愈合
關(guān)注創(chuàng)建者：琳泓comsol 創(chuàng)建時間：2020-08-27
愈合的實例教程
通過控制交聯(lián)度便捷制備了對溶劑具有不同的溶脹度的聚肟氨酯模塊，模塊之間由于其自愈合性，可以組裝結(jié)合為異質(zhì)復合結(jié)構(gòu)，通過不同模塊簡單自由的組合，可以靈活構(gòu)建在溶劑刺激下驅(qū)動行為各異的軟體機器人；這些組裝的機器人能夠被任意裁剪成簡單模塊，再重新愈合組裝，構(gòu)筑具有新的驅(qū)動行為的軟體機器人(圖1)。
圖2. 自愈合聚肟氨酯材料設(shè)計及宏觀任意愈合組裝策略展示
圖2以雙層驅(qū)動器為例，闡述了自愈合軟體驅(qū)動器的構(gòu)建和重構(gòu)過程。交聯(lián)的聚肟氨酯(CPDOU)和線性的聚肟氨酯(NPDOU)無縫愈合為一個異質(zhì)結(jié)構(gòu)。動態(tài)肟氨酯鍵在異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面處重組，賦予了驅(qū)動器良好的界面結(jié)合強度。不同交聯(lián)度的聚肟氨酯在溶劑中的溶脹速率和溶脹度不同，從而雙層結(jié)構(gòu)的驅(qū)動器能在溶劑刺激下發(fā)生可逆的變形(圖3)，并在循環(huán)驅(qū)動中展現(xiàn)了出色的穩(wěn)定性。通過調(diào)整兩層的幾何參數(shù)可以有效調(diào)控驅(qū)動器在溶劑刺激下的變形程度。
圖3. 雙層驅(qū)動器的驅(qū)動性能及良好界面結(jié)合。
驅(qū)動器的自愈合性是實現(xiàn)宏觀任意愈合組裝策略的關(guān)鍵。作者考察了上述雙層驅(qū)動器在切斷后原位愈合和翻轉(zhuǎn)后再對接愈合兩種組裝模式對驅(qū)動器的愈合性能的影響(圖4)。由于斷裂面之間的動態(tài)肟氨酯鍵和氫鍵的作用，驅(qū)動器在兩種愈合模式下均展現(xiàn)出快速的愈合。在室溫愈合15 min后，在兩種模式下愈合樣條均展現(xiàn)出了良好的力學性能的恢復，可以被拉伸到至少200%而不發(fā)生斷裂。
圖4.
展開 傳統(tǒng)的二次電池、太陽能電池等都很難匹配這些器件的多功能性，例如：高的拉伸形變能力、高透明度、甚至自愈合功能。盡管目前很多研究在一定程度上實現(xiàn)了各類柔性能源器件，但由于各自材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制，這些能源器件很難同時兼具這三種功能。
中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所蒲雄研究員、胡衛(wèi)國研究員和王中林院士團隊近來報道了一種基于摩擦起電與靜電感應效應的摩擦納米發(fā)電機（TENG），該能源器件同時具有高拉伸形變能力、高透明度和自愈合功能。該工作首先制備了一種具有自修復功能、透明的彈性體（H-PDMS），該彈性體為含有亞胺鍵的PDMS（如圖1），基于席夫堿反應，含有可逆亞胺鍵的PDMS彈性體在受損后可自發(fā)高效愈合，愈合過程可在室溫下完成，無需加熱、光照等外界刺激，機械彈性愈合效率可達94%。
圖1. 制備的彈性體的自愈合機制。
隨后，他們制備了銀納米線和PEDOT:PSS復合膜作為導電電極。盡管復合導電膜本身不具備延展性，但通過預拉伸轉(zhuǎn)移—預應力釋放—彎曲褶皺的方法（圖2），可制備具有褶皺狀的Ag-PEDOT復合電極，從而使電極及最終的器件具有可拉伸變形性能，電極在預應力范圍內(nèi)拉伸，電阻大小幾乎沒有變化。由于基底H-PDMS具有自愈合功能，受損后基底的修復過程會帶動斷裂的Ag-PEDOT復合電極重新實現(xiàn)電接觸（圖3），從而實現(xiàn)電極的電愈合。相比于平整的電極膜，褶皺狀結(jié)構(gòu)的Ag-PEDOT導電層在外界應力下機械損傷小，因而具有更穩(wěn)定的電愈合性能，使用刀片切斷3次后均能恢復導電，電阻升高約60~170%每次。此外，該工作研究了預拉伸應力大小與器件透光度之間的聯(lián)系。
圖2. 自愈合、透明、可拉伸摩擦納米發(fā)電機的制備、結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3. 褶皺狀電極的電愈合示意圖、及愈合前后的對比照片，其中（i）是切口，（ii-iv）愈合后的照片。
展開 雖然之前也有自愈合塑料，環(huán)氧樹脂，但復合材料更輕、強度更高、更耐腐蝕、制造也更方便，被廣泛地用在航空航天、市政工程、交通運輸、化學化工、綠色能源、體育用品等不同領(lǐng)域。
隨著人類探索太空、利用太空活動的增加，復合材料已經(jīng)成了航天工程不可或缺的材料。目前，在地球軌道上的衛(wèi)星、空間站等航天器越來越多，還有飛向月球和更遙遠火星的航天器。設(shè)想一下，這些航天器一旦受傷了怎么辦？
當動物和植物受傷后，傷口會自己長好，在醫(yī)學上叫“自愈合”。科學家模仿動植物的傷口自愈合功能，開發(fā)了一種神奇的能使“傷口”自愈合的復合材料，用這種使材料制造的航天器在太空中受傷后能自己愈合傷口，復合材料的力學性能得到恢復，從而大大延長航天器的壽命。
制造傷口能自愈合的復合材料，要預先將包了活性樹脂的微膠囊和催化劑分散在復合材料中。微膠囊的結(jié)構(gòu)類似于我們平常吃的雞蛋，有一個硬質(zhì)外殼，里面包著液體樹脂，但是它很小，直徑在1微米-500微米左右，只有雞蛋直徑的百分之一左右。當復合材料受傷開裂時，微膠囊的外殼發(fā)生破裂，樹脂流出來遇到催化劑后發(fā)生化學反應，樹脂的狀態(tài)從液態(tài)轉(zhuǎn)變成堅硬的具有很好力學性能的固體，將復合材料的傷口合起來。這項技術(shù)可用于保護包括軍用設(shè)備和建筑材料在內(nèi)的任何物品，并可能在緊急情況下或難以到達的工作場所中運用，節(jié)約時間和人力。
復合材料自愈合的原理不難理解，但要做到實際應用，還要攻克很多難題，目前科學家能使復合材料自愈合后的力學性能恢復到原來的80%左右，而之前的新型自愈合塑料只能達到60%，已經(jīng)非常接近實用水平。自愈合復合材料發(fā)展前景光明，發(fā)展?jié)摿薮螅谠S多工業(yè)領(lǐng)域都亟待我們創(chuàng)新性地去開發(fā)、應用。
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展開 研究人員設(shè)計了一種新型智能創(chuàng)可貼，其內(nèi)置處理器可追蹤傷口愈合過程。
據(jù)英國《每日郵報》7月6日報道，研究人員設(shè)計了一種新型智能創(chuàng)可貼，其內(nèi)置處理器可追蹤傷口愈合過程，檢查傷口是否感染或發(fā)炎，從而管控一天內(nèi)傷口所需的藥物劑量，促進傷口愈合。
根據(jù)美國馬薩諸塞州塔夫茨大學的研究表明，這些正在實驗室測試的創(chuàng)可貼可以幫助解決由于燒傷、糖尿病和其他疾病引起的慢性傷口皮膚的再生問題。
慢性傷口的pH值是監(jiān)測傷口愈合情況的一個指標。正常愈合的傷口的pH值在5.5到6.5之間，而未愈合的感染傷口的pH值可能遠高于6.5。傷口發(fā)炎的狀況可通過溫度或具體的生物標記監(jiān)測。
根據(jù)發(fā)表在《Small》期刊上的一項研究表明，智能創(chuàng)可貼通過使用一系列傳感器來協(xié)助皮膚自然愈合。智能創(chuàng)可貼的微處理器通過傳感器讀取傷口的pH值和愈合情況，按需從其載體中釋放抗生素。
這些微處理器是可以重復使用的，不僅如此，研究人員還選擇了可以保證創(chuàng)可貼的低成本和一次性使用的組件。這些都附著在透明醫(yī)用創(chuàng)可貼上，整體厚度不超過3毫米。
美國塔夫茨大學工程學院電氣與計算機工程學院博士，也是該研究的合著者薩米爾(Sameer Sonkusale)說，“創(chuàng)可貼至今幾乎沒有改變過。柔性電子技術(shù)出現(xiàn)，讓我們可以采用一種新的方法設(shè)計創(chuàng)可貼，讓創(chuàng)可貼和現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合起來，改善我們面臨的棘手的醫(yī)學問題。”
目前，智能創(chuàng)可貼已經(jīng)在體外條件下被研發(fā)和測試成功，臨床前研究正在進行中。
來源：環(huán)球時報-環(huán)球網(wǎng)
展開 超音波之所以這么受醫(yī)界歡迎，主要是它不涉及輻射，因此比 X 光等檢驗工具安全，體積小、價格也較便宜，但你可能沒想到，這普通的音波震蕩儀器，居然能讓傷口如快轉(zhuǎn)般地加速愈合。
由英國雪菲爾大學（University of Sheffield）及布里斯托大學（University of Bristol）的科學家們合作，近日發(fā)布于國際皮膚病學研究期刊（Journal of Investigative Dermatology）：使用低強度超音波，能夠刺激傷口細胞，讓皮膚潰瘍及褥瘡愈合時間加速 30%。
身體愈合機制
人類傷口愈合機制其實非常復雜，想像一下傷口就像地面破個大洞，而水管破裂導致水源源不絕涌出。最開始的“凝血期”，由血球及血纖維蛋白凝結(jié)成血塊，如沙包般的封擋住傷口；第二期為“炎癥期”，受傷細胞將釋放出組織胺等促發(fā)炎分子，讓傷處血管擴張、通透性增加，因此富含白血球和血清蛋白質(zhì)的液體，能滲入組織清除細菌和壞死物質(zhì)。而后續(xù)更多不同功能的白血球大兵加入，并由炎癥細胞吞蝕消滅（phagocytosis），就像接力般將不利傷口愈合的異己鏟除。
最后進入“增生期”，多種物質(zhì)進入傷口區(qū)，如纖維母細胞（fibroblast）將產(chǎn)出纖維細胞（fibrocyte），并制造出膠原蛋白，這就像在傷口架起鷹架來，供重建雛形。而肌纖維母細胞（myofibroblast）則產(chǎn)生收聚力量，讓傷口縮小，再藉由表皮增生作用（epithelialization），上皮細胞會一層層覆蓋于纖維組織上，逐漸增厚，愈合工作大功告成。
對于健康的人來說，很難想像傷口愈合會是多么重要，但在糖尿病、抽煙或年老患者身上，末梢血液循環(huán)不佳、白血球功能不良、膠原蛋白合成減少等原因，都讓復元之路迢迢，一不小心就慢性發(fā)炎甚至造成感染。
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愈合的最新內(nèi)容
此前，該團隊成功地模擬了人體骨骼對機械載荷的反應，并用仿真演示了骨骼組織如何在骨折后愈合。他們通過涉及微流體和細胞培養(yǎng)的體外實驗室工作驗證了他們的模型。該團隊將從這一經(jīng)驗中獲得的技術(shù)應用于多尺度計算模型的開發(fā)，這些模型可以對腫瘤在治療后的生長和腫瘤退縮進行預測和仿真。
Ansys產(chǎn)品的仿真功能對于M2BE團隊在薩拉戈薩大學開展的研究和實驗至關(guān)重要。
平面應力脆性斷裂相場AT2模型10個月前
更新格式為:
剛度矩陣為：
為了保證損傷不能愈合，即：
需要做出一些修改，即取歷史上最大的彈性應變能，即：
4 代碼
代碼在附件中的src文件夾下，包含有函數(shù)支持文件AT2_plane_stress_uel_pack.f90和主函數(shù)AT2_plane_stress_uel_main.f90，可運行run_obj.bat生成相應的obj文件，即AT2_
生物力學分析：可以模擬骨骼和軟組織中的裂紋擴展和損傷愈合等過程。
三、Abaqus 中疲勞分析與 XFEM 的結(jié)合
將 Abaqus 中的疲勞分析和 XFEM 結(jié)合起來，可以更準確地預測結(jié)構(gòu)在疲勞載荷下的壽命。
更新格式為:
剛度矩陣為：
為了保證損傷不能愈合，即：
需要做出一些修改，即取歷史上最大的彈性應變能，即：
4 代碼
《斷裂相場法》書中提供了傳統(tǒng)脆性斷裂相場模型的二維UEL代碼。本文將其拓展為三維情況。
UEL需要更新單元的剛度矩陣和右端項，公式在理論部分已詳細給出。
圖3說明三水合乙酸鈉凝膠具有良好的自愈合性能。
圖 3 鹽凝膠融化后的自愈特性。a)照片顯示了被破壞成三塊的凝膠在自愈合后承受高拉伸變形而不破損。b)自愈鹽凝膠的光學顯微鏡圖像，顯示自愈合在10分鐘后幾乎完全自愈。c)凝膠在自愈合0-5次后的結(jié)晶速度(自愈合過程包括將凝膠加熱到熔化后慢慢冷卻到室溫，在室溫下保存5min)。
插圖是光熱效應加熱材料的示意圖; (b)可穿戴透明MXene & AgNP涂層，具有光驅(qū)動可愈合性能; (c)光熱治療用生物基材料微針貼片。
圖7.用于被動溫度調(diào)節(jié)的汗液蒸發(fā)。
如同人骨折后，將骨縫對好，斷骨結(jié)合將自愈合的功能。
2.地下管道監(jiān)測：光纖傳感技術(shù)可以用于監(jiān)測地下管道的泄漏、變形等問題。通過將光纖傳感器埋入地下管道中，可以實時監(jiān)測管道的溫度、壓力、應變等參數(shù)，以及檢測管道是否存在泄漏、破裂等問題。
3.地基和土壤監(jiān)測：光纖傳感技術(shù)可以用于監(jiān)測地基和土壤的變形、穩(wěn)定性等問題。
人們普遍認為，2000°C以上的高溫退火可以使石墨烯材料的缺陷愈合并提高結(jié)晶度。通過控制石墨化溫度和壓力，可以獲得與PGS相似的導熱系數(shù)。盡管高溫退火有許多優(yōu)點，但在GF退火過程中也存在一些需要解決的問題。例如，氧基團的分解導致CO2或CO氣體的形成，這可以增加層距，甚至形成氣穴(如圖4所示)，從而降低石墨烯薄片在薄膜中的排列。
圖4.相變薄膜的自愈合過程。
圖5.相變膜光學圖片以及材料的TGA/DSC曲線。
圖6.熱管理性能應用示意圖。
(d) CHDN被切割(i)、愈合15 (ii)、30 (iii)和60 (iv)分鐘的光學顯微照片。(e) CHDN片被切割成兩段(i)并完全愈合(ii)的數(shù)碼照片。(f) CHDN被切割(i)并回收(ii)的數(shù)碼照片。
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T
g) 越低，表明聚合物在環(huán)境溫度下的鏈遷移率越高，而高的T
g代表了較慢的鏈段動力學。
