हाइड्रोजेल (Hydrogels)

हाइड्रोजेल पानी सोखकर फूला हुआ जेल है, जिसमें आमतौर पर आपस में जुड़ा बहुलक जाल होता है। बहुलक (पॉलिमर) एक बड़ा अणु है, जो छोटी इकाइयों के बार-बार जुड़ने से बनता है।

क्रॉसलिंक वे जोड़ हैं, जो जाल के अलग-अलग हिस्सों को आपस में जोड़ते हैं। पानी अंदर जाकर जाल को फुलाता है, लेकिन जाल अपना आकार बनाए रखता है।

एक त्रि-आयामी जाल की कल्पना करें, जिसकी पूरी संरचना में पानी भरा है। यह उदाहरण समझाता है कि पानी से भरपूर पदार्थ और आपस में जुड़ा ढाँचा कैसे साथ रहते हैं।

इसलिए हाइड्रोजेल केवल जमा हुआ पानी नहीं है। उसका जाल उसकी मजबूती, फूलने और जेल के भीतर पदार्थों की आवाजाही को प्रभावित करता है।

नहीं। पानी की मात्रा पदार्थ और उसकी अवस्था पर निर्भर करती है। कुछ हाइड्रोजेल में लगभग 90% पानी होता है, लेकिन यह सभी हाइड्रोजेल की परिभाषा नहीं है।

अलग-अलग जाल पानी की अलग-अलग मात्रा रोककर रखते हैं। सूखते हुए जेल से भी पानी निकलता है, जिससे उसका संघटन बदलता है।

किसी दिए गए नमूने में द्रव्यमान के आधार पर पानी की मात्रा सीधे निकाली जा सकती है:

पानी का प्रतिशत = पानी का द्रव्यमान ÷ पानी सहित नमूने का कुल द्रव्यमान × 100।

मान लें कि 100 g के नमूने में 90 g पानी है। उसमें पानी का प्रतिशत 90 ÷ 100 × 100 = 90%.

यहाँ g का अर्थ ग्राम है। दोनों द्रव्यमानों की इकाई एक ही होनी चाहिए। यह गणना इस नमूने के लिए है, हर हाइड्रोजेल के लिए नहीं।

हाइड्रोजेल ऐसे वाहक का काम कर सकता है, जिससे समय के साथ दवा निकलती रहती है। दवा जाल के भीतर मौजूद हो सकती है या उसकी बहुलक शृंखलाओं के साथ परस्पर क्रिया कर सकती है।

विसरण का अर्थ है अणुओं का अनियमित गति के कारण फैलना। सांद्रता में अंतर के कारण अणुओं का शुद्ध प्रवाह अधिक सांद्रता वाले क्षेत्र से कम सांद्रता वाले क्षेत्र की ओर हो सकता है।

जाल के भीतर की खाली जगहों का आकार इस बात को प्रभावित कर सकता है कि दवा उसमें से कितनी आसानी से गुजरती है। दवा और जाल के बीच की परस्पर क्रियाएँ भी महत्त्वपूर्ण हैं।

विशेष रूप से बनाया गया वाहक, तुरंत उपलब्ध दवा के घोल की तुलना में, दवा के निकलने को धीमा कर सकता है। हालाँकि, नियंत्रित विमोचन का अर्थ हमेशा यह नहीं होता कि दवा बिल्कुल एक समान दर से निकलेगी।

कुछ डिज़ाइनों में जाल का टूटना या किसी बाहरी संकेत के प्रति प्रतिक्रिया भी इस्तेमाल होती है। दवा किस तरह निकलती है, यह दवा और उस विशेष पदार्थ पर निर्भर करता है।

हाइड्रोजेल से दवा पहुँचाने की तकनीक का उपयोग वास्तविक चिकित्सा उत्पादों में होता है। उदाहरण के लिए, Dextenza में पॉलीएथिलीन ग्लाइकॉल पर आधारित हाइड्रोजेल के भीतर डेक्सामेथासोन (dexamethasone) होता है। यह उत्पाद दिखाता है कि विशेष रूप से बनाए गए जेल के भीतर दवा कैसे रखी जा सकती है।

हाइड्रोजेल ड्रेसिंग घाव की सतह पर नमी बनाए रखने में मदद कर सकती है। पानी से भरपूर जेल घाव की देखभाल की सामग्रियों में उपयोगी होते हैं, इसका यह एक कारण है।

ड्रेसिंग की बनावट और संरचना उसके प्रदर्शन को प्रभावित करती हैं। किसी एक प्रायोगिक ड्रेसिंग के निष्कर्ष हर घाव के जल्दी भरने की गारंटी नहीं दे सकते।

हाइड्रोजेल ड्रेसिंग में दवा होना भी जरूरी नहीं है। जेल स्वयं नमी का प्रबंधन करने वाली सामग्री के रूप में काम कर सकता है।

मुलायम कॉन्टैक्ट लेंस बनाने में हाइड्रोजेल सामग्रियों का उपयोग किया जाता है। लेंस में उपयुक्त आकार, लचीलापन और प्रकाश संबंधी सही गुण होने चाहिए।

कॉर्निया के लिए लेंस से ऑक्सीजन का गुजरना भी महत्वपूर्ण है। यह सामग्री का एक गुण है, जिसका मूल्यांकन उस विशेष लेंस के लिए करना जरूरी है।

केवल पानी की अधिक मात्रा से यह पता नहीं चलता कि हर लेंस से ऑक्सीजन कितनी अच्छी तरह गुजरती है। सिलिकॉन-हाइड्रोजेल लेंस की सामग्री का संघटन पारंपरिक हाइड्रोजेल लेंस से अलग होता है।

एक ऐतिहासिक उपलब्धि

ओटो विच्टरले (Otto Wichterle) और द्राहोस्लाव लीम (Drahoslav Lím) ने प्रकाशित किया जैविक उपयोग के लिए जलस्नेही जेल (Hydrophilic Gels for Biological Use) में 1960। पॉली(2-हाइड्रॉक्सीएथिल मेथाक्रिलेट), या PHEMA, पर उनके काम ने मुलायम लेंस के लिए हाइड्रोजेल सामग्रियों के उपयोग की नींव रखने में मदद की।

स्कैफोल्ड कोशिकाओं को सहारा देने वाली संरचना है। हाइड्रोजेल स्कैफोल्ड प्रयोगशाला में कोशिकाओं की वृद्धि के लिए पानी से भरपूर, त्रि-आयामी वातावरण प्रदान कर सकते हैं।

शोधकर्ता कोशिकाओं की गति और ऊतक निर्माण का अध्ययन करने के लिए जेल की संरचना बदल सकते हैं। उदाहरण के लिए, प्रयोगशाला के प्रयोगों में हाइड्रोजेल प्रणालियों ने मानव अस्थि कोशिकाओं के जाल को सहारा दिया है।

कोशिका संवर्धन का सफल प्रयोग अपने-आप मनुष्यों के लिए प्रमाणित उपचार नहीं बन जाता। ऊतक अभियांत्रिकी के उपयोगों में अनुसंधान मॉडल से लेकर विशेष जैव-चिकित्सीय प्रणालियाँ तक शामिल हैं।

विशेष रूप से तैयार की गई हाइड्रोजेल प्रणालियों का शीतलन और स्नेहन के लिए अध्ययन किया गया है। ये उपयोग सामग्री के मिश्रण और काम करने की परिस्थितियों पर निर्भर करते हैं।

शीतलन की कुछ प्रणालियों में जमा पानी वाष्पित होकर ऊष्मा हटा देता है। अन्य प्रणालियाँ बार-बार दोहराए जाने वाले चक्र में वायुमंडल से नमी ग्रहण करती हैं।

हाइड्रोजेल आधारित जलीय प्रणालियों ने प्रयोगशाला परीक्षणों में घर्षण भी घटाया है। ऐसे नतीजे परीक्षण की गई प्रणाली में स्नेहन की क्षमता दिखाते हैं। इनसे हर हाइड्रोजेल उपयुक्त औद्योगिक स्नेहक नहीं बन जाता।

इसी तरह, शीतलन का कोई प्रयोग वाहन के एयर-कंडीशनिंग परिपथ में नियमित उपयोग को साबित नहीं करता। अनुसंधान में दिखाई गई क्षमता और स्थापित व्यावसायिक उपयोग अलग-अलग दावे हैं।

दवा को नियंत्रित तरीके से पहुँचाना हाइड्रोजेल का एक स्थापित उपयोग है। घाव की पट्टियाँ और मुलायम कॉन्टैक्ट लेंस इसके अन्य जैव-चिकित्सकीय उदाहरण हैं।

किसी उपयोग के दावे को उतने ही दायरे में समझें जितना बताया गया है। शोध के लिए विशेष रूप से बनाई गई सामग्री इस बात का प्रमाण नहीं है कि उसका हर व्यावसायिक प्रणाली में नियमित उपयोग होता है।

बनाए रखें UPSC 2024 का हाइड्रोजेल प्रश्न.