Advanced Materials
胶体颗粒水凝胶作为脆性屈服应力流体：流测试和KDR模型揭示其瞬态屈服行为
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本研究通过Kamani-Donley-Rogers（KDR）模型结合Brittility（Bt）参数，系统性地揭示了胶体颗粒水凝胶的瞬态流变行为。研究不仅量化了不同微凝胶特性对流变性能的影响，还建立了材料设计参数与屈服行为之间的联系，为生物医学中注射、3D生物打印和原位稳定化等应用提供了重要的理论框架。
文献概述
本文《Granular Hydrogels as Brittle Yield Stress Fluids》，发表于《Advanced Materials》杂志，回顾并总结了胶体颗粒水凝胶的流变行为，特别关注其剪切变稀、自愈合以及瞬态屈服过程。研究通过实验和建模手段，将Brittility参数引入屈服流体模型，成功捕捉材料从弹性固体到粘性流体的过渡行为。
背景知识
水凝胶在生物医学领域已有广泛研究，尤其在组织工程和药物递送中。然而，传统的流变测试往往忽略瞬态屈服与恢复过程，而仅关注整体动态模量或剪切变稀行为。胶体颗粒水凝胶由于其独特的微结构和孔隙网络，在细胞培养、3D打印和体内组织修复中展现出更高的适配性。尽管如此，其机械行为的复杂性仍为设计和应用带来挑战。研究通过引入Brittility参数，提供了一种统一框架，可预测材料在不同应力条件下的响应，从而为水凝胶的理性设计提供支持。该模型不仅适用于单一微凝胶系统，也适用于多组分颗粒混合物，为复杂水凝胶系统提供了可扩展的流变描述方法。
研究方法与实验
研究团队通过微流控乳化和批量乳化法合成不同尺寸和聚合物含量的聚乙二醇（PEG-4MAL）和明胶微凝胶（GelMAL）。随后，通过流变测试（包括频率扫描、振幅扫描和自愈合测试）获取材料的线性与非线性流变数据。采用KDR模型，结合Brittility（Bt）因子，对材料的屈服应力、弹性模量、结构粘度等参数进行拟合与分析。
关键结论与观点
研究意义与展望
该研究为胶体颗粒水凝胶的理性设计提供了坚实的理论基础，尤其在3D生物打印、细胞培养和组织修复中。未来工作可拓展至多组分微凝胶体系，结合细胞嵌入实验，进一步研究brittility因子与细胞重塑行为之间的关系。此外，模型还可用于优化材料的加工条件，以提升注射或打印后的结构稳定性与功能恢复。
结语
本研究通过引入brittility因子的KDR模型，首次系统性地描述了胶体颗粒水凝胶的屈服与恢复行为。该模型不仅能够捕捉单一微凝胶与混合微凝胶体系的流变特性，还为材料设计提供了参数化框架。研究结果表明，微凝胶组成、尺寸分布和聚合物浓度对屈服应力、弹性模量和结构粘度有显著影响，而brittility因子是控制材料脆性行为的核心参数。这一成果为水凝胶在生物医学中的应用提供了关键指导，特别是在注射、打印和体内稳定化过程中，有助于更精准地调控材料的力学响应，以适应不同生理环境与操作条件。未来研究可进一步结合细胞嵌入系统，探索brittility变化与细胞功能之间的耦合机制，推动水凝胶材料的个性化设计与应用拓展。
