當(dāng)前，具有粘附性的水凝膠已在皮膚修復(fù)、傷口縫合和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域展現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。你是否會有這樣的疑惑：所制備的水凝膠粘不粘？能否有效的粘附于生物組織？粘附強(qiáng)度又如何？針對這些問題，本期整理了常見的水凝膠粘附性能表征手段及案例分析，供大家參考。
1表觀粘附
測試方式：直接將水凝膠片粘附于各基材表面，采用垂直提拉或剝離等方法直觀展現(xiàn)凝膠的粘附性能。
圖1 水凝膠粘附性：A,凝膠結(jié)構(gòu)示意圖；B/I.凝膠對不同基材的粘附展示；J,粘附于大鼠肝臟表面的水凝膠抵抗流水作用
2搭接剪切
測試方式：將水凝膠粘合劑置于兩個(gè)較硬的基材樣條之間進(jìn)行搭接剪切測試（如圖2所示）（注意：搭接剪切測試中凝膠的厚度會影響測試結(jié)果）。
圖2 搭接剪切測試示意圖及粘附力隨位移的關(guān)系圖（area為粘合劑與待測物接觸面積）
評價(jià)手段：通過萬能試驗(yàn)機(jī)測試得到粘附作用力與位移之間的關(guān)系圖，并由圖2所示公式計(jì)算得到水凝膠的粘附強(qiáng)度。
圖3 搭接剪切示意圖及PANH粘附性水凝膠對不同生物組織的粘附強(qiáng)度
3拉伸試驗(yàn)
測試方式：通過測試粘合劑（如水凝膠）從待測物表面分離所需的力來確定粘附強(qiáng)度（如圖4）。
圖4 拉伸試驗(yàn)測試示意圖及粘附力隨位移的關(guān)系圖（area為粘合劑與待測物接觸面積）
評價(jià)手段：同搭接剪切測試，可由圖4中公式計(jì)算得到水凝膠的粘附強(qiáng)度。
圖5 拉伸試驗(yàn)示意圖及水凝膠對各生物組織的粘附強(qiáng)度
4剝離測試
測試方式：按照剝離角度分為180°剝離測試（即T型剝離測試，圖6a）和90°剝離測試（圖6b）；通過測試樣品從粘附界面被剝離所需的力來確定粘附強(qiáng)度。
圖6 180°（圖a）和90°（圖b）剝離測試示意圖及粘附力隨位移變化的關(guān)系圖（圖b,第Ⅱ階段最大剝離力決定脫粘抗力,第Ⅲ階段穩(wěn)態(tài)剝離力決定粘接韌性）（width為樣品寬度）
評價(jià)手段：由圖6所示公式計(jì)算得到水凝膠的界面粘附強(qiáng)度（Interfacial toughness），其中180°型剝離時(shí)，Interfacial toughness = 2Fpeel / width；90°剝離時(shí)，Interfacial toughness = Fpeel / width。
圖7 基于腺嘌呤和胸腺嘧啶修飾的聚丙烯酰胺水凝膠的90°剝離測試及及粘附力隨位移變化的關(guān)系圖
5爆破壓力測試
測試方式：將水凝膠粘于打孔的組織或材料表面，通過向密封容器中注入水或空氣等，以施加壓力，通過測試密閉容器壓力值來測試爆破壓力（如圖8）。
圖8 爆破壓力測試示意圖及壓力隨時(shí)間的關(guān)系圖
評價(jià)手段：凝膠密閉界面破裂前的壓力峰值可被認(rèn)為是爆破壓力。
圖9 a,自制爆破測試裝置示意圖；b,水凝膠和商用生物膠粘劑的爆破壓力對比
6探針粘性測試
測試方式：首先，將水凝膠固定于基底上，探針以恒定的壓縮速率壓縮水凝膠樣品，達(dá)到額定壓力(如0.1 N)。然后，探針在該位置保持60s。隨后，以恒定的速度縮回，直到脫粘完成（如圖10）。
圖10 探針粘性測試示意
評價(jià)手段：通過探針從水凝膠表面分離過程中的力-位移曲線來確定粘附強(qiáng)度。
以上水凝膠粘附性測試方法也適用于水下環(huán)境的粘附性測試，僅需設(shè)置合適的水下測試條件。
如圖11所示，展示了水凝膠的水下粘附性能測試的模型。
圖11 水凝膠水下粘附測試方法：A.搭接剪切試驗(yàn); B C.探針粘附試驗(yàn); D.剝離試驗(yàn); E.拉伸試驗(yàn)
Tip 小貼士
以上從測試方式和評價(jià)手段簡要介紹了常見的水凝膠的粘附性測試，而粘附性水凝膠設(shè)計(jì)的初衷旨在通過去除水化層，與界面形成較強(qiáng)的共價(jià)鍵和分子間作用力，使其能夠更好地應(yīng)用在如創(chuàng)面、關(guān)節(jié)軟骨等濕態(tài)環(huán)境。另外，粘附性水凝膠的機(jī)械韌性也是需要考慮的，以削弱動態(tài)環(huán)境下的疲勞效應(yīng)。在相關(guān)粘附性水凝膠課題研究時(shí)，可從所設(shè)計(jì)的材料特性出發(fā)，綜合選取合適科學(xué)的測試手段和測試模型來驗(yàn)證自己的結(jié)論。
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