=free |language=en }}</ref>

=== Técnicas de processamento ===
Embora as propriedades mecânicas de um hidrogel possam ser ajustadas e modificadas através de concentração de reticulação e aditivos, essas propriedades também podem ser melhoradas ou otimizadas para diversas aplicações através de técnicas de processamento específicas. Essas técnicas incluem [[eletrofiação]], impressão [[Impressão 3D|''3D'']]/''4D''{{Ill|en||4D printing|nlk=true}}, automontagem{{Ill|en||Self-assembly|nlk=true}} e fundição por congelamento{{Ill|en||Freeze-casting|nlk=true}}. Uma técnica de processamento única é através da formação de hidrogéis multicamadas para criar uma composição de arranjo (matriz) espacialmente variável e, por extensão, propriedades mecânicas. Isso pode ser feito polimerizando os arranjos (matrizes) de hidrogel camada por camada por meio de polimerização UV. Essa técnica pode ser útil na criação de hidrogéis que imitam a cartilagem articular, possibilitando um material com três zonas separadas de propriedades mecânicas distintas.<ref>{{Cite journal |vauthors=Nguyen LH, Kudva AK, Saxena NS, Roy K |title=''Engineering articular cartilage with spatially-varying matrix composition and mechanical properties from a single stem cell population using a multi-layered hydrogel'' |journal=Biomaterials |volume=32 |issue=29 |pages=6946–6952 |date=10-2011 |pmid=21723599 |doi=10.1016/j.biomaterials.2011.06.014 |language=en }}</ref>

Outra técnica emergente para otimizar as propriedades mecânicas do hidrogel é aproveitar as vantagens da série de Hofmeister{{Ill|en||Hofmeister series|nlk=true}}. Devido a esse fenômeno, por meio da adição de solução salina, as cadeias poliméricas de um hidrogel se agregam e cristalizam, o que aumenta a tenacidade do hidrogel. Este método, denominado [[relargagem]] ("''salgar''"), tem sido aplicado a poli(álcool vinílico) hidrogéis pela adição de uma solução salina de [[sulfato de sódio]].<ref>{{Cite journal |vauthors=Hua M, Wu D, Wu S, Ma Y, Alsaid Y, He X |display-authors=3 |title=''4D printable tough and thermoresponsive hydrogels'' |journal=ACS applied materials & interfaces |volume=13 |issue=11 |pages=12689–12697 |date=03-2021 |pmid=33263991 |doi=10.1021/acsami.0c17532 |s2cid=227258845 |language=en }}</ref> Algumas dessas técnicas de processamento podem ser usadas sinergicamente entre si para produzir propriedades mecânicas ideais. O congelamento direcional{{Ill|en||Directional freezing|nlk=true}} ou fundição por congelamento{{Ill|en||Freeze-casting|nlk=true}} é outro método no qual um gradiente de temperatura direcional é aplicado ao hidrogel e é outra forma de formar materiais com propriedades mecânicas anisotrópicas. Utilizando técnicas de processamento de congelamento e salga em poli(álcool vinílico) hidrogéis para induzir morfologias hierárquicas e propriedades mecânicas anisotrópicas. O congelamento direcional dos hidrogéis ajuda a alinhar e coalescer as cadeias poliméricas, criando estruturas anisotrópicas semelhantes a tubos de favo de mel, enquanto a salga do hidrogel produz uma cadeia de nanofibrilas na superfície dessas estruturas semelhantes a tubos de favo de mel. Embora mantenham um teor de água superior a 70%, os valores de resistência desses hidrogéis estão bem acima dos polímeros isentos de água, como o [[Dimetil polissiloxano|polidimetilsiloxano (''PDMS'')]], a ''[[Kevlar]]'' e a [[borracha sintética]]. Os valores também superam a resistência do [[tendão]] e da [[seda de aranha]] naturais.<ref name="Strong">{{Cite journal |vauthors=Hua M, Wu S, Ma Y, Zhao Y, Chen Z, Frenkel I, Strzalka J, Zhou H, Zhu X, He X |display-authors=3 |title=''Strong tough hydrogels via the synergy of freeze-casting and salting out'' |journal=Nature |volume=590 |issue=7847 |pages=594–599 |date=02-2021 |pmid=33627812 |doi=10.1038/s41586-021-03212-z |s2cid=232048202 |bibcode=2021Natur.590..594H |osti=1774154 |language=en }}</ref>

== Aplicações ==
=== Lentes de contato gelatinosas ===
[[Imagem:Siliconehydrogel.svg|thumb|Estrutura molecular do hidrogel de silicone utilizado em lentes de contato flexíveis e permeáveis ao oxigênio.<ref>{{Cite book |vauthors=Lai YC, Wilson AC, Zantos SG |title=Kirk‐Othmer Encyclopedia of chemical technology |year=2000 |isbn=9780471484943 |publisher=John Wiley & Sons, Inc |chapter=Contact lenses |doi=10.1002/0471238961 |language=en }}</ref>]]

O material dominante para lentes de contato são os hidrogéis de acrilato-[[siloxano]]. Elas substituíram as lentes de contato rígidas. Uma de suas propriedades mais atraentes é a permeabilidade ao oxigênio, necessária porque a córnea não possui [[Sistema circulatório|vasculatura]].

=== Pesquisa ===
[[Imagem:Hydrogel MSC Nanolive.gif|thumb|Células-tronco mesenquimais humanas interagindo com hidrogel trudimensional (''3D'') – fotografadas com imagens de células vivas sem rótulo]]
[[Imagem:Blasenpflaster.jpg|thumb|Bandagem ("curativo") adesiva com almofada de hidrogel, usada para bolhas e queimaduras. O gel central é transparente, o filme plástico adesivo impermeável é transparente, o suporte é branco e azul.]]

* Revestimentos para eletrodos de reação de evolução de gás para desprendimento eficiente de bolhas<ref>{{Cite journal |last1=Jeon |first1=Dasom |last2=Park |first2=Jinwoo |last3=Shin |first3=Changhwan |last4=Kim |first4=Hyunwoo |last5=Jang |first5=Ji-Wook |last6=Lee |first6=Dong Woog |last7=Ryu |first7=Jungki |date=2020-04-10 |title=''Superaerophobic hydrogels for enhanced electrochemical and photoelectrochemical hydrogen production'' |journal=Science advances |language=en |volume=6 |issue=15 |pages=eaaz3944 |doi=10.1126/sciadv.aaz3944 |issn=2375-2548 |pmc=7148083 |pmid=32300656 |bibcode=2020SciA....6.3944J }}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Bae |first1=Misol |last2=Kang |first2=Yunseok |last3=Lee |first3=Dong Woog |last4=Jeon |first4=Dasom |last5=Ryu |first5=Jungki |date=08-2022 |title=''Superaerophobic polyethyleneimine hydrogels for improving electrochemical hydrogen production by promoting bubble detachment |journal=Advanced energy materials |language=en |volume=12 |issue=29 |pages=2201452 |doi=10.1002/aenm.202201452 |s2cid=249355500 |issn=1614-6832|doi-access=free }}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Park |first1=Jinwoo |last2=Jeon |first2=Dasom |last3=Kang |first3=Yunseok |last4=Ryu |first4=Jungki |last5=Lee |first5=Dong Woog |date=2023-01-24 |title=''Nanofibrillar hydrogels outperform Pt/C for hydrogen evolution reactions under high-current conditions'' |url=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ta/d2ta08775h |journal=Journal of Materials chemistry A |language=en |volume=11 |issue=4 |pages=1658–1665 |doi=10.1039/D2TA08775H |s2cid=254387206 |issn=2050-7496 |language=en }}</ref>
* [[Implante de mama|Implantes mamários]]
* [[Lente de contacto|Lentes de contato]] (hidrogéis de [[silicone]], [[poliacrilamida]]s, ''polymacon''{{Ill|en||Polymacon|nlk=true}})
* Sustentabilidade da água: Os hidrogéis surgiram como plataformas de materiais promissores para purificação de água movida a energia solar,<ref>{{Cite journal |author1=Youhong Guo |author2=H. Lu |author3=F. Zhao |author4=X. Zhou |author5=W. Shi |author6=Guihua Yu |title=''Biomass-derived hybrid hydrogel evaporators for cost-effective solar water purification'' |journal=Advanced materials| year=2020 |volume= 32 |issue=11 |pages= 1907061 |doi=10.1002/adma.201907061 |pmid= 32022974 |bibcode=2020AdM....3207061G |s2cid=211036014 |language=en }}</ref> desinfecção de água<ref>{{Cite journal |author1=Youhong Guo |author2=C. M. Dundas |author3=X. Zhou |author4=K. P. Johnston |author5=Guihua Yu |title=''Molecular engineering of hydrogels for rapid water disinfection and sustainable solar vapor generation'' |journal=Advanced materials |year=2021 |volume=33 |issue=35 |pages=2102994 |doi=10.1002/adma.202102994 |pmid= 34292641 |bibcode=2021AdM....3302994G |s2cid=236174198 |language=en }}</ref> e [[Gerador de água atmosférico|gerador de água atmosférica]].<ref>{{Cite journal |author1=Youhong Guo |author2=W. Guan |author3=C. Lei |author4=H. Lu |author5=W. Shi |author6=Guihua Yu |title=''Scalable super hygroscopic polymer films for sustainable moisture harvesting in arid environments'' |journal=Nature communications |year=2022 |volume= 13 |issue=1 |pages= 2761 |doi=10.1038/s41467-022-30505-2 |pmid= 35589809 |pmc=9120194 |bibcode=2022NatCo..13.2761G |language=en  }}</ref>
* [[Fralda]]s descartáveis onde absorvem a [[urina]] ou em [[Absorvente|absorventes higiênicos]]<ref name="Calo2015"/>
* Curativos para cicatrização de [[queimadura]]s ou outras [[ferida]]s de difícil cicatrização. Os géis{{Ill|en||Hydrocolloid dressing|nlk=true}} para feridas são excelentes para ajudar a criar ou manter um ambiente úmido.
* Eletrodos médicos de [[Eletroencefalografia#Metodologia|''EEG'']] e [[Eletrocardiograma|''ECG'']]{{Ill|en||Electrocardiography#Precordial leads|nlk=true}} utilizando hidrogéis compostos de polímeros [[Reticulação|reticulados]] ([[Polietilenoglicol|óxido de polietileno]], poli''AMPS''{{Ill|en||PolyAMPS|nlk=true}} e [[polivinilpirrolidona]])
* Encapsulamento de pontos quânticos{{Ill|en||Hydrogel encapsulation of quantum dots|nlk=true}}
* Hidrogéis ambientalmente sensíveis (também conhecidos como "géis inteligentes"). Esses hidrogéis têm a capacidade de detectar mudanças de pH, temperatura ou concentração de metabólito e liberar sua carga como resultado de tal mudança.<ref>{{Cite journal |vauthors=Brudno Y, Mooney DJ |title=''On-demand drug delivery from local depots'' |journal=Journal of Controlled release |volume=219 |pages=8–17 |date=12-2015 |pmid=26374941 |doi=10.1016/j.jconrel.2015.09.011 |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |vauthors=Blacklow SO, Li J, Freedman BR, Zeidi M, Chen C, Mooney DJ |display-authors=3 |title=''Bioinspired mechanically active adhesive dressings to accelerate wound closure'' |journal=Science advances |volume=5 |issue=7 |pages=eaaw3963 |date=07-2019 |pmid=31355332 |pmc=6656537 |doi=10.1126/sciadv.aaw3963 |doi-access=free |bibcode=2019SciA....5.3963B |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |vauthors=Bordbar-Khiabani A, Gasik M |title=''Smart hydrogels for advanced drug delivery systems'' |journal=International Journal of Molecular sciences |date=2022 |volume=23 |issue=7 |pages=3665 |doi=10.3390/ijms23073665 |pmid=35409025 |pmc=8998863 |doi-access=free |language=en }}</ref> 
* Fibras{{Ill|en||Hydrogel fiber|nlk=true}}
* [[Adesivo|Cola]]
* Grânulos para reter a umidade do [[solo]] em áreas áridas
* Repelente de bolhas de ar (superaerofobicidade). Pode melhorar o desempenho e a estabilidade dos eletrodos para [[eletrólise]] de água.<ref>{{Cite journal |vauthors=Jeon D, Park J, Shin C, Kim H, Jang JW, Lee DW, Ryu J |display-authors=3 |title=''Superaerophobic hydrogels for enhanced electrochemical and photoelectrochemical hydrogen production'' |journal=Science advances |volume=6 |issue=15 |pages=eaaz3944 |date=04-2020 |pmid=32300656 |pmc=7148083 |doi=10.1126/sciadv.aaz3944 |bibcode=2020SciA....6.3944J |language=en }}</ref>
* Cultivo de células: Poços revestidos com hidrogel têm sido usados para cultura de células.<ref>{{Cite journal |vauthors=Discher DE, Janmey P, Wang YL |title=''Tissue cells feel and respond to the stiffness of their substrate'' |journal=Science |volume=310 |issue=5751 |pages=1139–1143 |date=11-2005 |pmid=16293750 |doi=10.1126/science.1116995 |s2cid=9036803 |citeseerx=10.1.1.318.690 |bibcode=2005Sci...310.1139D |language=en }}</ref>
* [[Biossensores]]: Hidrogéis que respondem a moléculas específicas,<ref>{{Cite book |title=Chemoresponsive Materials |veditors=Schneider HJ |publisher=''Royal society of Chemistry'' |location=Cambridge |date=2015 |isbn=978-1-78262-242-0 |url=https://pubs.rsc.org/en/content/ebook/ |language=en }}</ref> como glicose ou antígenos, podem ser usados como biossensores, bem como em ''DDS''.<ref>{{Cite journal |vauthors=Yetisen AK, <!-- [[:en:Izabela Naydenova]] -->Naydenova I, da Cruz Vasconcellos F, Blyth J, Lowe CR |display-authors=3 |title=''Holographic sensors: three-dimensional analyte-sensitive nanostructures and their applications'' |journal=Chemical reviews |volume=114 |issue=20 |pages=10654–10696 |date=10-2014 |pmid=25211200 |doi=10.1021/cr500116a |doi-access=free |language=en }}</ref>
* Transportador de células: Hidrogéis injetáveis podem ser usados para transportar medicamentos ou células para aplicações em regeneração de tecidos ou [[Bioimpressão 3D|bioimpressão tridimensional]].<ref name=":3">{{Cite journal |vauthors=Lee JH |title=''Injectable hydrogels delivering therapeutic agents for disease treatment and tissue engineering'' |journal=Biomaterials research |volume=22 |issue=1 |pages=27 |date=12-2018 |pmid=30275970 |pmc=6158836 |doi=10.1186/s40824-018-0138-6 |doi-access=free |language=en }}</ref><ref name=":4">{{Cite journal |vauthors=Liu M, Zeng X, Ma C, Yi H, Ali Z, Mou X, Li S, Deng Y, He N |display-authors=3 |title=''Injectable hydrogels for cartilage and bone tissue engineering'' |journal=Bone research |volume=5 |issue=1 |pages=17014 |date=12-2017 |pmid=28584674 |pmc=5448314 |doi=10.1038/boneres.2017.14 |language=en }}</ref><ref name=":5">{{Cite journal |vauthors=Pupkaite J, Rosenquist J, Hilborn J, Samanta A |title=''Injectable shape-holding collagen hydrogel for cell encapsulation and delivery cross-linked using Thiol-Michael addition click reaction'' |journal=Biomacromolecules |volume=20 |issue=9 |pages=3475–3484 |date=09-2019 |pmid=31408340 |doi=10.1021/acs.biomac.9b00769 |s2cid=199574808 |language=en }}</ref> Hidrogéis com química reversível são necessários para permitir a fluidização durante a injeção/impressão seguida pela autocura{{Ill|en||Self-healing material|nlk=true}} da estrutura original do hidrogel.<ref name="Bertsch2023">{{Cite journal |last1=Bertsch |first1=Pascal |last2=Diba |first2=Mani |last3=Mooney |first3=David J. |last4=Leeuwenburgh |first4=Sander C. G. |title=''Self-healing injectable hydrogels for tissue regeneration'' |journal=Chemical reviews |date=25-01-2023 |volume=123 |issue=2 |pages=834–873 |doi=10.1021/acs.chemrev.2c00179 |pmid=35930422 |pmc=9881015 |language=en }}</ref>
* Investigar funções biomecânicas celulares combinadas com microscopia holotomográfica{{Ill|en||Holotomography|nlk=true}}
* Fornece absorção, descamação e desbridamento de tecido necrótico e fibrótico
* Andaimes de [[engenharia de tecidos]]. Quando usados como suportes, os hidrogéis podem conter células humanas para reparar tecidos. Eles imitam o microambiente tridimensional (''3D'') das células.<ref>{{Cite journal |vauthors=Mellati A, Dai S, Bi J, Jin B, Zhang H |display-authors=3 |year=2014 |title=''A biodegradable thermosensitive hydrogel with tuneable properties for mimicking three-dimensional microenvironments of stem cells'' |journal=RSC Adv. |volume=4 |issue=109 |pages=63951–63961 |bibcode=2014RSCAd...463951M |doi=10.1039/C4RA12215A |issn=2046-2069 |language=en }}</ref> Os materiais incluem [[agarose]], metilcelulose{{Ill|en||Methyl cellulose|nlk=true}}, [[Ácido hialurônico|hialuronano]], polipeptídeos semelhantes à elastina{{Ill|en||Elastin-like polypeptides|nlk=true}} e outros polímeros derivados naturalmente.
* Sistemas de distribuição de medicamentos{{Ill|en||Drug delivery|nlk=true}} de liberação sustentada. A força iônica, o ''pH'' e a temperatura podem ser usados como fatores desencadeantes para controlar a liberação do medicamento.<ref>{{Cite journal |vauthors=Malmsten M, Bysell H, Hansson P |date=2010-12-01 |title=''Biomacromolecules in microgels — Opportunities and challenges for drug delivery'' |journal=Current opinion in Colloid & Interface Science |volume=15 |issue=6 |pages=435–444 |doi=10.1016/j.cocis.2010.05.016 |issn=1359-0294 |language=en }}</ref>
* Revestimento/substituição de janelas: Hidrogéis estão sendo considerados para reduzir a absorção de luz infravermelha em 75%.<ref>{{Cite web |last=Irving |first=Michael |date=2022-08-31 |title=''Hydrogel glass windows let in more light and less heat'' |url=https://newatlas.com/materials/hydrogel-glass-windows-more-light-less-heat/ |access-date=2022-09-26 |website=New atlas |language=en-US }}</ref> Outra abordagem reduziu a temperatura interior usando um hidrogel responsivo à temperatura{{Ill|en||Smart glass|nlk=true}}.<ref>{{Cite journal |last1=Miller |first1=Brittney J. |title=''How smart windows save energy'' |journal=Knowable magazine |date=08-06-2022 |doi=10.1146/knowable-060822-3 |url=https://knowablemagazine.org/article/technology/2022/how-smart-windows-save-energy |doi-access=free |access-date=15-07-2022 |language=en }}</ref>
* Geração de eletricidade termodinâmica: Quando combinado com íons permite a dissipação de calor para dispositivos eletrônicos e baterias e converte a troca de calor em uma carga elétrica.<ref>{{Cite web |date=22-04-2020 |title=''A new way to cool down electronic devices, recover waste heat'' |url=https://phys.org/news/2020-04-cool-electronic-devices-recover.html |access-date=23-04-2020 |website=Phys.org |language=en }}</ref>
* Explosivos de gel de água{{Ill|en||Water gel explosive|nlk=true}}
* Liberação controlada de agroquímicos (pesticidas e fertilizantes)
* Materiais de absorção de choque de Talin{{Ill|en||Talin (protein)|nlk=true}} - hidrogéis à base de proteínas que podem absorver impactos supersônicos<ref>{{Cite web |last=Lavars |first=Nick |date=2022-12-15 |title=''New protein-based armor material can withstand supersonic impacts'' |url=https://newatlas.com/materials/protein-based-armor-material-withstand-supersonic-impacts/ |access-date=2022-12-25 |website=New atlas |language=en-US }}</ref>

=== Biomateriais ===
Hidrogéis implantados ou injetados têm o potencial de apoiar a regeneração tecidual por meio de suporte mecânico de tecido, distribuição localizada de medicamentos ou células, imunomodulação{{Ill|en||Immunomodulation|nlk=true}} ou recrutamento celular local, ou encapsulamento de nanopartículas para terapia fototérmica{{Ill|en||Photothermal therapy|nlk=true}} ou [[braquiterapia]] local.<ref name="Bertsch2023"/> Os sistemas poliméricos de administração de medicamentos superaram desafios devido à sua biodegradabilidade, biocompatibilidade e antitoxicidade.<ref>{{Cite journal |vauthors=Tang Y, Heaysman CL, Willis S, Lewis AL |title=''Physical hydrogels with self-assembled nanostructures as drug delivery systems'' |journal=Expert opinion on Drug delivery |volume=8 |issue=9 |pages=1141–1159 |date=09-2011 |pmid=21619469 |doi=10.1517/17425247.2011.588205 |s2cid=24843309 |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |vauthors=Aurand ER, Lampe KJ, Bjugstad KB |title=''Defining and designing polymers and hydrogels for neural tissue engineering'' |journal=Neuroscience research |volume=72 |issue=3 |pages=199–213 |date=03-2012 |pmid=22192467 |pmc=3408056 |doi=10.1016/j.neures.2011.12.005 |language=en }}</ref> Materiais como [[colágeno]], quitosana, [[celulose]] e poli(ácido láctico-co-glicólico) foram implementados extensivamente para distribuição de medicamentos a órgãos como olhos,<ref>{{Cite journal |vauthors=Ozcelik B, Brown KD, Blencowe A, Daniell M, Stevens GW, Qiao GG |display-authors=3 |title=''Ultrathin chitosan-poly(ethylene glycol) hydrogel films for corneal tissue engineering'' |journal=Acta biomaterialia |volume=9 |issue=5 |pages=6594–6605 |date=05-2013 |pmid=23376126 |doi=10.1016/j.actbio.2013.01.020 |language=en }}</ref> nariz, rins,<ref>{{Cite journal |vauthors=Gao J, Liu R, Wu J, Liu Z, Li J, Zhou J, Hao T, Wang Y, Du Z, Duan C, Wang C |display-authors=3 |title=''The use of chitosan based hydrogel for enhancing the therapeutic benefits of adipose-derived MSCs for acute kidney injury'' |journal=Biomaterials |volume=33 |issue=14 |pages=3673–3681 |date=05-2012 |pmid=22361096 |doi=10.1016/j.biomaterials.2012.01.061 |language=en }}</ref> pulmões,<ref>{{Cite journal |vauthors=Otani Y, Tabata Y, Ikada Y |title=''Sealing effect of rapidly curable gelatin-poly (L-glutamic acid) hydrogel glue on lung air leak'' |journal=The annals of thoracic surgery |volume=67 |issue=4 |pages=922–926 |date=04-1999 |pmid=10320229 |doi=10.1016/S0003-4975(99)00153-8 |doi-access=free |language=en }}</ref> intestinos,<ref>{{Cite journal |vauthors=Ramdas M, Dileep KJ, Anitha Y, Paul W, Sharma CP |display-authors=3| title=''Alginate encapsulated bioadhesive chitosan microspheres for intestinal drug delivery'' |journal=Journal of Biomaterials applications |volume=13 |issue=4 |pages=290–296 |date=04-1999 |pmid=10340211 |doi=10.1177/088532829901300402 |s2cid=31364133 |language=en }}</ref> pele<ref>{{Citation |vauthors=Liu X, Ma L, Mao Z, Gao C |veditors=Jayakumar R, Prabaharan M, Muzzarelli RA |title=Chitosan-based biomaterials for tissue repair and regeneration |date=2011 |work=Chitosan for biomaterials II |pages=81–127 |series=Advances in polymer science |volume=244 |publisher=Springer Berlin Heidelberg |language=en |doi=10.1007/12_2011_118 |isbn=978-3-642-24061-4 }}</ref> e cérebro. Os trabalhos futuros centram-se na redução da toxicidade, na melhoria da biocompatibilidade e na expansão das técnicas de montagem.<ref>{{Cite journal |vauthors=Wu ZL, Gong JP |date=06-2011 |title=''Hydrogels with self-assembling ordered structures and their functions'' |journal=NPG Asia Materials |language=en |volume=3 |issue=6 |pages=57–64 |doi=10.1038/asiamat.2010.200 |issn=1884-4057 |doi-access=free }}</ref>

Os hidrogéis têm sido considerados veículos para distribuição de medicamentos.<ref>{{Cite journal |vauthors=Kim J, Yaszemski MJ, Lu L |title=''Three-dimensional porous biodegradable polymeric scaffolds fabricated with biodegradable hydrogel porogens'' |journal=Tissue engineering. Part C, Methods |volume=15 |issue=4 |pages=583–594 |date=12-2009 |pmid=19216632 |pmc=2819712 |doi=10.1089/ten.TEC.2008.0642 |language=en }}</ref><ref name=":3"/><ref name=":4"/><ref name=":5"/> Eles também podem ser feitos para imitar tecidos da mucosa animal para serem usados para testar propriedades mucoadesivas.<ref>{{Cite journal |vauthors=Cook MT, Smith SL, Khutoryanskiy VV |date=10-2015 |title=''Novel glycopolymer hydrogels as mucosa-mimetic materials to reduce animal testing'' |journal=Chemical communications |volume=51 |issue=77 |pages=14447–14450 |doi=10.1039/C5CC02428E |pmid=26221632 |doi-access=free |language=en }}</ref><ref>{{Cite journal |vauthors=Cook MT, Khutoryanskiy VV |date=11-2015 |title=''Mucoadhesion and mucosa-mimetic materials--A mini-review'' |journal=International Journal of Pharmaceutics |volume=495 |issue=2 |pages=991–998 |doi=10.1016/j.ijpharm.2015.09.064 |pmid=26440734 |hdl-access=free |hdl=2299/16856 |language=en }}</ref> Eles foram examinados para uso como reservatórios na administração tópica de medicamentos{{Ill|en||Topical drug delivery|nlk=true}}; particularmente drogas iônicas, administradas por [[iontoforese]].

== Notas ==
{{Reflist|group=lower-alpha}}

== Referências ==
{{Reflist}}
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[[Categoria:Química]]
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