Qu’est-ce que l’hydrogel ?
L’hydrogel est un terme générique désignant une substance dans laquelle un solide tel qu’un polymère absorbe de l’eau et gonfle pour former une forme non fluide (gel). Par exemple, lorsque des chaînes de polymères telles que les polysaccharides et les gélatines sont réticulées pour former une structure de réseau tridimensionnelle, elles contiennent tellement d’eau dans la structure du réseau qu’elles deviennent gonflées et insolubles dans l’eau. Le konjac (plante vivace cultivée en Asie), l’agar-agar et la gelée en sont des exemples.
Utilisations de l’hydrogel
L’hydrogel se trouve dans des aliments tels que le tofu et l’agar-agar. Il est également utilisé dans les lentilles de contact souples et le matériau absorbant (polymère superabsorbant) pour les couches jetables. Comme sa composition ressemble à celle des tissus mous biologiques, son utilisation en tant que matériau médical a été étudiée ces dernières années, mais la perte de ses propriétés lorsqu’il absorbe l’eau dans le corps est un problème qui doit être résolu.
Parmi les exemples spécifiques, citons l’utilisation comme cartilage artificiel et disques intervertébraux artificiels, l’utilisation comme matériau libérant lentement des médicaments, et dans le domaine de la médecine régénérative, l’utilisation comme matériau d’échafaudage pour les cellules est en cours d’étude. Après avoir cultivé des cellules sur l’hydrogel, seul le gel est dissous par un agent réducteur pour créer des feuilles cellulaires avec des cellules attachées les unes aux autres, qui peuvent ensuite être appliquées sur des zones endommagées pour les traiter.
Principe et propriétés des hydrogels
1. Gel physique et gel chimique
Les hydrogels sont classés en gels physiques et gels chimiques en fonction de la méthode de réticulation.
- Gels physiques
Réticulés par des liaisons hydrogène, des liaisons ioniques, des liaisons de coordination, etc. - Gels chimiques
Réticulés par des liaisons covalentes.
Quelques exemples concrets : des éléments tels que l’agar-agar et la gélatine, qui subissent une transition sol-gel réversible lorsqu’ils sont chauffés, sont des gels physiques. Alors que des éléments chimiquement stables tels que les polymères superabsorbants dans les couches jetables et les lentilles de contact souples sont des gels chimiques.
2. Exemples de gélification
Un exemple bien connu est l’acide alginique, un polymère naturel. Le sel de sodium de l’alginate est soluble dans l’eau, mais lorsqu’un cation multivalent tel que Ca2+ est ajouté, une réticulation ionique se produit instantanément. Dans ce processus, l’eau du solvant est incorporée dans la structure des mailles des réticulations, ce qui entraîne une gélification (hydrogel).
Types d’hydrogels
L’HEMA (Hema : méthacrylate d’hydroxyéthyle) a été utilisé dans les lentilles de contact souples conventionnelles parce qu’il devient mou lorsqu’il est hydraté. L’augmentation de la teneur en eau augmentant la perméabilité à l’oxygène, des tentatives ont été faites pour augmenter la teneur en eau et réduire l’épaisseur de la lentille. Toutefois, il a été dit qu’il y avait des limites au développement technologique car une teneur en eau plus élevée facilite l’évaporation de l’eau, ce qui rend les yeux plus secs pendant le port de la lentille.
C’est pourquoi l’hydrogel de silicone a attiré l’attention ces dernières années en tant que nouveau matériau permettant de résoudre les problèmes de l’HEMA. L’hydrogel de silicone est un matériau à faible teneur en eau et à forte perméabilité à l’oxygène. Comme l’oxygène passe directement à travers la lentille de contact, il peut fournir une grande quantité d’oxygène sans dépendre de la teneur en eau de la lentille, ce qui présente l’avantage de réduire la charge sur l’œil.
Cela devrait réduire la diminution des cellules endothéliales de la cornée, qui a été un problème avec les lentilles de contact dans le passé. Un autre avantage est que la faible teneur en eau empêche les yeux de se dessécher pendant le port des lentilles. De plus, les matériaux en silicone hydrogel sont moins susceptibles d’être contaminés par les protéines contenues dans les larmes.
Toutefois, en raison de sa forte lipophilie, l’huile qui s’y dépose est difficile à éliminer. Il faut donc veiller à ce que le contenu huileux, tel que le maquillage des yeux, n’adhère pas au matériau. La difficulté réside dans le fait qu’en raison de sa faible teneur en eau, il s’agit d’un matériau plus dur que l’HEMA, et le développement technologique est en cours pour améliorer le confort de port.