水凝膠剛度測量方法的交叉評估---5 種機(jī)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(xì)胞粘附、運(yùn)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(jì)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(jìn)行先驗(yàn)預(yù)測，并比較了五種獨(dú)立的剛度測量方法，以建立廣泛適用的標(biāo)準(zhǔn)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?jǐn)?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(qiáng)的相關(guān)性，這表明了一種提高預(yù)測模型準(zhǔn)確性的機(jī)制。這些結(jié)果表明，我們的預(yù)測模型是合理設(shè)計(jì)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(jī)械測試方法：拉伸、壓縮、剪切流變學(xué)、宏觀壓痕和納米壓痕。總的來說，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(diǎn)和缺點(diǎn)。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(jìn)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(biāo)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(jì)水凝膠的剛度。