一(yi)、水(shui)凝膠介紹

水(shui)凝膠(jiao)是一類(lei)具有三維高分子(zi)網(wang)絡結構(gou)(gou)的(de)(de)材料(liao)，關(guan)于這(zhe)類(lei)的(de)(de)材料(liao)存在著(zhu)(zhu)多種(zhong)不同的(de)(de)定(ding)(ding)義。一般來說，研究比(bi)較廣泛(fan)的(de)(de)水(shui)凝膠(jiao)材料(liao)不僅要(yao)具有交(jiao)聯的(de)(de)網(wang)絡結構(gou)(gou)，還具有一定(ding)(ding)的(de)(de)親水(shui)性，結構(gou)(gou)中(zhong)含有大量(liang)水(shui)分，在以水(shui)為分散(san)介質的(de)(de)環(huan)境(jing)中(zhong)能夠發生溶脹現象。這(zhe)類(lei)水(shui)凝膠(jiao)材料(liao)在生物、環(huan)境(jing)、傳(chuan)感器等領(ling)域有著(zhu)(zhu)大量(liang)的(de)(de)研究成果(guo)。因此，我(wo)們(men)將圍繞這(zhe)類(lei)應用對水(shui)凝膠(jiao)材料(liao)的(de)(de)主要(yao)性能檢測評價方法(fa)做(zuo)出簡要(yao)的(de)(de)介紹。

二、水凝膠力學測定(ding)儀儀器(qi)介紹

水凝膠力學測定儀是我公(gong)司推出(chu)的專業(ye)用于材料物性(xing)分析(xi)的高性(xing)能(neng)研究級機型。儀器采用了(le)精良力量(liang)感應元、高性(xing)能(neng)電(dian)機及耐磨精準(zhun)轉軸(zhou)，操作(zuo)智能(neng)，且*.該款水凝膠力(li)學(xue)測定(ding)儀特別適用于醫(yi)藥、化(hua)工材(cai)料的物性指(zhi)標測定，如水凝膠(jiao)的硬度、水(shui)凝膠剛性、水(shui)凝膠楊(yang)氏模量等指(zhi)標、凝(ning)膠(jiao)薄膜拉(la)伸(shen)強度、樹(shu)脂材料的(de)(de)屈服性能(neng)、藥品剛性測定、凝(ning)膠(jiao)的(de)(de)通針性測定等。通過對水凝膠(jiao)材(cai)料(liao)可用于分析細胞外基(ji)質、仿生水凝膠(jiao)材(cai)料(liao)如人造軟骨的硬度、彈性、楊氏模量等物(wu)性指(zhi)標(biao)進行(xing)客(ke)觀分析。從而為水凝膠(jiao)的研(yan)發、工藝優化及應用拓(tuo)展提供(gong)客(ke)觀分析數據。

三、水凝膠力學(xue)檢測原理

高分子材(cai)料的(de)物理力學(xue)性(xing)能是一項非常重要的(de)性(xing)能指標。水凝膠的(de)力學(xue)性(xing)能一般以楊氏(shi)模(mo)量(liang)(liang)(liang)（Young’s modulus）來表征。材(cai)料在彈性(xing)形(xing)變過程中(zhong)，應力與應變之(zhi)間的(de)比例關系就是楊氏(shi)模(mo)量(liang)(liang)(liang)，也被稱為(wei)彈性(xing)模(mo)量(liang)(liang)(liang)。目前測量(liang)(liang)(liang)楊氏(shi)模(mo)量(liang)(liang)(liang)的(de)方法(fa)并不固(gu)定，主要有(you)拉伸法(fa)，壓(ya)縮法(fa)和壓(ya)痕法(fa)等幾(ji)類(lei)^[1]。拉(la)伸(shen)(shen)法（Tensile test）簡單易行，對(dui)(dui)材(cai)料施(shi)加一定拉(la)力(li)并測量形變(bian)即可計算楊氏模量。該實(shi)驗是在規定的(de)實(shi)驗溫(wen)度、速度和濕(shi)度的(de)條件(jian)下，利用對(dui)(dui)樣品(pin)施(shi)加沿縱(zong)軸(zhou)方(fang)向(xiang)的(de)靜態拉(la)伸(shen)(shen)負荷，直(zhi)至樣品(pin)被拉(la)斷，在此過程中可以得到樣品(pin)形變(bian)的(de)應(ying)力(li)-應(ying)變(bian)曲線，其中應(ying)力(li)σ

σ=F/A，即單位(wei)橫(heng)截面(mian)積所受(shou)力(li)；

應變ε

ε=Δl/l₀，即材料(liao)拉伸形變長度較之原長的程度；

通過(guo)應(ying)(ying)力(li)-應(ying)(ying)變曲線可以得到拉伸(shen)強度、拉伸(shen)斷裂應(ying)(ying)力(li)、拉伸(shen)屈服應(ying)(ying)力(li)以及(ji)拉伸(shen)彈性(xing)模(mo)(mo)量等。對于(yu)水凝膠來說(shuo)，彈性(xing)模(mo)(mo)量是主要的(de)力(li)學(xue)表征參(can)數。根據胡克(ke)定律，物體(ti)在彈性(xing)限度內，應(ying)(ying)力(li)與應(ying)(ying)變成正比，其比值(zhi)即是彈性(xing)（楊氏）模(mo)(mo)量E：

E=σ/ε；

彈性模量(liang)(liang)的(de)大(da)小(xiao)反映了(le)材(cai)料(liao)的(de)硬度(du)，彈性模量(liang)(liang)越大(da)，材(cai)料(liao)越不容(rong)易發生形(xing)變。然而采(cai)用這種方法，水(shui)凝膠在(zai)拉伸過(guo)程(cheng)中會失去部分含水(shui)量(liang)(liang)，影響測量(liang)(liang)結果，因此，有(you)研究會采(cai)用將水(shui)凝膠置(zhi)于(yu)水(shui)中進(jin)行(xing)測量(liang)(liang)的(de)方法來減小(xiao)誤差。

圖1 典型的應力-應變曲線

水凝膠應用在細胞領(ling)域時，常常需(xu)要(yao)與(yu)其他硬性(xing)材料結合在一起使用，這樣一來利(li)用拉伸法(fa)測(ce)量(liang)彈性(xing)模量(liang)就(jiu)會(hui)受(shou)到(dao)硬性(xing)材料表面(mian)的影響，無法(fa)準(zhun)確(que)測(ce)量(liang)力(li)(li)學參數。因此，研究人員利(li)用壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)模量(liang)替(ti)代拉伸模量(liang)來表征(zheng)材料的彈性(xing)模量(liang)。測(ce)量(liang)材料壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)模量(liang)的方法(fa)叫做壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)法(fa)（Compression test）。壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)法(fa)是(shi)基于萬(wan)能試驗(yan)機等儀器，對(dui)柱狀樣品施加壓(ya)(ya)力(li)(li)，測(ce)量(liang)樣品壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)形變(bian)，得到(dao)應力(li)(li)-應變(bian)圖(tu)(tu)。從(cong)圖(tu)(tu)中選擇合適的應變(bian)范圍，并對(dui)該區域內曲線作斜率得到(dao)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)模量(liang)。

四、水凝膠力(li)學測定儀規(gui)格(ge)參數：

1.測試方法全(quan)面：單次測(ce)試、重(zhong)復測(ce)試，全(quan)質構測(ce)試，疲勞測(ce)試，蠕動(dong)測(ce)試，彈性恢復等，數據分析時，用戶可直接指(zhi)選所要的參數，內置軟件即可自動(dong)計(ji)算結果。

2.儀器(qi)操作(zuo)便捷：（1）實驗(yan)過(guo)程通過(guo)7.0英寸大觸摸(mo)屏完成。無需連接(jie)電腦，只需點擊(ji)觸摸(mo)屏上(shang)的對話(hua)框可以進行儀器各種操作(zuo)。具(ju)有用戶(hu)管理、實驗(yan)方(fang)法錄入、實驗(yan)控制管理、結果分析(xi)、硬件設置等功能；（2）通過(guo)軟(ruan)件操作(zuo)，可以導入自帶方(fang)法庫(ku)，數據(ju)直接(jie)呈(cheng)現，無需編程。

3.數據直(zhi)觀實時顯示：屏幕顯(xian)示實時(shi)變(bian)化曲線(xian)，曲線(xian)含有標度(du)，可放大縮小查看曲線(xian)。用戶直觀看到(dao)檢測數據的變(bian)化。

8.結(jie)果(guo)分析讀取便(bian)捷：可選配觸摸(mo)屏(ping)上自動進行曲(qu)線的結果分析。自帶USB接口(kou)，通過點觸屏(ping)幕保(bao)存(cun)(cun)數據，保(bao)存(cun)(cun)數據可使用(yong)辦公軟(ruan)件打(da)開。具(ju)有檢測數據保(bao)密功(gong)能。

9．儀器多(duo)重自我保護功能(neng)：數據可緊急停(ting)止、上下極限控制裝置、力量感應元過載保護。

10.軟件操作便捷(jie)、功(gong)能齊全：軟(ruan)(ruan)件(jian)具有(you)分析(xi)(xi)數(shu)據、知識演示(shi)(shi)的(de)功能(neng)。中英文隨時(shi)切換，進(jin)行各類樣品的(de)質構分析(xi)(xi)與(yu)物(wu)性(xing)測(ce)試。軟(ruan)(ruan)件(jian)測(ce)試過程中，軟(ruan)(ruan)件(jian)帶(dai)有(you)實時(shi)顯示(shi)(shi)框，檢(jian)(jian)測(ce)過程數(shu)據可以(yi)實時(shi)顯示(shi)(shi)，用(yong)戶可直接觀察檢(jian)(jian)測(ce)圖譜變化。目前軟(ruan)(ruan)件(jian)著作權的(de)軟(ruan)(ruan)件(jian)具有(you)以(yi)下幾大特殊功能(neng)：

軟(ruan)件自(zi)帶有方法庫

軟件自帶教學(xue)視頻(pin)：