一、水凝膠介紹

水凝膠是一類具有三維高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料，關(guān)于這類的材料存在著多種不同的定義。一般來說，研究比較廣泛的水凝膠材料不僅要具有交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，還具有一定的親水性，結(jié)構(gòu)中含有大量水分，在以水為分散介質(zhì)的環(huán)境中能夠發(fā)生溶脹現(xiàn)象。這類水凝膠材料在生物、環(huán)境、傳感器等領(lǐng)域有著大量的研究成果。因此，我們將圍繞這類應(yīng)用對(duì)水凝膠材料的主要性能檢測(cè)評(píng)價(jià)方法做出簡(jiǎn)要的介紹。

二、水凝膠力學(xué)測(cè)定儀儀器介紹

水凝膠力學(xué)測(cè)定儀是我公司推出的專業(yè)用于材料物性分析的高性能研究級(jí)機(jī)型。儀器采用了精良力量感應(yīng)元、高性能電機(jī)及耐磨精準(zhǔn)轉(zhuǎn)軸，操作智能，且*.該款水凝膠力學(xué)測(cè)定儀特別適用于醫(yī)藥、化工材料的物性指標(biāo)測(cè)定，如水凝膠的硬度、水凝膠剛性、水凝膠楊氏模量等指標(biāo)、凝膠薄膜拉伸強(qiáng)度、樹脂材料的屈服性能、藥品剛性測(cè)定、凝膠的通針性測(cè)定等。通過對(duì)水凝膠材料可用于分析細(xì)胞外基質(zhì)、仿生水凝膠材料如人造軟骨的硬度、彈性、楊氏模量等物性指標(biāo)進(jìn)行客觀分析。從而為水凝膠的研發(fā)、工藝優(yōu)化及應(yīng)用拓展提供客觀分析數(shù)據(jù)。

三、水凝膠力學(xué)檢測(cè)原理

高分子材料的物理力學(xué)性能是一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)。水凝膠的力學(xué)性能一般以楊氏模量（Young’s modulus）來表征。材料在彈性形變過程中，應(yīng)力與應(yīng)變之間的比例關(guān)系就是楊氏模量，也被稱為彈性模量。目前測(cè)量楊氏模量的方法并不固定，主要有拉伸法，壓縮法和壓痕法等幾類^[1]。拉伸法（Tensile test）簡(jiǎn)單易行，對(duì)材料施加一定拉力并測(cè)量形變即可計(jì)算楊氏模量。該實(shí)驗(yàn)是在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)溫度、速度和濕度的條件下，利用對(duì)樣品施加沿縱軸方向的靜態(tài)拉伸負(fù)荷，直至樣品被拉斷，在此過程中可以得到樣品形變的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，其中應(yīng)力σ

σ=F/A，即單位橫截面積所受力；

應(yīng)變ε

ε=Δl/l₀，即材料拉伸形變長(zhǎng)度較之原長(zhǎng)的程度；

通過應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以得到拉伸強(qiáng)度、拉伸斷裂應(yīng)力、拉伸屈服應(yīng)力以及拉伸彈性模量等。對(duì)于水凝膠來說，彈性模量是主要的力學(xué)表征參數(shù)。根據(jù)胡克定律，物體在彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，其比值即是彈性（楊氏）模量E：

E=σ/ε；

彈性模量的大小反映了材料的硬度，彈性模量越大，材料越不容易發(fā)生形變。然而采用這種方法，水凝膠在拉伸過程中會(huì)失去部分含水量，影響測(cè)量結(jié)果，因此，有研究會(huì)采用將水凝膠置于水中進(jìn)行測(cè)量的方法來減小誤差。

圖1 典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

水凝膠應(yīng)用在細(xì)胞領(lǐng)域時(shí)，常常需要與其他硬性材料結(jié)合在一起使用，這樣一來利用拉伸法測(cè)量彈性模量就會(huì)受到硬性材料表面的影響，無法準(zhǔn)確測(cè)量力學(xué)參數(shù)。因此，研究人員利用壓縮模量替代拉伸模量來表征材料的彈性模量。測(cè)量材料壓縮模量的方法叫做壓縮法（Compression test）。壓縮法是基于萬能試驗(yàn)機(jī)等儀器，對(duì)柱狀樣品施加壓力，測(cè)量樣品壓縮形變，得到應(yīng)力-應(yīng)變圖。從圖中選擇合適的應(yīng)變范圍，并對(duì)該區(qū)域內(nèi)曲線作斜率得到壓縮模量。

四、水凝膠力學(xué)測(cè)定儀規(guī)格參數(shù)：

1.測(cè)試方法全面：單次測(cè)試、重復(fù)測(cè)試，全質(zhì)構(gòu)測(cè)試，疲勞測(cè)試，蠕動(dòng)測(cè)試，彈性恢復(fù)等，數(shù)據(jù)分析時(shí)，用戶可直接指選所要的參數(shù)，內(nèi)置軟件即可自動(dòng)計(jì)算結(jié)果。

2.儀器操作便捷：（1）實(shí)驗(yàn)過程通過7.0英寸大觸摸屏完成。無需連接電腦，只需點(diǎn)擊觸摸屏上的對(duì)話框可以進(jìn)行儀器各種操作。具有用戶管理、實(shí)驗(yàn)方法錄入、實(shí)驗(yàn)控制管理、結(jié)果分析、硬件設(shè)置等功能；（2）通過軟件操作，可以導(dǎo)入自帶方法庫(kù)，數(shù)據(jù)直接呈現(xiàn)，無需編程。

3.數(shù)據(jù)直觀實(shí)時(shí)顯示：屏幕顯示實(shí)時(shí)變化曲線，曲線含有標(biāo)度，可放大縮小查看曲線。用戶直觀看到檢測(cè)數(shù)據(jù)的變化。

8.結(jié)果分析讀取便捷：可選配觸摸屏上自動(dòng)進(jìn)行曲線的結(jié)果分析。自帶USB接口，通過點(diǎn)觸屏幕保存數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)可使用辦公軟件打開。具有檢測(cè)數(shù)據(jù)保密功能。

9．儀器多重自我保護(hù)功能：數(shù)據(jù)可緊急停止、上下極限控制裝置、力量感應(yīng)元過載保護(hù)。

10.軟件操作便捷、功能齊全：軟件具有分析數(shù)據(jù)、知識(shí)演示的功能。中英文隨時(shí)切換，進(jìn)行各類樣品的質(zhì)構(gòu)分析與物性測(cè)試。軟件測(cè)試過程中，軟件帶有實(shí)時(shí)顯示框，檢測(cè)過程數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)顯示，用戶可直接觀察檢測(cè)圖譜變化。目前軟件著作權(quán)的軟件具有以下幾大特殊功能：

軟件自帶有方法庫(kù)

軟件自帶教學(xué)視頻：