一、水凝膠介紹

水凝膠是一類具有三維高分子網(wǎng)絡結構的材料，關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)絡結構，還具有一定的親水性，結構中含有大量水分，在以水為分散介質的環(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、傳感器等領域有著大量的研究成果。因此，我們將圍繞這類應用對水凝膠材料的主要性能檢測評價方法做出簡要的介紹。

二、水凝膠力學測定儀儀器介紹

水凝膠力學測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機型。儀器采用了精良力量感應元、高性能電機及耐磨精準轉軸，操作智能，且*.該款水凝膠力學測定儀特別適用于醫(yī)藥、化工材料的物性指標測定，如水凝膠的硬度、水凝膠剛性、水凝膠楊氏模量等指標、凝膠薄膜拉伸強度、樹脂材料的屈服性能、藥品剛性測定、凝膠的通針性測定等。通過對水凝膠材料可用于分析細胞外基質、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進行客觀分析。從而為水凝膠的研發(fā)、工藝優(yōu)化及應用拓展提供客觀分析數(shù)據(jù)。

三、水凝膠力學檢測原理

高分子材料的物理力學性能是一項非常重要的性能指標。水凝膠的力學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，應力與應變之間的比例關系就是楊氏模量，也被稱為彈性模量。目前測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）簡單易行，對材料施加一定拉力并測量形變即可計算楊氏模量。該實驗是在規(guī)定的實驗溫度、速度和濕度的條件下，利用對樣品施加沿縱軸方向的靜態(tài)拉伸負荷，直至樣品被拉斷，在此過程中可以得到樣品形變的應力-應變曲線，其中應力σ

σ=F/A，即單位橫截面積所受力；

應變ε

ε=Δl/l₀，即材料拉伸形變長度較之原長的程度；

通過應力-應變曲線可以得到拉伸強度、拉伸斷裂應力、拉伸屈服應力以及拉伸彈性模量等。對于水凝膠來說，彈性模量是主要的力學表征參數(shù)。根據(jù)胡克定律，物體在彈性限度內(nèi)，應力與應變成正比，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失去部分含水量，影響測量結果，因此，有研究會采用將水凝膠置于水中進行測量的方法來減小誤差。

圖1 典型的應力-應變曲線

水凝膠應用在細胞領域時，常常需要與其他硬性材料結合在一起使用，這樣一來利用拉伸法測量彈性模量就會受到硬性材料表面的影響，無法準確測量力學參數(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機等儀器，對柱狀樣品施加壓力，測量樣品壓縮形變，得到應力-應變圖。從圖中選擇合適的應變范圍，并對該區(qū)域內(nèi)曲線作斜率得到壓縮模量。

四、水凝膠力學測定儀規(guī)格參數(shù)：

1.測試方法全面：單次測試、重復測試，全質構測試，疲勞測試，蠕動測試，彈性恢復等，數(shù)據(jù)分析時，用戶可直接指選所要的參數(shù)，內(nèi)置軟件即可自動計算結果。

2.儀器操作便捷：（1）實驗過程通過7.0英寸大觸摸屏完成。無需連接電腦，只需點擊觸摸屏上的對話框可以進行儀器各種操作。具有用戶管理、實驗方法錄入、實驗控制管理、結果分析、硬件設置等功能；（2）通過軟件操作，可以導入自帶方法庫，數(shù)據(jù)直接呈現(xiàn)，無需編程。

3.數(shù)據(jù)直觀實時顯示：屏幕顯示實時變化曲線，曲線含有標度，可放大縮小查看曲線。用戶直觀看到檢測數(shù)據(jù)的變化。

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

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

10.軟件操作便捷、功能齊全：軟件具有分析數(shù)據(jù)、知識演示的功能。中英文隨時切換，進行各類樣品的質構分析與物性測試。軟件測試過程中，軟件帶有實時顯示框，檢測過程數(shù)據(jù)可以實時顯示，用戶可直接觀察檢測圖譜變化。目前軟件著作權的軟件具有以下幾大特殊功能：

軟件自帶有方法庫

軟件自帶教學視頻：