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、宏觀壓痕和納米壓痕

剛度是水凝膠的一個關鍵特性，它會影響細胞粘附、運動和分化、生物醫學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方案、增加聚合物的濃度還是增加交聯的程度。然而，目前尚未提出控制水凝膠剛度的通用設計方案，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，我們使用結構模型對18種聚乙烯醇水凝膠配方的剛度進行先驗預測，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，匹配基本預測。水凝膠中的膨脹和剛度之間存在很強的相關性，這表明了一種提高預測模型準確性的機制。這些結果表明，我們的預測模型是合理設計具有理想剛度的水凝膠的有力工具，適用于各種生物醫學應用。

德克薩斯大學分校的研究人員22年10月發表了一篇論文，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、宏觀壓痕和納米壓痕。總的來說，這篇論文表明，這些方法產生了相似的結果，并且每種方法都有優點和缺點。一些結論是：

• 物理上更大的樣本會產生更可靠的數據。

• 長度變化超過 2 個數量級不會顯著影響所得模量（宏觀壓痕與納米壓痕）。

• 使用非接觸式應變傳感改進了測試結果。

• 用于球形壓痕測試的赫茲接觸力學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果來開發一種基于結構的方法來估計水凝膠的剛度。