水凝膠剛度測量方法的交叉評估---5 種機械測試方法:拉伸、壓縮、剪切流變學(xué)、宏觀壓痕和納米壓痕
剛度是水凝膠的一個關(guān)鍵特性,它會影響細胞粘附、運動和分化、生物醫(yī)學(xué)植入物的完整性以及傷口覆蓋物的柔韌性。水凝膠的剛度受其合成條件的控制,無論是通過改變聚合物或所使用的交聯(lián)方案、增加聚合物的濃度還是增加交聯(lián)的程度。然而,目前尚未提出控制水凝膠剛度的通用設(shè)計方案,并且由于測量方法不一致,不同研究之間的比較受到限制。在這里,我們使用結(jié)構(gòu)模型對18種聚乙烯醇水凝膠配方的剛度進行先驗預(yù)測,并比較了五種獨立的剛度測量方法,以建立廣泛適用的標準來預(yù)測和測量水凝膠的剛度。五種測量方法(拉伸、壓縮、剪切流變、宏觀壓痕和納米壓痕)之間的總體剛度差異很小,但每種方法都提供了不同的見解,包括泊松比和粘彈性的測量。測得的水凝膠剛度隨著初始聚合物體積分數(shù)的增加而增加,并隨著連接間聚合度的增加而降低,匹配基本預(yù)測。水凝膠中的膨脹和剛度之間存在很強的相關(guān)性,這表明了一種提高預(yù)測模型準確性的機制。這些結(jié)果表明,我們的預(yù)測模型是合理設(shè)計具有理想剛度的水凝膠的有力工具,適用于各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
德克薩斯大學(xué)分校的研究人員22年10月發(fā)表了一篇論文,比較了 18 種 PVA 水凝膠配方的剛度測量和剪切模量,這些配方基于 5 種機械測試方法:拉伸、壓縮、剪切流變學(xué)、宏觀壓痕和納米壓痕??偟膩碚f,這篇論文表明,這些方法產(chǎn)生了相似的結(jié)果,并且每種方法都有優(yōu)點和缺點。一些結(jié)論是:
物理上更大的樣本會產(chǎn)生更可靠的數(shù)據(jù)。
長度變化超過 2 個數(shù)量級不會顯著影響所得模量(宏觀壓痕與納米壓痕)。
使用非接觸式應(yīng)變傳感改進了測試結(jié)果。
用于球形壓痕測試的赫茲接觸力學(xué)模型適用于這些類型的材料。
該研究的另一個目標是利用這些結(jié)果來開發(fā)一種基于結(jié)構(gòu)的方法來估計水凝膠的剛度。
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