水凝胶刚度测量方法的交叉评估---5 种机械测试方法：拉伸、压缩、剪切流变学、宏观压痕和纳米压痕

刚度是水凝胶的一个关键特性，它会影响细胞粘附、运动和分化、生物医学植入物的完整性以及伤口覆盖物的柔韧性。水凝胶的刚度受其合成条件的控制，无论是通过改变聚合物或所使用的交联方案、增加聚合物的浓度还是增加交联的程度。然而，目前尚未提出控制水凝胶刚度的通用设计方案，并且由于测量方法不一致，不同研究之间的比较受到限制。在这里，我们使用结构模型对18种聚乙烯醇水凝胶配方的刚度进行先验预测，并比较了五种独立的刚度测量方法，以建立广泛适用的标准来预测和测量水凝胶的刚度。五种测量方法（拉伸、压缩、剪切流变、宏观压痕和纳米压痕）之间的总体刚度差异很小，但每种方法都提供了不同的见解，包括泊松比和粘弹性的测量。测得的水凝胶刚度随着初始聚合物体积分数的增加而增加，并随着连接间聚合度的增加而降低，匹配基本预测。水凝胶中的膨胀和刚度之间存在很强的相关性，这表明了一种提高预测模型准确性的机制。这些结果表明，我们的预测模型是合理设计具有理想刚度的水凝胶的有力工具，适用于各种生物医学应用。

德克萨斯大学分校的研究人员22年10月发表了一篇论文，比较了 18 种 PVA 水凝胶配方的刚度测量和剪切模量，这些配方基于 5 种机械测试方法：拉伸、压缩、剪切流变学、宏观压痕和纳米压痕。总的来说，这篇论文表明，这些方法产生了相似的结果，并且每种方法都有优点和缺点。一些结论是：

• 物理上更大的样本会产生更可靠的数据。

• 长度变化超过 2 个数量级不会显著影响所得模量（宏观压痕与纳米压痕）。

• 使用非接触式应变传感改进了测试结果。

• 用于球形压痕测试的赫兹接触力学模型适用于这些类型的材料。

该研究的另一个目标是利用这些结果来开发一种基于结构的方法来估计水凝胶的刚度。