RAZISKAVE IN RAZVOJ 42 ¡ | Poletje 2023 | 29 | L Papir za revijo PAPIR je prispevala papirnica Goričane, tovarna papirja Medvode, d.d. Sora matt 90 g/m 2 za notranjost in Sora mat plus 150 g/m 2 za naslovnico. Biorazgradljivi celulozni hidrogeli – materiali prihodnosti Biodegradable hydrogels – materials of the future IZVLEČEK Hidrogeli spadajo v skupino tridimenzionalnih polimernih materialov, ki lahko absorbirajo in sproščajo velike količine vode na reverzibilen način kot odziv na okoljske dražljaje. Imajo širok potencial uporabe v prehrani, biomaterialih, kmetijstvu itd. Glede na njihov izvor jih delimo na hidrogele narejene iz naravnih polimerov in na hidrogele, pripravljene iz sintetičnih polimerov. Med najpomembnejšimi naravnimi hidrogeli, ki se danes precej pogosto uporabljajo, so hidrogeli na osnovi celuloze, ki jih sintetiziramo bodisi iz čiste celuloze, celuloznih kompozitov oziroma celuloznih hibridnih hidrogelov. Med najpogosteje uporabljenimi derivati celuloze za sintezo takih hidrogelov so karboksimetil celuloza, hidroksietil celuloza ali hidroksipropil celuloza. Po navadi so zamreženi z dikarboksilnimi kislinami (npr. citronsko kislino). Sinteza hidrogelov iz nativne celuloze je veliko bolj zahtevna predvsem zaradi slabe topnosti celuloznih vlaken v običajnih topilih. Večina uporabljenih karboksilnih kislin je biorazgradljiva. Ključne besede: hidrogeli, delitev hidrogelov, reakcija zamreževanja, naravni hidrogeli, celulozni hidrogeli ABSTRACT Hydrogels are three-dimensional macromolecular networks that are able to absorb and release large amounts of water in a reversible manner in response to certain environmental stimuli. Hydrogels can be divided into those made from natural polymers and those made from synthetic polymers, depending on their origin. Among the most important natural hydrogels are cellulose- based hydrogels. These include pure cellulose, cellulose composites and cellulose-hybrid hydrogels. Hydrogels have a wide range of potential applications in food, biomaterials, agriculture, etc. Nowadays, hydrogels based on cellulose derivatives are quite widely used. Carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose or hydroxypropyl cellulose are among the most commonly used cellulose derivatives for the synthesis of such hydrogels. They are usually cross-linked with dicarboxylic acids (e.g. citric acid). Most of the carboxylic acids used are compatible with the natural environment. On the other hand, both physical and chemical hydrogels are known as? hydrogels made from native cellulose. The formation of hydrogels based on native cellulose is much more challenging, mainly due to the poor solubility of cellulose fibres in conventional solvents. Keywords: hydrogels, hydrogel classification, crosslinked networks, natural hydrogels, cellulose-based hydrogels Jan HOČEVAR 1 , Romana CERC KOROŠEC 1 , Jernej ISKRA* ,1, 2 Uvod 1 Definicija hidrogelov 1.1 Razvoj znanosti prinaša tudi pojav in uporabo novih materialov z namenom izboljšanja načina življenja. Z željo po naprednejšem zdravljenju bolezni, izboljšanju tekstilnih materialov in modernejši obliki kmetijstva so ra- ziskovalci začeli razvijati pametne materiale, ki omogočajo vrsto apli- kacij. Mednje lahko uvrstimo tudi hidrogele. Ti so zavidanja vreden pomen dosegli prav zaradi svoje raznovrstne uporabnosti šele v zadnjih petdesetih letih (Slika 1). 1 Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Univerza v Ljubljani, jernej.iskra@fkkt.uni-lj.si; 2 RGA raziskovalna genetika in agronomija, d.o.o. Slika 1: Letno število člankov, ki omenjajo celulozne hidrogele [1]. / Figure 1: Number of articles that mention cellulose hydrogels per year [1]. Hidrogeli spadajo v skupino polimernih materialov z zamreženimi polimernimi verigami. Hidrofilne funkcionalne skupine in primerno ve- liki prostori med verigami omogočajo vezavo večjih množin vode. Kapaciteta vode, ki je vključena v hidrogelsko strukturo, mora biti naj- manj 10 % glede na celotno težo oziroma volumen hidrogela [2]. V nekaterih primerih je količina vode lahko celo 1000-kratnik teže tri- dimenzionalne polimerne strukture brez vezane vode. Hidrogeli ob stiku z vodo nabreknejo, ne da bi se v njej raztapljali (Slika 2). Nabrekanje hidrogela je precej odvisno od intermolekularnih interak- Raziskujemo in razvijamo R RAZISKAVE IN RAZVOJ 43 ¡ | Poletje 2023 | 29 | L Papir za revijo PAPIR je prispevala papirnica Goričane, tovarna papirja Medvode, d.d. Sora matt 90 g/m 2 za notranjost in Sora mat plus 150 g/m 2 za naslovnico. Slika 2: Zamreževanje polimernih materialov in absorpcija vode (prirejeno po [3]). / Figure 2: Polymer cross-linking and water absorption (adopted from [3]). Slika 3: Primeri uporabe hidrogelov ([10], [11], [12], [13], [14], [15], [16]) / Figure 3: Examples of hydrogel use ([10], [11], [12], [13], [14], [15], [16]) cij polimera in vode ter elastične sile polimernih verig, ki nabre- kanju nasprotujejo. Pri hidrataciji polimernega materiala se voda naj- prej veže na polimer, saj so interakcije med molekulami vode in hidrofilnimi predeli polimera precej močne. Hidrofilnost hidrogela dodatno poveča prisotnost hidrofilnih funkcionalnih skupin, denimo - NH 2 , -COOH, -OH, -CONH 2 , -CONH in -SO 3 H, ki se jih uvede v struk- turo zamreževalcev ali z dodatno funkcionalizacijo [2]. Uporaba hidrogelov 1.2 Hidrogeli se uporabljajo na različnih področjih (farmacija, agrono- mija, materiali …). Zanimivi so pametni hidrogeli, ki se uporabljajo predvsem na področju farmacevtske industrije in v biomedicinske na- mene [4] (Slika 3). Zaradi večje količine vključene vode imajo hidrogeli veliko stopnjo fleksibilnosti, ki omogoči združljivost z naravnimi tkivi ter odpre možnost vgradnje zdravil in hranil [5]. Vezava snovi v hidro- gelsko strukturo sicer ni najenostavnejša, ima pa velik potencial zaradi možnega transporta hidrogela do tarčnega mesta v telesu in tarčnega sproščanja ali doziranja [65]. Proces je možen ravno zaradi velike ob- čutljivosti hidrogelov na spremembo različnih kemijskih, biokemijskih oziroma fizikalnih parametrov, denimo pH-vrednosti, temperature, tlaka in koncentracije določenega metabolita. Prav zato jih velikokrat imenujemo tudi hidrogeli, ki so občutljivi na okolico. Pogosto se hidro- gele uporablja tudi kot biosenzorje, kot na primer za glukozo, antigene in različne encime [7]. Še več, hidrogeli se pogosto uporabljajo pri 3D-tisku v biomedicinske namene. Hidrogeli na osnovi naravnih ma- terialov delujejo kot prenosni in biokompatibilni senzorji napetosti za zaznavanje gibanja človeškega telesa [8]. Na biomedicinskem področju so hidrogeli uporabni tudi pri oskrbi ran, odlično nadomeščajo manj- kajoče tkivo, vpijejo gnoj, bakterije in toksične sestavine iz rane [9] (Slika 3). Poleg omenjenega vzdržujejo hidrogeli stalno vlažnost v okolici rane in s tem spodbujajo rast celic [17]. Omogočajo tudi dobro zaščito pred sekundarno okužbo, manj pogosto in neboleče povezovanje oblog brez poškodb novega tkiva ter pospešijo in izboljšajo celjenje kroničnih ran. Zelo zanimiva je uporaba hidrogelov pri proizvodnji mehkih kon- taktnih leč, ki se popolnoma prilagodijo očesnemu zrklu in omogočajo dostop kisika do roženice [18]. V zgodnjih osemdesetih letih minulega stoletja se je uporaba hidrogelov razširila tudi na področje kmetijstva, saj z njimi povečamo količino vode v zemlji. Po drugi strani pa se tako zmanjša potreba po pogostem zalivanju rastlin in s tem zmanjšuje ero- zija zemlje. Poleg navedenega se izkaže, da lahko hidrogeli predstav- ljajo bariero za insekticide, fungicide in herbicide [19], [20]. Zanimiva je uporaba hidrogelov v tekstilni industriji, kjer se razvija posebna vrsta tekstila za izdelavo oblačil, ki bi se prilagajala temperaturi človeškega telesa prek uravnavanja vlage [21]. Poleg vsega opisanega je uporaba hidrogelov precej pogosta v biotehnologiji, bioseparaciji, proizvodnji olja in kozmetični industriji [22]. Po drugi strani je uporabnost hidro- gelov nekoliko omejena predvsem zaradi njihove visoke cene in majh- ne mehanske trdnosti [23]. Vrste in lastnosti hidrogelov 1.3 Strukturo hidrogela in njegove lastnosti (stopnjo hidratacije, me- hanske lastnosti, permeabilnost in biokompatibilnost) določata struk- tura izbranega polimera in premreževalca kot tudi način polimerizacije (Slika 4). Glede na urejenost gradnikov v hidrogelu poznamo amorfne, kjer pri razporeditvi teh ni reda dolgega dosega, kristalinične in semikrista- linične hidrogele. Glede na vrsto premreženja pa jih delimo na fizikalne in kemijske, ki se razlikujejo v načinu povezovanja posameznih poli- Raziskujemo in razvijamo R RAZISKAVE IN RAZVOJ 44 ¡ | Poletje 2023 | 29 | L Papir za revijo PAPIR je prispevala papirnica Goričane, tovarna papirja Medvode, d.d. Sora matt 90 g/m 2 za notranjost in Sora mat plus 150 g/m 2 za naslovnico. mernih verig. Hidrogele lahko pripravimo v različnih oblikah, kar je od- visno od namena uporabe. Tako poznamo hidrogele v obliki matriksa, filma oziroma mikrosfere, obliko hidrogela pa lahko nadzorujemo prek načina polimerizacije. Glede na naboj verige hidrogele delimo na neionske, ionske in amfoterne polielektrolite (vsebujejo tako kisle kot tudi bazične skupine) oziroma ione dvojčke. Kot je razvidno s Slike 4, lahko za sintezo hidrogelov uporabimo tako naravne kot sintetične polimerne materiale; poleg teh pa pozna- mo tudi tako imenovane hibridne hidrogele, kjer gre za kombinacijo uporabe tako naravnih kot sintetičnih polimerov [23]. Trenutno so najpogosteje uporabljani poliakrilatni hidrogeli; danes pa se zaradi prehoda v krožno gospodarstvo daje več poudarka na hi- drogelih na osnovi naravnih polimerov. Hidrogeli na osnovi naravnih molekul 1.4 Hidrogeli na osnovi naravnih molekul bazirajo predvsem na biopo- limerih, ki izvirajo iz naravnih virov (rastline, živali, mikroorganizmi) [24]. Bistvo naravnih hidrogelov je v njihovi biokompatibilnosti in fizi- kalno-kemijskih lastnostih ter obnašanju teh v specifičnih fizioloških pogojih. Njihovo uporabnost omejuje bojazen, da bi prišlo do prenosa nalezljive bolezni iz polimernega materiala naravnega izvora [25]. Za tovrstne hidrogele sta značilni nižja stabilnost in slabša mehanska od- pornost, kar omejuje uporabo teh na biomedicinskem področju. Naravne hidrogele razdelimo v tri ključne skupine – proteinske, poli- saharidne in hidrogele, ki izvirajo iz zunajceličnega matriksa (Slika 5). Zaradi biokompatibilnosti se naravni hidrogeli uporabljajo v kmetijstvu [26], prehranski industriji [27] in medicini [28]. Tovrstni hidrogeli so na- mreč primerni za številne biomedicinske aplikacije, še posebej zato, ker naravni polimeri velikokrat sodelujejo pri različnih celičnih funkci- jah, lastnosti in struktura naravnih hidrogelov pa so precej podobne mehkemu tkivu. Manipulacija z naravnimi polimeri je precej zahteven proces, kar je ena izmed ključnih slabosti naravnih hidrogelov. Njihov potencial pa je velik, saj se npr. naravni hidrogeli na osnovi beljakovin naravnega tkiva lahko uporabijo za pripravo ustreznih matrik za celično dostavo na področju tkivnega inženirstva in regenerativne medicine [29]. Celulozni hidrogeli 1.5 Ena izmed pomembnejših skupin naravnih materialov za tvorbo hi- drogelov so polisaharidi, kamor uvrščamo glikozaminoglikane (npr. hia- luronsko kislino), alginat, hitozan in celulozo oziroma njene derivate (Slika 6). Celuloza je linearna makromolekula, v kateri so monosaharidne glukozne enote povezane z � -1-4 glikozidno vezjo. Hidrogeli na osnovi celuloze imajo dokaj visoko stopnjo absorpcije vode, visoko mehansko moč, dobro odpornost na soli, odlično biološko razgradljivost in bio- kompatibilnost [30]. Kljub temu da so celulozni hidrogeli naravni in v osnovi do okolja prijazni, se pogosto srečujemo s težavo odstranjevanja presežne količine polifunkcionalnega zamreževalnega reagenta iz strukture hidrogela. Ti so namreč pogosto precej toksični in v primeru dolgotrajnejših sintez hidrogelov ostajajo prisotni v manjših količinah v končnem materialu [31]. Celulozni hidrogeli so večinoma sintetizirani iz celuloznih derivatov (karboksimetil celuloze – CMC, hidroksietil celuloze – HEC, hidroksi- propil celuloze – HPC …) (Slika 7), saj so lažje topni in bolj hidrofilni od celuloze. Pri sintezi celuloznih hidrogelov je osnovna celulozna po- limerna veriga že sestavljena, treba jo je le zamrežiti. Hidrogeli na osnovi celuloznih derivatov 1.5.1 Za sintezo hidrogelov najpogosteje uporabljamo celulozni derivat, tj. natrijevo sol karboksimetilceluloze (NaCMC). Kot zamreževalec po- gosto vzamemo etilen glikol diglicidil eter (EGDE) (Tabela 1) [32]. Gre Slika 4: Delitev hidrogelov. / Figure 4: Division of hydrogels. Slika 5: Delitev naravnih hidrogelov. / Figure 5: Natural hydrogels. Slika 6: Strukturne enote naravnih polisaharidnih hidrogelov. / Figure 6: Structural units of natural polysaccharide hydrogels. Raziskujemo in razvijamo R RAZISKAVE IN RAZVOJ 45 ¡ | Poletje 2023 | 29 | L Papir za revijo PAPIR je prispevala papirnica Goričane, tovarna papirja Medvode, d.d. Sora matt 90 g/m 2 za notranjost in Sora mat plus 150 g/m 2 za naslovnico. za molekulo z dvema epoksidnima funkcionalnima skupina na obeh koncih. Epoksidni obroč je zelo reaktivna skupina, s katero lahko CMC tvori etrsko vez. Reakcije zamreževanja celuloznih derivatov s pomočjo EGDE se izvajajo v vodni raztopini NaOH. Tako sintetizirani hidrogeli so v uporabi predvsem v medicinskih aplikacijah. Z EGDE zamrežen NaCMC hidrogel omogoča nadzorovano sproščanje nesteroidnega protivnetnega zdravila (natrijev diklofenak) v telesu [32]. EGDE se naj- večkrat sicer uporablja pri zamreževanju kolagena in gelatina. Strukturo celuloznega derivata lahko zamrežimo tudi s krajšim za- mreževalnim reagentom kot na primer epiklorohidrinom [33], ki je ba- zično kataliziran zamreževalni reagent in se pogosto uporablja za zamreževanje ogljikovih hidratov in polisaharidov [34]. Tako sintetizi- rane hidrogele so uporabili za vezavo ionov težkih kovin (na primer Pb 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ ) in posledično za čiščenje odpadnih vod [35]. Tovrstni hidrogeli absorbirajo bistveno več vode kot zamreženi z EGDE. Poleg omenjenega v strokovni literaturi zasledimo možnost zamre- ževanja celuloznih derivatov HEC in NaCMC s pomočjo divinil sulfona [36], [37]. Ta spada med bolj pogosto uporabljene zamreževalne rea- gente predvsem zaradi svoje reaktivnosti, stabilnosti, vodotopnosti in cene. Uporablja se pri široki paleti materialov, ki jih zamrežujemo, še zlasti naravnih polisaharidih (celuloza, dekstran, agaroza in hialuronska kislina). Tako zamreženi hidrogeli so v uporabi predvsem v aplikacijah, povezanih z nadzorovanim sproščanjem zdravil v telesu, biokompati- bilnimi materiali za biomedicinske aplikacije in kromatografskih apli- kacijah [38]. V glavnem gre za aplikacije, pri katerih si ne želimo zelo visoke stopnje absorpcije. Pri zamreževanju CMC se uporabljajo naravne polikarboksilne ki- sline (na primer citronska kislina) (Slika 8). Zaradi svoje biorazgradljivosti in netoksičnosti pa tovrstni CMC-hidrogeli predstavljajo velik potencial za uporabo v številnih aplikacijah. Z zamreževalnimi reagenti na osnovi polikarboksilnih kislin pogosto zamrežujemo tudi mešanico celuloznih derivatov, še zlasti HEC in NaCMC. Hidrogelom na osnovi omenjene mešanice se stopnja absorpcije vode bistveno poveča v primerjavi s kla- sičnimi CMC-hidrogeli [40]. Izkaže se, da je CMC-hidrogel mogoče še dodatno modificirati, in sicer z uporabo tako imenovanih mrežnih modifikatorjev (polietilen gli- kol ali polivinil alkohol), ki se dodajo med sintezo (Slika 9). Nastala struktura je značilna za tako imenovane hibridne polimerne hidrogele. Hidrogeli na osnovi nativne celuloze 1.5.2 Hidrogeli na osnovi nativne celuloze omogočajo neposredno pret- vorbo celuloze v hidrogel brez njene predhodne modifikacije in s tem hitrejše kroženje v naravi (Slika 10). Raztapljanje celuloze 1.5.3 Slaba topnost celuloze predstavlja glavno oviro za njeno pretvorbo. V vodnem mediju, v katerem po navadi poteka sinteza hidrogelov, ni topna. Zato je v primeru tovrstne sinteze nujna uporaba ustreznega medija za raztapljanje celuloze, ki je lahko na vodni osnovi ali na osnovi organskega topila (Tabela 2) [41]. Kot je razvidno iz Tabele 2, med vodna topila uvrščamo predvsem vodne raztopine anorganskih soli [41]. Med vodnimi mediji je najbolj priljubljen medij sestavljen iz desti- lirane vode in natrijevega hidroksida ob prisotnosti sečnine oziroma tiosečnine [42]. Medij s tako sestavo predstavlja koncept »zelenega« raztapljanja celulozne vlaknine [43]. Najpogosteje uporabljen sistem za raztapljanje celuloze med or- ganskimi mediji je raztopina DMAC/LiCl [45]. Tega se velikokrat nado- mešča z medijem, ki je sestavljen iz LiCl in N-metil-2-pirolidona (NMP) [46], čeprav sta oba topila problematična s stališča toksičnosti. Precej pogosto je v uporabi tudi zmes DMSO/TBAF, v kateri ima osrednjo vlogo negativno nabit fluoridni ion. Ta igra vlogo akceptorja vodikovih vezi, pri čemer pride do podrtja celulozne strukture, ki bazira na mo- Slika 7: Strukturne enote glavnih celuloznih derivatov. / Figure 7: Structural units of major cellulose derivatives. Tabela 1: Pregled zamreževalnih reagentov za hidrogele na osnovi NaCMC [39] / Table 1: Overview of cross-linking reagents for cellulosic materials [39] Slika 8: CMC-hidrogel, zamrežen s citronsko kislino. / Figure 8: CMC-hydrogel cross-linked with citric acid. Tip reakcije Zamreževalni reagent Struktura zamreževalnega reagenta Absorpcija vode [g/g hidrogela] eterifikacija epiklorohidrin (ECH) 725 etilen glikol diglicidil eter (EGDE) 250 divinil sulfon (DVS) 16 Slika 9: Zamrežena struktura CMC s citronsko kislino in polietilen glikolom. / Figure 9: CMC cross-linked structure with citric acid and polyethylene glycol. Raziskujemo in razvijamo R RAZISKAVE IN RAZVOJ 46 ¡ | Poletje 2023 | 29 | L Papir za revijo PAPIR je prispevala papirnica Goričane, tovarna papirja Medvode, d.d. Sora matt 90 g/m 2 za notranjost in Sora mat plus 150 g/m 2 za naslovnico. čnih vodikovih vezeh in posledično njenega raztapljanja [47]. Zelo pri- ročen medij za raztapljanje celulozne vlaknine predstavljajo ionske te- kočine, v katerih pride velikokrat do razgradnje celulozne verige na krajše celulozne enote oziroma celo do glukoze. Poleg omenjenega se pogosto pri raztapljanju celulozne vlaknine uporablja N-metilmorfo- lin-N-oksid (NMMO), ki omogoča nastanek regenerirane celulozne vlaknine, filmov, embalaž za prehrano in membran, brez sočasne tvor- be nevarnih stranskih proizvodov v celulozni raztopini. Za razliko od reakcij na celuloznih derivatih, ki potekajo večinoma pri sobnih pogojih, potekajo reakcije zamreževanja na nesubstituirani celulozi med –10 °C in 150 °C, kar je predvsem posledica kompleksnih pogojev, ki jih je treba doseči ob raztapljanju celuloze. Tako kot celulozne derivate lahko tudi celulozo zamrežimo z epi- klorhidrinom. Potek reakcije zamreževanja s tovrstnim zamreževalnim reagentom je precej podoben tistemu pri celuloznih derivatih, razlika je le v dodatnem koraku raztapljanja celuloze. Poleg omenjenega se izvaja zamreževanje celuloze tudi z zamreže- valnim reagentom 1,2,3,4-butantetrakarboksilni dianhidrid (BTCA) (Tabela 3). Gre za molekulo, ki ima v svoji strukturi dva ciklična kislinska anhidrida, zato hitro reagira z določeno funkcionalno skupino [48]. Omenjena kislinska anhidrida se pri reakciji s celulozo odpreta, pri čemer nastaneta prosti karboksilatni skupini, ki nadalje zreagirata s hi- droksilno skupino na celulozi. Za uspešen potek reakcije je treba reak- cijski mešanici dodati katalizator DMAP. Tako sintetizirani hidrogeli omogočajo absorpcijo dokaj velike količine vode in posledično upo- rabnost pri številnih aplikacijah. Celulozne hidrogele s podobno sintezno potjo in podobnimi last- nostmi kot ravnokar opisani je možno sintetizirati tudi v primeru upo- rabe sukcinskega anhidrida kot zamreževalnega reagenta [49]. Glede na obravnavano literaturo imajo tako dobljeni hidrogeli dobre lastnosti, vendar je njihova absorptivnost vode nekoliko nižja od tiste, ki jo za- sledimo pri komercialnih hidrogelih ali hidrogelih na osnovi celuloznih derivatov. Absorpcijske lastnosti so sicer primerljive tistim, kakršne do- bimo v primeru zamreževanja z BTCA. Precej pogosta je uporaba glutaraldehida, ki se v procesu zamreže- vanja uporablja predvsem zaradi njegove enostavne uporabe, nizke cene, visoke reaktivnosti, visoke topnosti v vodnih raztopinah, nizke toksičnosti in dovolj velike zamreževalne učinkovitosti [51]. Predstavljeni načini zamreževanja celuloze temeljijo na reakcijah etrenja oziroma estrenja. Celulozo lahko pretvorimo tudi v celulozni akrilat, ki ga z radikalsko polimerizacijo nato zamrežimo. Zaradi speci- fičnih lastnosti akril klorida je treba tovrstne sinteze izvajati v povsem brezvodnem mediju [52]. Večina od predstavljenih zamreževalnih reagentov ni biokompati- bilnih in razgradljivih. Še več, nekateri so celo toksični. Prav zaradi tega se tudi pri zamreževanju celuloze vedno bolj stremi k uporabi naravnih, netoksičnih in razgradljivih reagentov. V strokovni literaturi je moč za- slediti predvsem reakcije vezave dikarboksilne kisline na celulozno ve- rigo (na primer citronsko kislino), ne pa reakcije zamreževanja te. V laboratoriju raziskujemo sintezo celuloznih hidrogelov neposredno iz celuloze z naravnimi dikarboksilnimi kislinami, saj imamo na ta način možnosti sinteze zanimivih hidrogelov iz naravnih molekul. Literatura [1] ScienceDirect: https://www.sciencedirect.com/search?qs=Cellulose%20 hydrogels (uporabljeno 25. 3. 2023). [2] Bahram, M.; Mohseni, N.; Moghtader, M.: An Introduction to Hydrogels and Some Recent Applications. V: Emerging Concepts in Slika 10: Od odpadne biomase do okolju prijaznih hidrogelov / Figure 10: From waste biomass to environmentally friendly hydrogels. Tabela 2: Primeri medijev za raztapljanje celulozne vlaknine [44] / Table 2: Examples of aqueous and non-aqueous media for dissolving cellulose fibre [44] Vrsta medija Primeri medijev vodni mediji alkalna vodna raztopina (NaOH/sečnina, NaOH/tiosečnina/sečnina) anorganski kovinski kompleksi ([Cd(H 2 N(CH 2 )2NH 2 ) 3 ](OH) 2 , [Ni(NH 3 ) 6 ](OH) 2 , [Cu(NH 3 ) 4 ](OH) 2 koncentrirane raztopine anorganskih soli (MgCl 2 ∙6H 2 O, LiCl∙5H 2 O, LiCO 4 ∙3H 2 O, ZnCl 2 ∙4H 2 O) kisle vodne raztopine (klorovodikova kislina, fosforjeva kislina, raztopina mešanih kislin) nevodni mediji N,N-dimetilacet amid/litijev klorid (DMAC/LiCl) DMSO/TBAF N-metilmorfolin-N-oksid (NMMO) ionske tekočine (na osnovi imidazolijevih, piridinijevih, amonijevih in fosfonijevih ionov) Tabela 3: Pregled zamreževalnih reagentov za celulozne materiale [39] / Table 3: Overview of cross-linking reagents for cellulosic materials [39] Tip reakcije Zamreževalni reagent Struktura zamreževalnega reagenta Absorpcija vode [g/g hidrogela] eterifikacija 1, 2, 3, 4- butantetra- karboksilni dianhidrid (BTCA) 308 [48] sukcinski anhidrid (SA) 350 [49] akrilni klorid 125 [50] Raziskujemo in razvijamo R RAZISKAVE IN RAZVOJ 47 ¡ | Poletje 2023 | 29 | L Papir za revijo PAPIR je prispevala papirnica Goričane, tovarna papirja Medvode, d.d. Sora matt 90 g/m 2 za notranjost in Sora mat plus 150 g/m 2 za naslovnico. Analysis and Applications of Hydrogels: S. B. Majee (ur.), Intechopen 2016. [3] Besarab. S.: Artificial extracellular hydrogel matrix for treatment of myocardial infarction. 2021. [4] Mantha, S.; Pillai, S.; Khayambashi, P .; Upadhyay, A.; Zhang, Y.; Tao, O.; Pham, H. M.; Tran, S. D.: Smart Hydrogels in Tissue Engineering and Regenerative Medicine. Materials 2019,12, 3323. [5] Li, J.; Mooney, D. J.: Designing hydrogels for controlled drug delivery. Nat. Rev. Mater. 2016, 1, 16071. [6] Narayanaswamy, R.; Torchilin, V. P .: Hydrogels and Their Applications in Targeted Drug Delivery. Molecules 2019, 24, 1117–1150. [7] Urban, G. A.; Weiss, T.: Hydrogels for Biosensors. V: Hydrogel Sensors and Actuators: Engineering and Technology. G. Gerlach, K.-F. Arndt (ur.), Springer Berlin Heidelberg 2010, str. 197–220. [8] Cui, X.; Lee, J., Chen, W.: Eco-friendly and biodegradable cellulose hydrogels produced from low cost okara: towards non-toxic flexible electronics. Sci. Rep. 2019, 9, 18166. [9] Tavakoli, S.; Klar, A. S.: Advanced Hydrogels as Wound Dressings. Biomolecules 2020, 10, 1169. [10] https://www.opsm.co.nz/contact-lenses-advice/tips (uporabljeno 25. 3. 2023). [11] https://www.rasayanika.com/2022/07/08/pharma-chemistry-job- vacancy-2022-pg-apply-online/ (uporabljeno 25. 3. 2023). [12] https://www.ubuy.com.om/en/product/CYXYUA0-2cool-gear-cooling- vest-2xl-3xl-sizes-run-small-order-large (uporabljeno 25. 3. 2023). [13] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0928493116315223 (uporabljeno 25. 3. 2023). [14] https://www.pinterest.com/pin/cleancoresafetycore-- 348747564895251896/ (uporabljeno 25. 3. 2023). [15] https://familyrated.com/item/pampers-baby-dry- diapers/?rating=1&page=4 (uporabljeno 25. 3. 2023). [16] https://familyrated.com/item/pampers-baby-dry- diapers/?rating=1&page=4 (uporabljeno 25. 3. 2023). [17] Kanikireddy, V.; Varaprasad, K.; Jayaramudu, T.; Karthikeyan, C.; Sadiku, R.: Carboxymethyl cellulose-based materials for infection control and wound healing: A review. Int. J. Biol. Macromol. 2020, 164. [18] Zhang, J.; Qian, S.; Chen, L.; Wu, M.; Cai, Y.; Mou, X.; Feng, J.: Antifouling and antibacterial zwitterionic hydrogels as soft contact lens against ocular bacterial infections. Eur. Polym. J., 2022, 167, 111037. [19] Narjary, B.; Aggarwal, P .; Kumar, S.; Meena, M.: Significance of hydrogel and its application in agriculture. Indian farming 2013, 62, 15–17. [20] Guilherme, M. R.; Aouada, F. A.; Fajardo, A. R.; Martins, A. F.; Paulino, A. T.; Davi, M. F. T.; Rubira, A. F.; Muniz, E. C.: Superabsorbent hydrogels based on polysaccharides for application in agriculture as soil conditioner and nutrient carrier: A review. Eur. Polym. J., 2015, 72, 365–385. [21] Wang, X.; Hu, H.; Yang, Z.; He, L. Kong, Y.; Fei, B.; Xin J.; Smart hydrogel-functionalized textile system with moisture management property for skin application. Smart Mater. Struct. 2014, 23, 125027. [22] Ullah, F.; Othman, M. B. H. Javed, F.; Ahmad, Z.; Akil, H. M.: Classification, processing and application of hydrogels: A review. Mater. Sci. Eng. 2015, 57, 414–433. [23] Singh, S. K.; Dhyani, A.; Juyal, D. S.: Hydrogel: Preparation, Characterization and Applications. J. Pharm. Innov. 2017, 6, 25–32. [24] Catoira, M. C.; Fusaro, L.; Di Francesco, D.; Ramella, M.; Boccafoschi, F.: Overview of natural hydrogels for regenerative medicine applications. J. Mater. Sci.: Mater. Med. 2019, 30, 115. [25] Varghese, S. A.; Rangappa, S. M.; Siengchin, S.; Parameswaranpillai, J.: Natural polymers and the hydrogels prepared from them. V: Hydrogels Based on Natural Polymers: Y. Chen (ur.), Elsevier 2020, str. 17–47. [26] Mohamady Ghobashy, M.: The application of natural polymer-based hydrogels for agriculture. V: Hydrogels Based on Natural Polymers: Y. Chen (ur.), Elsevier 2020, str. 329–356. [27] Zhang, H.; Zhang, F.; Yuan, R.: Applications of natural polymer-based hydrogels in the food industry. V: Hydrogels Based on Natural Polymers. Y. Chen (ur.), Elsevier 2020, str. 357–410. [28] Ho, T. C.; Chang, C. C.; Chan, H. P .; Chung, T. W.; Shu, C. W.; Chuang, K. P .; Duh, T. H.; Yang, M. H.; Tyan, Y. C.: Hydrogels: Properties and Applications in Biomedicine. Molecules 2022, 27, 2902. [29] Jabbari, E.: Challenges for Natural Hydrogels in Tissue Engineering. Gels 2019, 5, 30. [30] Bashari, A.; Rohani A.; Shakeri, M.: Cellulose-based hydrogels for personal care products. Polym. Adv. Technol. 2018, 29, 2853–2867. [31] Curvello, R.; Raghuwanshi, V. S.; Garnier, G.: Engineering nanocellulose hydrogels for biomedical applications. Adv. Colloid Interface Sci. 2019, 267, 47–61. [32] Rodríguez, R.; Alvarez-Lorenzo, C.; Concheiro, A.: Cationic cellulose hydrogels: Kinetics of the cross-linking process and characterization as pH- /ion-sensitive drug delivery systems. J. Control Release 2003, 86, 253–265. [33] Alam, M. N.; Islam, M. S.; Christopher, L. P .: Sustainable Production of Cellulose-Based Hydrogels with Superb Absorbing Potential in Physiological Saline. ACS Omega 2019, 4, 9419–9426. [34] Zhou, J.; Chang, C.; Zhang, R.; Zhang, L.: Hydrogels prepared from unsubstituted cellulose in NaOH/urea aqueous solution. Macromol. Biosci. 2007, 7, 804–809. [35] Yang, S. P .; Fu, S. Y.; Liu, H.; Zhou, Y.M.; Li, X. Y.: Hydrogel Beads Based on Carboxymethyl Cellulose for Removal Heavy Metal Ions. J. Appl. Polym. Sci. 2011, 119, 1204–1210. [36] Lu, X.; Hu, Z.; Gao, J.: Synthesis and Light Scattering Study of Hydroxypropyl Cellulose Microgels. Macromolecules 2000, 33, 8698–8702. [37] Astrini, N.; Anah, L.; Haryono, A.: Crosslinking Parameter on the Preparation of Cellulose Based Hydrogel with Divynilsulfone. Procedia Chem. 2012, 4, 275–281. [38] Morales-Sanfrutos, J.; Lopez-Jaramillo, F.J.; Elremaily, M.A.; Hernández-Mateo, F.; Santoyo-Gonzalez, F.: Divinyl sulfone cross-linked cyclodextrin-based polymeric materials: synthesis and applications as sorbents and encapsulating agents. Molecules 2015, 20, 3565–3581. [39] Shen, X.; Shamshina, J.; Berton, P .; Gurau, G.; Rogers, R.: Hydrogels Based on Cellulose and Chitin: Fabrication, Properties, and Applications. Green Chem. 2015,18, 53–75. [40] Seki, Y.; Altinisik, A.; Demirciog˘lu, B.a.; Tetik, C.: Carboxymethylcellulose (CMC)-hydroxyethylcellulose (HEC) based hydrogels: Synthesis and characterization. Cellulose 2014, 21, 1689–1698. [41] Olsson, C.; Westman, G.: Cellulose (Fundamental Aspects): Direct Dissolution of Cellulose: Background, Means and Applications. T. G. M. Van de Ven (ur.), IntechOpen 2013, 143–177. [42] Walters, M.; Mando, A.; Reichert, W.; West, C.; West, K.; Rabideau, B.: The role of urea in the solubility of cellulose in aqueous quaternary ammonium hydroxide. RCS Adv. 2020, 10, 5919–5929. [43] Luo, X.; Zhang, L.: New solvents and functional materials prepared from cellulose solutions in alkali/urea aqueous system. Food Res. Int. 2013, 52, 387–400. [44] Hočevar, J.: Sinteza in karakterizacija hidrogelov, sintetiziranih iz celuloze (magistrsko delo). 2022. [45] Zhang, C.; Liu, R.; Xiang, J.; Kang, H.; Liu, Z.; Huang, Y.: Dissolution Mechanism of Cellulose in N,N-Dimethylacetamide/Lithium Chloride: Revisiting through Molecular Interactions, J. Phys. Chem. B 2014, 118, 9507–9514. [46] Zeng, W.; Li, B.; Li, H.; Li, W.; Jin, H.; Li, Y.: Mass produced NaA zeolite membranes for pervaporative recycling of spent N-Methyl-2-Pyrrolidone in the manufacturing process for lithium-ion battery. Sep. Purif. Technol. 2019, 228, 115741. [47] Östlund, Å.; Lundberg, D.; Nordstierna, L.; Holmberg, K.; Nydén, M.: Dissolution and Gelation of Cellulose in TBAF/DMSO Solutions: The Roles of Fluoride Ions and Water. Biomacromolecules 2009, 10, 2401–2407. [48] Kono, H.; Fujita, S.: Biodegradable superabsorbent hydrogels derived from cellulose by esterification crosslinking with 1,2,3,4- butanetetracarboxylic dianhydride. Carbohydr. Polym. 2012, 87, 2582–2588. [49] Yoshimura, T.; Matsuo, K.; Fujioka, R.: Novel biodegradable super absorbent hydrogels derived from cotton cellulose and succinic anhydride: Synthesis and characterization. J. Appl. Polym. Sci. 2006, 99, 3251–3256. [50] Chaiyasat, A.; Jearanai, S.; Christopher, L. P .; Alam, M. N.: Novel super absorbent materials from bacterial cellulose. Polym. Int. 2018, 68, 102–109. [51] Zainal, S. H.; Mohd, N. H.; Suhaili, N.; Anuar, F. H.; Lazim, A. M.; Othaman, R.: Preparation of cellulose-based hydrogel: a review. J. Mater. Res. Technol. 2021, 10, 935–952. [52] Qian, Y.-q.; Han, N.; Bo, Y.-w.; Tan, L.-l.; Zhang, L.-f.; Zhang, X.-x.: Homogeneous synthesis of cellulose acrylate-g-poly (n-alkyl acrylate) solid- solid phase change materials via free radical polymerization. Carbohydr. Polym. 2018, 193, 129–136. Raziskujemo in razvijamo R