星状体水凝胶通过互穿网络模拟组织的力学性能

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许多软组织在响应轴向应变时表现出压缩硬化和拉伸软化的机械性质,但对于理想链来说普通的水凝胶要么是惰性的,要么对于半柔性聚合物来说表现出与组织相反的机械性能。在这篇论文中,我们描述了一类在结构上不同于组织但在机械性能上类似于组织的星状体水凝胶。具体来说,两亲性双子星分子的多级自组装产生了具有共同核心和发散生长的放射性半柔性丝带的星状体。相邻的星状体通过其外围丝带的交错适度地互穿,形成凝胶网络。星状体水凝胶的机械性能与组织的机械性能类似,在压缩时变硬,在拉伸时变软,不同凝胶成分的所有实验数据都集中到单一的主曲线上。我们提出了一个简单模型来定量地重现重要曲线,并且揭示了星状体-星状体形成互穿网络对于其机械性能起着的决定作用。目前的互穿机制与组织或混合组织模拟物中提出的细胞或颗粒包含机制有着根本的不同。压缩显著地扩展了互穿网络的区域,在此期间,有效交联的数量增加、互穿网络的机械性能增强,而拉伸则恰好相反。展望未来,这种独特的互穿机制可能为机械类组织材料的设计和构建提供新的视角,从而设计出一种在几何和力学性能方面具有吸引力的新型材料。
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