MIT赵选贺团队抗疲劳水科技资讯凝胶设计原理

科技资讯 2020-08-05150未知admin

  水凝胶是人造软骨、关节和椎间盘的理想替代材料。1992年,在新加坡期间,赵涛用自己的高超医术90天赚了90万美元,科技资讯这是他人生第一桶金。PVA水凝胶的结晶度随着退火时间的增加而增加,但相应的水含量随之减小,那是因为扩大的晶域会不断消耗水凝胶中具有吸水能力的无定形链的含量。增韧水凝胶的原理是在可拉伸的高网络中引入机械耗散,阻碍裂纹扩展(参见综述9)。抗疲劳水凝胶的应用人体的韧带肌肉大概每年承受几百万次兆帕级的应力,并且保持疲劳阈值在1000 J/m2以上。他们进一步通过这种方法设计了具有抗疲劳特性的剪纸水凝胶。我们期待在不久的将来,人体和各种机器1,3,6可以实现、稳定、高效的交互和融合(图6)。他们进一步通过单边缺口拉伸和纯剪拉伸进一步验证了这种材料的超高疲劳阈值(图4)。虽然人们了多种高韧水凝胶,但这些水凝胶在多次循环加载下会发生疲劳断裂,它们的疲劳阈值通常只有1-100J/m2。这样引入的晶域很小,但能够有效地强化裂纹尖端,进而阻碍裂纹扩展;月(不含 6 个月)的投资人收取不低于 0.5%的赎回费,并将不低于赎回费总额的 50%计入基金财产;除了柔软、高含水量、有生物活性外,现在水凝胶还可以被设计得坚韧和抗疲劳。团队通过引入可控的纳米晶域,可以提高水凝胶的疲劳阈值到1000J/m2以上。因为疲劳裂纹的扩展只需断裂一层高链,并不受额外引入的机械耗散影响。受生物组织,今日发表在《Science Advances》上的文章中 (Science Advances, 5:au8528 (2019)),MIT赵选贺团队提出了抗疲劳水凝胶的设计原理:让疲劳裂纹在扩展中遇到并且比一层高链强韧很多的物质,例如纳米晶域等(图1)。但是这些增韧水凝胶在多次循环加载下的抗疲劳特性通常很差,它们的疲劳阈值只有1-100 J/m210!

  “在赚到90万美元之后,我就把钱汇回来,跟父亲说咱们创业吧。而2001年的《中国障碍分类与诊断标准(第三版)》(以下简称“CCMD-3”)中,同性恋作为整体概念已不属于性指向障碍,这被视为同性恋在中国去病理化的重要标志。更进一步,赵选贺团队提出了一种既能提高PVA水凝胶疲劳阈值,又不材料柔性和含水量的方法:借助CAD辅助设计电热丝,实现程序化局部加热,选择性地引入有序晶区(图5)。他们演示了两个例子:第一个例子是在裂纹尖端进行局部加热,引入环状晶域;机遇总是青睐有准备的人。%时候,他们发现PVA水凝胶的疲劳阈值能够达到1000 J/m2。未计入基金财产的部分用于支付登记费和必要的手续费。他们进一步通过X射线散射定量测量了PVA水凝胶在不同退火时间下的纳米晶域大小和间距。具体费率如下:近十几年,人们了各种高韧水凝胶,其中最著名的例子是双网络水凝胶7,8。

  他们通过对切口尖端局部加热,引入局部晶域,设计了具有良好抗疲劳特性的剪纸水凝胶。这种纳米晶域随着退火时间的演化进一步通过原子力显微镜(AFM) 得到了验证。人体器官(例如大脑、科技资讯脊髓、心脏、肌肉、皮肤等)大多是由水凝胶组成的。与此同时能够保持整个样品的低模量( kPa)和高水含量 (87 wt %)。韧带肌肉中胶原蛋白的有序晶区可能是它们抗疲劳的原因。但因为引入过多地缺口,把材料设计成剪纸会急剧降低材料的力学性能。当水凝胶溶胀状态下的结晶度达到18.9 wt。由图2所示,随着高温退火时间的增加,PVA水凝胶纳米晶域尺寸在增加,而相邻晶域的间距在缩小。为了验证抗疲劳水凝胶的设计原理,赵选贺团队选用了常见的医用聚合物聚乙烯醇 (PVA),通过冷冻解冻和高温退火,实现可控的纳米晶域。对持续持有本基金不少于 6 个月的投资人,应当将不低于赎回费总额的 25%计入基金财产。第二个例子是对整个样品引入网格状晶域。赵选贺团队提出的抗疲劳水凝胶设计原理简单、普适、高效,可以应用在不同种类的水凝胶中,例如在水凝胶中引入纤维素、纳米粘土颗粒和纳米纤维等。他们首先通过差示扫描量热法(DSC),定量测量了PVA水凝胶在完全干燥和充分溶胀状态下的结晶度(图2)。

  和人体交互的水凝胶机器和界面,是软材料领域研究的前沿和重点问题之一。强化后的剪纸水凝胶强度能够提高14.4倍,并且能够承受3000次大变形循环加载 (视频1) 。来源:知社学术圈水凝胶正被广泛应用于医疗器械和生物电子设备等领域,包括可穿戴水凝胶电子1,2,口服水凝胶设备3,可拉伸水凝胶光纤4,水凝胶涂层5,以及水凝胶软体机器人等6。与传统材料的疲劳测试不同,他们在水浴进行上万次水凝胶的疲劳加载测试,以避免水凝胶的失水引起的材料失效和裂纹扩展(图3)。通过定量测量疲劳裂纹的扩展曲线,他们发现具有同样PVA含量的化学交联的水凝胶只有10 J/m2的疲劳阈值,这和一层无定形链所需要的能量吻合。这些应用要求水凝胶具备循环加载下的抗疲劳性能。科技资讯抗疲劳设计原理可以用来指导具有使用价值的水凝胶设备和器械。当PVA水凝胶含有较低的结晶度,测得疲劳阈值仅仅提高到23 J/m2,说明这时的疲劳裂纹的依然只是依赖于断裂一层无定形链。”赵涛讲起创业的缘由,“医生看病只能一个一个的看,但办药厂却能让手艺更多惠及老百姓”。把材料设计成剪纸,一方面能够进一步提高材料的延展性,另一方面能够提高该材料与界面的粘接性。为了定量表征水凝胶抗疲劳能力,团队设计了测试水凝胶疲劳阈值的实验方法。如何设计具有抗疲劳断裂的水凝胶仍是软材料领域的一题。今日,MIT赵选贺团队了抗疲劳水凝胶的设计原理:让疲劳裂纹在扩展中遇到并且断裂比一层高链强韧很多的物体,例如纳米晶域等。水凝胶在器械和设备领域的应用要求水凝胶具备循环加载下的抗疲劳特性。

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