一、水凝膠(jiao)介紹

水凝(ning)膠(jiao)是一類具有(you)三維高分子(zi)網絡結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)，關于(yu)這類的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)存在(zai)著多(duo)種不同(tong)的(de)(de)(de)定義。一般(ban)來說，研究(jiu)比(bi)較廣泛的(de)(de)(de)水凝(ning)膠(jiao)材(cai)料(liao)(liao)不僅要(yao)具有(you)交聯的(de)(de)(de)網絡結(jie)構(gou)，還具有(you)一定的(de)(de)(de)親水性，結(jie)構(gou)中(zhong)含有(you)大(da)量水分，在(zai)以水為分散介質(zhi)的(de)(de)(de)環(huan)(huan)境中(zhong)能夠發生溶(rong)脹現(xian)象。這類水凝(ning)膠(jiao)材(cai)料(liao)(liao)在(zai)生物、環(huan)(huan)境、傳感器等領(ling)域有(you)著大(da)量的(de)(de)(de)研究(jiu)成果。因此，我們將圍繞(rao)這類應用對水凝(ning)膠(jiao)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)性能檢測評價方法做出簡要(yao)的(de)(de)(de)介紹。

二、水(shui)凝膠力(li)學測定儀(yi)儀(yi)器介紹

水(shui)凝膠(jiao)力學測定儀是我公司推出的(de)專業用(yong)于材料物性分析的(de)高(gao)性能(neng)研究級機型(xing)。儀(yi)器(qi)采用(yong)了精良力量感應(ying)元、高(gao)性能(neng)電機及耐磨(mo)jing準轉軸，操作智能，且*.該款水凝膠力(li)學(xue)測定儀特別適用于醫(yi)藥、化工(gong)材料的物性指標測定，如水凝膠的硬度(du)、水凝(ning)膠(jiao)剛性、水凝(ning)膠(jiao)楊氏(shi)模量等指標、凝(ning)膠薄(bo)膜拉伸(shen)強(qiang)度、樹脂材料的屈(qu)服性(xing)能、藥品剛性(xing)測定、凝(ning)膠的通針性(xing)測定等。通過(guo)對水凝(ning)膠(jiao)材(cai)料(liao)可用(yong)于分析(xi)細胞外基(ji)質、仿生水凝(ning)膠(jiao)材(cai)料(liao)如(ru)人(ren)造(zao)軟骨的硬度、彈性(xing)、楊氏模量(liang)等(deng)物性(xing)指(zhi)標進行客(ke)觀分析(xi)。從而(er)為水凝(ning)膠(jiao)的研發、工藝優化及應用(yong)拓(tuo)展提供客(ke)觀分析(xi)數據。

三、水凝膠(jiao)力學(xue)檢(jian)測原理

高(gao)分子材(cai)料的物(wu)理力(li)學性(xing)能(neng)是(shi)(shi)一項(xiang)非(fei)常重要(yao)的性(xing)能(neng)指標。水(shui)凝膠的力(li)學性(xing)能(neng)一般以(yi)楊氏(shi)模(mo)量(liang)（Young’s modulus）來表征。材(cai)料在彈性(xing)形變過程中，應(ying)力(li)與應(ying)變之間的比例關(guan)系就是(shi)(shi)楊氏(shi)模(mo)量(liang)，也被(bei)稱(cheng)為彈性(xing)模(mo)量(liang)。目前測量(liang)楊氏(shi)模(mo)量(liang)的方法并不固(gu)定，主要(yao)有拉伸法，壓(ya)縮(suo)法和壓(ya)痕法等幾類[1]。拉伸法(fa)（Tensile test）簡(jian)單易(yi)行，對(dui)材料施(shi)加(jia)(jia)一定拉力(li)并測量(liang)形變即可(ke)計算楊氏模量(liang)。該實驗是在規(gui)定的實驗溫度、速度和(he)濕(shi)度的條件(jian)下，利(li)用對(dui)樣(yang)(yang)品施(shi)加(jia)(jia)沿縱軸(zhou)方向的靜態拉伸負荷，直至樣(yang)(yang)品被(bei)拉斷，在此過(guo)程中可(ke)以得(de)到樣(yang)(yang)品形變的應(ying)力(li)-應(ying)變曲(qu)線，其中應(ying)力(li)σ

σ=F/A，即單位橫截面積所受(shou)力；

應變(bian)ε

ε=Δl/l0，即材料拉伸形變長度較之原(yuan)長的程度；

通過應(ying)(ying)(ying)力(li)-應(ying)(ying)(ying)變曲線可以得到拉伸強度、拉伸斷(duan)裂應(ying)(ying)(ying)力(li)、拉伸屈服應(ying)(ying)(ying)力(li)以及拉伸彈(dan)性模量(liang)等。對(dui)于水凝膠來說，彈(dan)性模量(liang)是(shi)主要的力(li)學表征(zheng)參數(shu)。根據胡(hu)克定律，物體(ti)在彈(dan)性限度內(nei)，應(ying)(ying)(ying)力(li)與應(ying)(ying)(ying)變成正比，其(qi)比值(zhi)即(ji)是(shi)彈(dan)性（楊氏）模量(liang)E：

E=σ/ε；

彈(dan)性(xing)模(mo)量(liang)的(de)大小(xiao)反(fan)映了材料(liao)的(de)硬度，彈(dan)性(xing)模(mo)量(liang)越大，材料(liao)越不(bu)容易發生(sheng)形變。然而采用這(zhe)種方法，水(shui)(shui)凝(ning)膠在拉伸(shen)過程中會(hui)失(shi)去(qu)部分含水(shui)(shui)量(liang)，影(ying)響(xiang)測量(liang)結果，因此，有研(yan)究會(hui)采用將水(shui)(shui)凝(ning)膠置于水(shui)(shui)中進行測量(liang)的(de)方法來減小(xiao)誤差。

圖1 典(dian)型的應力-應變(bian)曲線

水凝(ning)膠應(ying)(ying)(ying)用在細胞(bao)領域時，常(chang)常(chang)需要與(yu)其他硬性(xing)材(cai)料結合在一(yi)起使用，這(zhe)樣(yang)一(yi)來(lai)(lai)利用拉(la)伸法測(ce)(ce)量(liang)(liang)彈性(xing)模(mo)(mo)量(liang)(liang)就會受到(dao)硬性(xing)材(cai)料表(biao)面的影響，無法準確測(ce)(ce)量(liang)(liang)力(li)學參數。因此，研(yan)究人員利用壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)模(mo)(mo)量(liang)(liang)替(ti)代拉(la)伸模(mo)(mo)量(liang)(liang)來(lai)(lai)表(biao)征材(cai)料的彈性(xing)模(mo)(mo)量(liang)(liang)。測(ce)(ce)量(liang)(liang)材(cai)料壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)模(mo)(mo)量(liang)(liang)的方法叫做壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)法（Compression test）。壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)法是基于萬能試驗機等儀器，對柱狀樣(yang)品施加壓(ya)(ya)(ya)力(li)，測(ce)(ce)量(liang)(liang)樣(yang)品壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)形變(bian)，得(de)到(dao)應(ying)(ying)(ying)力(li)-應(ying)(ying)(ying)變(bian)圖。從圖中選擇合適的應(ying)(ying)(ying)變(bian)范圍，并對該區域內曲線作斜(xie)率得(de)到(dao)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)模(mo)(mo)量(liang)(liang)。

四、水(shui)凝膠力學(xue)測定儀規格參數：

1.測(ce)試方法全(quan)面：單次測(ce)試(shi)(shi)、重(zhong)復測(ce)試(shi)(shi)，全質構測(ce)試(shi)(shi)，疲勞測(ce)試(shi)(shi)，蠕動(dong)測(ce)試(shi)(shi)，彈(dan)性(xing)恢(hui)復等，數據(ju)分(fen)析時，用戶可直接(jie)指選所要的參數，內(nei)置軟件(jian)即可自動(dong)計算結果。

2.儀器操作便捷(jie)：（1）實驗過程(cheng)通(tong)過7.0英(ying)寸大觸摸屏完成。無需(xu)連接(jie)電腦(nao)，只需(xu)點(dian)擊觸摸屏上(shang)的對話框可(ke)以進(jin)行儀器各種操(cao)作(zuo)。具有用戶管(guan)理、實驗方(fang)法錄入、實驗控制管(guan)理、結果分析、硬件設置等功(gong)能；（2）通(tong)過軟件操(cao)作(zuo)，可(ke)以導(dao)入自帶方(fang)法庫，數(shu)據直接(jie)呈現，無需(xu)編(bian)程(cheng)。

3.數據(ju)直(zhi)觀實時顯示：屏幕顯示實時(shi)變化(hua)曲(qu)線(xian)，曲(qu)線(xian)含(han)有標(biao)度(du)，可放大縮小(xiao)查看(kan)曲(qu)線(xian)。用戶直觀看(kan)到檢測數據的變化(hua)。

8.結果分析(xi)讀取(qu)便捷：可選配觸(chu)摸屏上自(zi)動進行曲線的結果分析。自(zi)帶USB接口，通過點觸(chu)屏幕保存數據(ju)，保存數據(ju)可使用辦公軟(ruan)件打開。具有檢測(ce)數據(ju)保密功能。

9．儀器多重自(zi)我保護功(gong)能：數據可緊急(ji)停止、上下(xia)極限控制裝置、力量感應元過載保(bao)護。

10.軟(ruan)件操作便(bian)捷、功能齊(qi)全：軟(ruan)件具有分析數據、知(zhi)識演示的(de)功能(neng)。中(zhong)英(ying)文隨(sui)時(shi)切換，進行(xing)各(ge)類樣品的(de)質構(gou)分析與物性測(ce)試。軟(ruan)件測(ce)試過程(cheng)中(zhong)，軟(ruan)件帶有實時(shi)顯示框，檢測(ce)過程(cheng)數據可以實時(shi)顯示，用戶可直接觀察(cha)檢測(ce)圖(tu)譜變化。目前軟(ruan)件著作權的(de)軟(ruan)件具有以下幾大(da)特殊(shu)功能(neng)：

軟件(jian)自帶有方法庫

軟件自(zi)帶教(jiao)學視頻：

• TA/GEL乳制品（液態）擠壓測定儀
• TA/GEL爆珠物性測定儀-質構儀
• TA/GEL蛋白凝膠強度儀
• TA/GEL凝膠測試儀