它可由聚合物、蛋白質(zhì)、多肽、膠體、表面活性劑或者脂類(lèi)物質(zhì)產(chǎn)生。水凝膠具有很強(qiáng)的吸水能力，因此可應(yīng)用于許多生物學(xué)領(lǐng)域，包括藥物遞送和組織工程。吸收水分后水凝膠的性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，因此科學(xué)家們需要準(zhǔn)確表征水凝膠在不同水飽和度以及在變化條件下的行為特性。

       天然形成水凝膠的一個(gè)示例是膠原蛋白，它是人體主要的結(jié)構(gòu)蛋白。膠原蛋白具有纖維特性，因此是構(gòu)建組織結(jié)構(gòu)的理想材料。膠原蛋白分子以長(zhǎng)纖維的形式緊密排布在一起，而且某種確切的結(jié)構(gòu)排布可以產(chǎn)生拉伸強(qiáng)度與鋼相似但具有一定柔韌性的原纖維。 

       膠原蛋白非凡的結(jié)構(gòu)特性和生物相容性使其成為一種使用廣泛的材料，特別是用于組織工程中的基礎(chǔ)框架材料。膠原蛋白是一種天然材料，其質(zhì)量在不同的樣品間存在差異。因此，以膠原蛋白為基礎(chǔ)材料制造具有一致性能的產(chǎn)品往往存在挑戰(zhàn)性。但是，天然起始原料所固有的差異性難題并非不可戰(zhàn)勝，我們需要的僅僅是進(jìn)行正確的材料性能測(cè)試，以預(yù)測(cè)材料在應(yīng)用中的行為。

      在本文中，我們將使用膠原蛋白作為對(duì)水凝膠進(jìn)行表征的主要示例。但是，同樣的技術(shù)也可應(yīng)用于任何材料來(lái)源的任何水凝膠。

水凝膠流變學(xué)

       流變學(xué)是衡量液體和固體的流動(dòng)和變形行為的學(xué)科，是研究如膠原蛋白等水凝膠的一個(gè)理想方法。水凝膠具有固有的粘彈性質(zhì)，也就是說(shuō)，它們可同時(shí)表現(xiàn)出粘性行為和彈性行為。動(dòng)態(tài)（振蕩）流變學(xué)可對(duì)這些復(fù)雜材料進(jìn)行表征，并給出粘彈性的定量測(cè)量報(bào)告：

◆ 儲(chǔ)能模量：使樣品發(fā)生扭曲需要施加的能量 

◆ 損耗模量：材料變形后恢復(fù)其原有形狀時(shí)所損失的能量 

◆ 損耗角正切：損耗模量與儲(chǔ)能模量的比值，該指標(biāo)用于測(cè)量水凝膠的阻尼能力 

      在試圖了解不同水凝膠樣品在交聯(lián)度、玻璃化轉(zhuǎn)變、異質(zhì)性和分子量方面存在的差異以及這些差異如何影響使用性能時(shí)，對(duì)這些粘彈性指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量至關(guān)重要。流變儀可輕松測(cè)量粘彈性，是優(yōu)化上述特性的理想工具。 

       另一個(gè)重要指標(biāo)是屈服應(yīng)力，該指標(biāo)對(duì)于衡量水凝膠也很關(guān)鍵。很多水凝膠均為可注射性材料，而屈服應(yīng)力之所以重要的原因是，該指標(biāo)決定了在注射點(diǎn)保留水凝膠的程度。剪切響應(yīng)也決定了水凝膠溶液在注射時(shí)的難易程度。 

      不同的膠原蛋白起始材料可以具有非常不同的物理和熱學(xué)性質(zhì)，研究者們需要在實(shí)際應(yīng)用條件下對(duì)膠原蛋白進(jìn)行詳細(xì)表征，以選擇用于特定用途的材料。流變學(xué)測(cè)試設(shè)備的快速篩選能力使得膠原蛋白的工業(yè)生產(chǎn)既高效又具有成本效益。

     TA儀器標(biāo)志性流變儀Discovery混合流變儀（DHR）是流變學(xué)測(cè)量?jī)x器。DHR便于使用，測(cè)試范圍廣泛，可以執(zhí)行對(duì)表征水凝膠至關(guān)重要的多種標(biāo)準(zhǔn)和高級(jí)分析測(cè)量。

       Discovery混合流變儀可通過(guò)多種標(biāo)準(zhǔn)操作程序對(duì)膠原蛋白水凝膠進(jìn)行質(zhì)量控制，包括粘彈性評(píng)估，以及評(píng)估在哪些壓力條件下變形水凝膠的彈性開(kāi)始消失。該項(xiàng)評(píng)估對(duì)水凝膠而言尤其重要，因?yàn)樵诤艿偷膽?yīng)變百分?jǐn)?shù)下表現(xiàn)出此類(lèi)粘彈性的樣品將不適用于制備終產(chǎn)品。Discovery混合流變儀使得快速篩選出適合于特定醫(yī)療應(yīng)用的候選材料成為了可能。

       Discovery混合流變儀的設(shè)計(jì)目的是在簡(jiǎn)單和高級(jí)測(cè)量中均易于使用。儀器與TRIOS AutoPilot軟件也是兼容的，可以創(chuàng)建自動(dòng)化常規(guī)程序，包括測(cè)量、分析和生成報(bào)告。對(duì)于時(shí)間是其關(guān)鍵考量因素的工業(yè)生產(chǎn)而言，該軟件可加速?zèng)Q策制定進(jìn)程并縮短新用戶(hù)的培訓(xùn)時(shí)間。

      對(duì)于流變學(xué)測(cè)量，Discovery混合流變儀擁有多個(gè)溫度系統(tǒng)和溫度室，包括一個(gè)相對(duì)濕度系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于在不同環(huán)境條件下測(cè)量吸濕性水凝膠。

      Discovery混合流變儀能夠在同一臺(tái)儀器上以不同的溫度控制條件執(zhí)行旋轉(zhuǎn)流變學(xué)和線(xiàn)性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析。Discovery混合流變儀擁有出色的靈敏度，因此可以測(cè)量多種硬度的材料，包括鋼以及較柔韌的膠原蛋白。