fibra de hidrogel

La fibra de hidrogel se puede producir mediante electrohilado , con solidificación por evaporación del disolvente. ^{[ 3 ]} El estado fibroso se crea por la combinación de la repulsión electrostática y la tensión superficial de la solución. Sin embargo, suele ser necesario un entrecruzamiento posterior para formar una red reticulada. Una ventaja de la fibra de hidrogel electrohilada es que tiene un diámetro del orden de nm a μm, lo cual es deseable para un intercambio rápido de materia. No obstante, la utilización de una sola fibra puede ser difícil de lograr debido a la baja resistencia mecánica de la fibra microscópica y sus enredos después de la producción.

Un ejemplo de este método sería la producción de la red semi-interpretada de poliacrilamida (PAAM) desarrollada por Tahchi et al. ^{[ 3 ]} Donde la primera PAAM lineal (proporciona solidificación) se mezcló con monómero AAM (forma la red subsiguiente) y el reticulante N , N′ -metilenbisacrilamida (MBA). Durante el proceso de electrohilado, la PAAM lineal proporcionó las propiedades físicas necesarias para lograr el electrohilado, mientras que el monómero AAM y el reticulante MBA se utilizaron para formar una segunda red reticulada dentro de la fibra de PAAM. Aunque no se formó reticulación entre la primera y la segunda red, el entrelazamiento físico evitará que la PAAM lineal se filtre.

Mediante química supramolecular , la solución de pregel puede solidificarse a través de interacciones supramoleculares reversibles, como las interacciones huésped-anfitrión. ^{[ 4 ]} Dicha interacción puede manipularse mediante fuerza mecánica o temperatura. Cuando la energía ejercida sobre la red es suficientemente alta, el punto de entrecruzamiento físico se rompe y el polímero pasa a estado líquido; tras salir de la boquilla, el entrecruzamiento se forma rápidamente para solidificar la solución.

Un ejemplo sería la química huésped-anfitrión descrita por Scherman et al., donde la formación de un complejo de inclusión entre cucurbiturilo[8] y bromuro de 1-bencil-3-vinilimidazolio (BVIm) generó un punto de entrecruzamiento físico para la red. ^{[ 4 ]} La formación de este punto de entrecruzamiento físico se controla mediante la temperatura de la solución. Al calentar la solución y enfriarla rápidamente en la boquilla de extrusión, se forma la fibra de hidrogel. Posteriormente, se realiza un entrecruzamiento para formar una red permanente.

Algunos polímeros hidrofílicos pueden transformarse en fibras de hidrogel mediante el método de hilado por fusión, donde la solidificación se produce por la transición de fase desde el estado fundido. ^{[ 5 ]} De forma similar al electrohilado, la solución de pregel se mantuvo líquida en el recipiente. Tras salir de la boquilla en estado filamentoso, la fibra se solidificó al entrar en contacto con el aire ambiente frío y conservó su forma.

Un ejemplo sería el aparato de hilado por fusión construido por Long et al., donde se logra el hilado por fusión de fibras de ácido poliláctico (PLA) y policaprolactona (PCL). ^{[ 5 ]}

De forma similar a la técnica de hilado por estirado, la técnica de escritura directa con tinta utiliza la solidificación física reversible para producir fibras de hidrogel. ^{[ 6 ]} La solución de pregel se licuó mediante un proceso de adelgazamiento por cizallamiento que se puede generar añadiendo partículas microscópicas como el microgel. Después de salir de la boquilla, el hidrogel se solidificará y conservará su forma, y ​​la red se hará permanente después del entrecruzamiento.

Un ejemplo sería la producción de la fibra desarrollada por Lewis et al. ^{[ 6 ]} , donde se utilizó fibroína de seda para generar las propiedades de adelgazamiento por cizallamiento deseadas. Y la red se formó cuando posteriormente se cambió el disolvente.

Se han desarrollado muchos métodos basados ​​en dispositivos microfluídicos para producir fibras de hidrogel. ^{[ 1 ]}

Aunque solo es posible producir fibras cortas de hidrogel, también se puede lograr la producción de fibras de hidrogel polimerizando la red de hidrogel dentro de un molde tubular y expulsando la fibra con fuerza. ^{[ 9 ]} Sin embargo, la fricción aumentará con la longitud, por lo que solo son factibles las fibras cortas de hidrogel.

Un ejemplo sería la producción de fibra de poli(acrilamida- co -poli(etilenglicol) diacrilato) reportada por Yun et al. ^{[ 9 ].} La solución de pregel era una mezcla de AAM, poli(etilenglicol) diacrilato (PEGDA, reticulante) y 2-hidroxi-2-metilpropiofenona (fotoiniciador). La mezcla se inyectó en un molde tubular y posteriormente se extrajo mediante fuerza hidrostática.

Un fenómeno interesante llamado hilado autolubricado puede facilitar el desmoldeo de la fibra y permite la producción continua de fibra de hidrogel a partir de un molde tubular. ^{[ 10 ]} Durante el proceso de polimerización, si hay un segundo polímero inerte presente, este será expulsado de la red formada y podrá moverse con relativa facilidad. El polímero lineal en la superficie de la red reticulada también contiene disolvente de agua debido a la presión ósmica, por lo que se forma una capa lubricante. Por lo tanto, la fibra de polímero solidificada puede salir del tubo con una fuerza de fricción reducida y se puede lograr una producción continua.

Un ejemplo sería la producción de la fibra de hidrogel de red semi-interpenetrante PAAM/PAMPS reportada por Zhao et al . ^{[ 10 ]} La solución de pregel fue una mezcla de PAMPS, AAM, PEGDA (reticulante) y 2-hidroxi-4'-(2-hidroxietoxi)-2-metilpropiofenona (fotoiniciador). La solución de pregel se introdujo en un tubo de PTFE a velocidad constante, y se utilizó luz UV para iniciar la reacción.