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Micromechanical Properties of Microstructured Elastomeric Hydrogels.
Macromolecular Bioscience ( IF 4.4 ) Pub Date : 2020-04-01 , DOI: 10.1002/mabi.201900360 Hang Kuen Lau 1 , Shruti Rattan 2 , Hongbo Fu 2 , Cristobal G Garcia 1 , Dylan M Barber 2 , Kristi L Kiick 1, 3 , Alfred J Crosby 2
Macromolecular Bioscience ( IF 4.4 ) Pub Date : 2020-04-01 , DOI: 10.1002/mabi.201900360 Hang Kuen Lau 1 , Shruti Rattan 2 , Hongbo Fu 2 , Cristobal G Garcia 1 , Dylan M Barber 2 , Kristi L Kiick 1, 3 , Alfred J Crosby 2
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Local, micromechanical environment is known to influence cellular function in heterogeneous hydrogels, and knowledge gained in micromechanics will facilitate the improved design of biomaterials for tissue regeneration. In this study, a system comprising microstructured resilin‐like polypeptide (RLP)–poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogels is utilized. The micromechanical properties of RLP‐PEG hydrogels are evaluated with oscillatory shear rheometry, compression dynamic mechanic analysis, small‐strain microindentation, and large‐strain indentation and puncture over a range of different deformation length scales. The measured elastic moduli are consistent with volume averaging models, indicating that volume fraction, not domain size, plays a dominant role in determining the low strain mechanical response. Large‐strain indentation under a confocal microscope enables the visualization of the microstructured hydrogel micromechanical deformation, emphasizing the translation, rotation, and deformation of RLP‐rich domains. The fracture initiation energy results demonstrate that failure of the composite hydrogels is controlled by the RLP‐rich phase, and their independence with domain size suggested that failure initiation is controlled by multiple domains within the strained volume. This approach and findings provide new quantitative insight into the micromechanical response of soft hydrogel composites and highlight the opportunities in employing these methods to understand the physical origins of mechanical properties of soft synthetic and biological materials.
中文翻译：
微结构弹性水凝胶的微机械性能。
已知局部的微机械环境会影响异质水凝胶中的细胞功能，而微机械中获得的知识将有助于改进用于组织再生的生物材料的设计。在这项研究中，使用了包含微结构化的类弹性蛋白（RLP）-聚（乙二醇）（PEG）水凝胶的系统。RLP‐PEG水凝胶的微机械性能通过振荡剪切流变法，压缩动态力学分析，小应变微观压痕，大应变压痕和穿刺在一系列不同的变形长度范围内进行评估。测得的弹性模量与体积平均模型一致，表明体积分数而不是畴尺寸在确定低应变机械响应中起主要作用。共聚焦显微镜下的大应变压痕使可视化的微结构水凝胶微机械变形，强调富RLP域的平移，旋转和变形。断裂起始能量结果表明，复合水凝胶的破坏是由富RLP相控制的，而它们与畴尺寸的独立性表明，破坏起始是由应变区内的多个畴控制的。这种方法和发现为软水凝胶复合材料的微机械响应提供了新的定量见解，并突出显示了采用这些方法来了解软合成材料和生物材料机械性质的物理来源的机会。强调RLP丰富域的平移，旋转和变形。断裂起始能量结果表明，复合水凝胶的破坏是由富RLP相控制的，并且它们与畴尺寸的独立性表明，破坏起始是由应变区内的多个畴控制的。这种方法和发现为软水凝胶复合材料的微机械响应提供了新的定量见解，并突出了采用这些方法来了解软合成材料和生物材料机械性质的物理来源的机会。强调RLP丰富域的平移，旋转和变形。断裂起始能量结果表明，复合水凝胶的破坏是由富RLP相控制的，并且它们与畴尺寸的独立性表明，破坏起始是由应变区内的多个畴控制的。这种方法和发现为软水凝胶复合材料的微机械响应提供了新的定量见解，并突出了采用这些方法来了解软合成材料和生物材料机械性质的物理来源的机会。并且它们与域大小的独立性表明，故障启动是由应变区内的多个域控制的。这种方法和发现为软水凝胶复合材料的微机械响应提供了新的定量见解，并突出了采用这些方法来了解软合成材料和生物材料机械性质的物理来源的机会。并且它们与域大小的独立性表明，故障启动是由应变区内的多个域控制的。这种方法和发现为软水凝胶复合材料的微机械响应提供了新的定量见解，并突出了采用这些方法来了解软合成材料和生物材料机械性质的物理来源的机会。
更新日期：2020-04-01
中文翻译：
微结构弹性水凝胶的微机械性能。
已知局部的微机械环境会影响异质水凝胶中的细胞功能，而微机械中获得的知识将有助于改进用于组织再生的生物材料的设计。在这项研究中，使用了包含微结构化的类弹性蛋白（RLP）-聚（乙二醇）（PEG）水凝胶的系统。RLP‐PEG水凝胶的微机械性能通过振荡剪切流变法，压缩动态力学分析，小应变微观压痕，大应变压痕和穿刺在一系列不同的变形长度范围内进行评估。测得的弹性模量与体积平均模型一致，表明体积分数而不是畴尺寸在确定低应变机械响应中起主要作用。共聚焦显微镜下的大应变压痕使可视化的微结构水凝胶微机械变形，强调富RLP域的平移，旋转和变形。断裂起始能量结果表明，复合水凝胶的破坏是由富RLP相控制的，而它们与畴尺寸的独立性表明，破坏起始是由应变区内的多个畴控制的。这种方法和发现为软水凝胶复合材料的微机械响应提供了新的定量见解，并突出显示了采用这些方法来了解软合成材料和生物材料机械性质的物理来源的机会。强调RLP丰富域的平移，旋转和变形。断裂起始能量结果表明，复合水凝胶的破坏是由富RLP相控制的，并且它们与畴尺寸的独立性表明，破坏起始是由应变区内的多个畴控制的。这种方法和发现为软水凝胶复合材料的微机械响应提供了新的定量见解，并突出了采用这些方法来了解软合成材料和生物材料机械性质的物理来源的机会。强调RLP丰富域的平移，旋转和变形。断裂起始能量结果表明，复合水凝胶的破坏是由富RLP相控制的，并且它们与畴尺寸的独立性表明，破坏起始是由应变区内的多个畴控制的。这种方法和发现为软水凝胶复合材料的微机械响应提供了新的定量见解，并突出了采用这些方法来了解软合成材料和生物材料机械性质的物理来源的机会。并且它们与域大小的独立性表明，故障启动是由应变区内的多个域控制的。这种方法和发现为软水凝胶复合材料的微机械响应提供了新的定量见解，并突出了采用这些方法来了解软合成材料和生物材料机械性质的物理来源的机会。并且它们与域大小的独立性表明，故障启动是由应变区内的多个域控制的。这种方法和发现为软水凝胶复合材料的微机械响应提供了新的定量见解，并突出了采用这些方法来了解软合成材料和生物材料机械性质的物理来源的机会。
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