軟組織材料的案例
人體頭骨+軟組織系統(tǒng)爆破損傷仿真分析
由于動(dòng)物模型無(wú)法直觀動(dòng)態(tài)地觀察到模型內(nèi)部的致傷過(guò)程，加上頜面部解剖結(jié)構(gòu)精細(xì)、組織器官生物力學(xué)性質(zhì)相差大，無(wú)法采用人工材料進(jìn)行模擬，所以頜面部火器傷的研究中，尚無(wú)可以用于致傷過(guò)程中生物力學(xué)機(jī)制研究的模型，這也是目前相關(guān)研究的瓶頸之一。
工況簡(jiǎn)介：
咬肌外側(cè)施加爆破載荷，采用采用流固耦合的分析方法，下頜骨、外側(cè)咬肌和面部軟組織施加單元失效，空氣域施加無(wú)反射邊界。
結(jié)果動(dòng)畫(huà)：
《AFM》中科大高懷嶺/俞書(shū)宏院士、同濟(jì)王佐林：仿生層狀殼聚糖支架用于軟牙齦組織再生
【背景】
牙齦是一種高度堅(jiān)韌和有彈性的生物軟組織，具有多層結(jié)構(gòu)，可保護(hù)牙齒和下方骨骼。理想的牙齦組織替代品應(yīng)具有良好的生物相容性、機(jī)械強(qiáng)度、易于操作和生物降解性，以實(shí)現(xiàn)組織再生。不幸的是，沒(méi)有商業(yè)軟組織工程產(chǎn)品完全適用于粘膜齦手術(shù)。膠原基質(zhì)具有與牙齦相似的結(jié)構(gòu)，已被廣泛用作牙科診所的商業(yè)產(chǎn)品。然而，目前尚不清楚細(xì)胞膠原真皮基質(zhì)移植物在牙齦再生方面是否比其他材料更好。
【摘要】
最近，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
高懷嶺副研究員
、
俞書(shū)宏院士
，與同濟(jì)大學(xué)附屬口腔醫(yī)院
王佐林主任醫(yī)師
團(tuán)隊(duì)合作共同展示了一種軟牙齦組織再生的新策略（圖 1）。一種新型層狀殼聚糖支架 (LCS) 模仿附著牙齦的層狀結(jié)構(gòu)，用于容納不同種類的細(xì)胞，以促進(jìn)牙齦組織再生。隨著雙向冰模板技術(shù)的實(shí)施，獲得的LCS具有典型的長(zhǎng)程多孔層狀微觀結(jié)構(gòu)，每個(gè)層狀中有許多隨機(jī)分布的孔隙，使整個(gè)支架相互連接。LCS 與之前報(bào)道的多孔殼聚糖支架明顯不同，在水合狀態(tài)下表現(xiàn)出良好的形狀記憶功能和優(yōu)異的機(jī)械性能，非常適合體內(nèi)軟組織增強(qiáng)。此外，體外和體內(nèi)研究表明，LCS 可以作為牙科臨床應(yīng)用中軟牙齦組織再生的新候選者。文章Biomimetic Lamellar Chitosan Scaffold for Soft Gingival Tissue Regeneration發(fā)表在期刊《Advanced Functional Materials》。
【主圖導(dǎo)讀】
圖1，層狀殼聚糖支架（LCS）的制備和應(yīng)用示意圖。A) 通過(guò)雙向冷凍方法制造 LCS。B) 通過(guò)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化，植入 LCS 作為牙齦再生的牙齦替代品。B) 通過(guò)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化，植入 LCS 作為牙齦再生的牙齦替代品。
圖2 LCS的形態(tài)和力學(xué)性能。
展開(kāi) 你真的得能講清楚什么是金屬材料的微觀組織結(jié)構(gòu)嗎？（ 金屬材料科學(xué)與技術(shù)）
1什么是微觀組織結(jié)構(gòu)(Microstructure) ？
當(dāng)我們描述金屬的結(jié)構(gòu)時(shí)，我們應(yīng)該區(qū)別其晶體結(jié)構(gòu)(Crystal Structure)和微觀組織結(jié)構(gòu)(Microstructure)。晶體結(jié)構(gòu)主要用來(lái)表示一個(gè)晶胞(Unite cell)內(nèi)原子的平均位置，它由晶格類型和原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)（例如，通過(guò)X射線衍射確定）確定。換句話說(shuō)，晶體結(jié)構(gòu)主要用來(lái)在原子尺度描述材料的形貌。相比之下，微觀組織結(jié)構(gòu)是在微米—厘米尺度范圍內(nèi)描述材料的形貌特征。微觀組織結(jié)構(gòu)的一個(gè)合理的定義是：“材料內(nèi)部相(Phase)和缺陷(Defect)的排布。”
微觀組織結(jié)構(gòu)的觀察可以采用一系列的顯微鏡進(jìn)行。在不同尺度下觀察一個(gè)特定的材料的微觀組織結(jié)構(gòu)特征時(shí)通常會(huì)發(fā)現(xiàn)差異很大。基于這一原因，在描述材料的微觀結(jié)構(gòu)時(shí)，最重要的是首先確定觀察的尺度范圍。如果尺度范圍選擇不當(dāng)，就很難得到你想要的結(jié)果，也不利于你對(duì)材料某些特性的理解和分析。材料微觀組織結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生和觀察是一門(mén)非常重要的知識(shí)，需要認(rèn)真理解和領(lǐng)會(huì)。
隕石的微觀組織結(jié)構(gòu)?
這里需要著重指出，材料的微觀組織結(jié)構(gòu)影響材料的物理特性和行為。我可以通過(guò)控制材料的微觀組織結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)材料性能的目的。天然礦物結(jié)構(gòu)可以提供其復(fù)雜的歷史信息。微觀組織結(jié)構(gòu)學(xué)是所有材料和礦物科學(xué)的組成部分。
2還能答出這些微觀組織結(jié)構(gòu)有關(guān)的問(wèn)題嗎 ？
知道“微觀組織結(jié)構(gòu)(Microstructure)”“相(Phase)”“組分(Component)”“缺陷(Defect)”的定義嗎？
鋼的微觀組織結(jié)構(gòu)
您知道如何觀察材料的微觀組織結(jié)構(gòu)嗎？光學(xué)顯微鏡的放大倍數(shù)和成像原理？普通掃描電子顯微鏡放大倍數(shù)和成像原理？
展開(kāi) 軟電子材料與結(jié)構(gòu)總結(jié)與展望
近期，加州大學(xué)圣地亞哥分校研究團(tuán)隊(duì)在Advanced Materials 發(fā)表論文，主要對(duì)軟電子材料和其結(jié)構(gòu)進(jìn)行總結(jié)與展望：
1. 總結(jié)了水凝膠、液態(tài)金屬、導(dǎo)電聚合物和納米材料面向于可拉伸電子器件應(yīng)用的各種材 料特性，介紹了相關(guān)的加工方法和代表應(yīng)用。
2. 總結(jié)了用于可拉伸電子器件的各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工作機(jī)制，包括waves/wrinkles, island–bridges, textiles, origami, kirigami, cracks, and interlocks。重點(diǎn)介紹了各種結(jié)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)考慮和力學(xué)特性。
3. 展望了可拉伸電子目前面臨的挑戰(zhàn)及未來(lái)可能的研究方向。
曲面，無(wú)論是靜態(tài)的（例如復(fù)雜形狀的物體）還是動(dòng)態(tài)的（例如生物體表面），在自然界中普遍存在。軟體電子器件（包括柔性電子器件和可拉伸電子器件）能夠與復(fù)雜的曲面表面無(wú)縫銜接，顯著擴(kuò)展了傳統(tǒng)剛性電子器件在傳感、監(jiān)測(cè)、診斷和干預(yù)等功能方面的能力。首先，軟體器件與非平面物體之間的緊密接觸將允許高質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集。對(duì)于剛性電子器件，器件和物體界面處的空隙減小了兩者接觸面積，并且可能會(huì)引入噪聲和偽信號(hào)，從而影響信號(hào)質(zhì)量。其次，可折疊、低占空比的軟體器件可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)和分布式傳感，極大可能地促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。最后，在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，這也可能是目前該領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的主要推動(dòng)力，軟體電子器件與人類皮膚和組織具有相似的機(jī)械性能，因此對(duì)人體的刺激最小，成為未來(lái)持續(xù)健康監(jiān)測(cè)和醫(yī)療保健的關(guān)鍵技術(shù)。
根據(jù)曲面能否展成平面分類，曲面分為可延展曲面和不可延展曲面。
展開(kāi) 
Mater.》綜述：基于生物材料的腫瘤組織工程平臺(tái)
組織工程為癌癥研究提供了創(chuàng)新工具。基于分子設(shè)計(jì)的生物材料的3D癌癥模型旨在利用腫瘤組織的維度以及生物力學(xué)和生化特性。然而，迄今為止，盡管細(xì)胞外基質(zhì)在癌癥中起著關(guān)鍵作用，但只有少數(shù)3D癌癥模型建立在基于生物材料的基質(zhì)上。避免這一關(guān)鍵設(shè)計(jì)特征的主要原因是難以重現(xiàn)腫瘤微環(huán)境的固有復(fù)雜性以及實(shí)用分析和驗(yàn)證技術(shù)的可用性有限。在超分子化學(xué)、材料科學(xué)和腫瘤生物學(xué)界面上出現(xiàn)的最新進(jìn)展正在產(chǎn)生新的方法來(lái)克服這些界限，并能夠設(shè)計(jì)生理相關(guān)的3D模型。
近日，來(lái)自澳大利亞蒙納士大學(xué)的Alvaro Mata & Daniela Loessner團(tuán)隊(duì)討論了如何將這些3D系統(tǒng)應(yīng)用于解構(gòu)和設(shè)計(jì)腫瘤微環(huán)境，為模擬原發(fā)性腫瘤，轉(zhuǎn)移和對(duì)抗癌治療的反應(yīng)提供了機(jī)會(huì)。相關(guān)論文“Biomaterial-based platforms for tumour tissue engineering”于2023年2月14日在線發(fā)表于雜志《Nature Reviews Materials》上。
在腫瘤組織工程中，生物材料是構(gòu)建能夠模擬實(shí)體腫瘤組織維度、組織和功能的三維癌癥模型的關(guān)鍵成分。基于合成聚合物、生物聚合物和肽等構(gòu)建塊的各種水凝膠和支架材料用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用，并用作3D癌癥模型的基礎(chǔ)基質(zhì)。新的工程方法能夠合理設(shè)計(jì)具有多種結(jié)構(gòu)和信號(hào)成分的水凝膠和支架材料，以更準(zhǔn)確地再現(xiàn)腫瘤微環(huán)境（TME）的異質(zhì)性。作者首先介紹了腫瘤生物學(xué)中的關(guān)鍵參數(shù)（癌相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）、免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、ECM蛋白和可溶性分子（如細(xì)胞因子、趨化因子或生長(zhǎng)因子）），并介紹了用于模擬腫瘤組織的細(xì)胞組成和ECM的現(xiàn)有工具（圖1）。
展開(kāi) ：用于心臟組織工程的多肽基導(dǎo)電抗菌凝膠材料
超分子材料通過(guò)非共價(jià)相互作用自組裝，以實(shí)現(xiàn)特定功能。這些可逆的非共價(jià)作用為材料提供了層級(jí)結(jié)構(gòu)，賦予材料有序與動(dòng)態(tài)的特征，以模擬生命系統(tǒng)。其中，水凝膠為超分子材料的重要部分。而基于短肽的水凝膠由于其優(yōu)異的生物相容性、高保水量與高凝膠化傾向，具有廣闊的應(yīng)用前景。但較差的機(jī)械穩(wěn)定性阻礙了其發(fā)展。為此，引入超分子3D基質(zhì)，通過(guò)納米工程等手段能夠有效地解決機(jī)械性能不足的問(wèn)題。同時(shí)，引入特定的超分子纖維能夠賦予凝膠導(dǎo)電性能，提供獨(dú)特的生物學(xué)功能。
本文中，作者開(kāi)發(fā)了一種基于短肽RGD與聚苯胺（PAni）的超分子纖維復(fù)合水凝膠。該材料具有優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性，能夠支持纖維細(xì)胞于表面的黏附與生長(zhǎng)，同時(shí)也具有抗菌性與導(dǎo)電性能。
作者首先合成了肽段Fmoc-K(Fmoc)-RGD。該肽段能夠在低濃度下（0.5% w/v）下形成透明的凝膠。透射電子顯微鏡（TEM）表征表明，其由纏結(jié)的納米纖維組成，證明了其為超分子凝膠（圖1b）。流變結(jié)果表明，凝膠在一小時(shí)內(nèi)形成，儲(chǔ)能模量高達(dá)5 kPa（圖1c-d）。同時(shí)，上述凝膠具有一定的自愈特征，能夠在大應(yīng)變下轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)，并在應(yīng)變于線性粘彈區(qū)時(shí)發(fā)生重組（圖1f-g）。傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和熒光光譜表明凝膠內(nèi)部存在的β-折疊特征與Fmoc基團(tuán)的π–π堆積（圖1h-j）。
圖1. 本文的水凝膠設(shè)計(jì)
此外，分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬也證實(shí)了凝膠的自組裝過(guò)程。其中，F(xiàn)moc基團(tuán)之間的π–π堆積在聚集體內(nèi)部形成疏水核心，對(duì)于水凝膠骨架的形成起到重要作用。
展開(kāi) 仿生材料的微組織結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性能的影響
生物材料盡管由性能并不突出的簡(jiǎn)單組元在相對(duì)溫和的條件下組裝而成，但卻表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和功能特性，這主要得益于其跨越不同尺度的復(fù)雜而巧妙的組織結(jié)構(gòu)，特別是由此帶來(lái)的獨(dú)特的變形與斷裂機(jī)制和強(qiáng)韌化機(jī)理。
圖1 原使取向與受力之后微組織結(jié)構(gòu)的再取向
中科院某科研團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地闡明了天然生物材料梯度設(shè)計(jì)的形式、原則及其起到的作用與機(jī)制的基礎(chǔ)上，首次提出了新型材料組織結(jié)構(gòu)取向梯度的概念與設(shè)計(jì)原則，建立了組織結(jié)構(gòu)取向以及變形過(guò)程中發(fā)生的結(jié)構(gòu)再取向與材料力學(xué)性能之間的系統(tǒng)定量關(guān)系，通過(guò)控制微觀組織結(jié)構(gòu)取向?qū)崿F(xiàn)材料的局域剛度、強(qiáng)度與韌性的優(yōu)化分布與相互匹配，從而提高材料整體的力學(xué)性能。
圖2 材料通過(guò)微觀組織結(jié)構(gòu)再取向?qū)崿F(xiàn)綜合力學(xué)性能的全面同步提升
同時(shí)該課題組發(fā)現(xiàn)：材料在加載過(guò)程中發(fā)生的組織結(jié)構(gòu)再取向不僅可以提高其變形能力，更能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)綜合力學(xué)性能的改善提供有效的途徑，如圖2所示。通過(guò)調(diào)整自身的組織結(jié)構(gòu)與所受外力之間的取向關(guān)系，材料在拉伸條件下的剛度和強(qiáng)度逐步提高，同時(shí)裂紋擴(kuò)展路徑逐漸偏離最大正應(yīng)力方向，因而斷裂韌性得以同步增強(qiáng)；而在壓縮條件下，材料的力學(xué)穩(wěn)定性與劈裂韌性也表現(xiàn)出同步增大的趨勢(shì)。因此，材料可以利用有限的變形實(shí)現(xiàn)其剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性與斷裂韌性的全面提升，而這些性能本身則往往體現(xiàn)出相互制約的關(guān)系。
(a) 復(fù)合結(jié)構(gòu)在受到壓力之后逐漸偏離正應(yīng)力方向；(b、c) 取向軸的角度偏離微觀、宏觀表述
圖3
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201705220
來(lái)源：材料前沿科技微信公眾號(hào)（ID：clqykj），作者：Mr.Five。
展開(kāi) 修復(fù)材料對(duì)種植體周?chē)?em>組織應(yīng)力的影響
研究不同上部結(jié)構(gòu)材料對(duì)種植體固定修復(fù)中種植體周骨組織的應(yīng)力反應(yīng)特點(diǎn)。方法:建立種植體支持固定橋力學(xué)模型,通過(guò)三維有限元方法分別計(jì)算在采用丙烯酸樹(shù)脂,釉質(zhì)瓷,瓷,金合金為上部結(jié)構(gòu)材料時(shí)骨組織的應(yīng)力狀況。結(jié)果:每種工況下,種植體頸部周?chē)べ|(zhì)骨區(qū)所受的應(yīng)力都是最大的 ,四種材料比較時(shí)使用丙烯酸樹(shù)脂對(duì)種植體頸部骨組織的應(yīng)力最小,其次為釉質(zhì)瓷,瓷,最大為金合金。結(jié)論:修復(fù)材料的彈性模量會(huì)影響種植體周骨組織的應(yīng)力分布,彈性模量低者對(duì)種植體頸部周?chē)?em>組織有保護(hù)作用。釉質(zhì)瓷可能是較為理想的修復(fù)材料
修復(fù)材料對(duì)種植體周?chē)?em>組織應(yīng)力的影響.pdf
展開(kāi) 哈佛大學(xué)鎖志剛院士課題組：寬度和厚度依賴的軟材料斷裂韌性
以凝膠和彈性體為代表的軟材料經(jīng)常以薄膜的形式應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。典型的例子包括粘結(jié)層、涂層、離電器件、軟體機(jī)器人、細(xì)胞培養(yǎng)支架以及柔性顯示等。這些材料在應(yīng)用過(guò)程中，其斷裂韌性是一個(gè)非常重要的力學(xué)參數(shù)。通常情況下，材料的斷裂韌性被認(rèn)為是一個(gè)材料常數(shù)。它不依賴于材料的幾何形狀和加載方式。
圖1：軟材料的180°剝離實(shí)驗(yàn)
近日，哈佛大學(xué)鎖志剛院士課題組關(guān)于軟材料斷裂韌性的研究有了新的發(fā)現(xiàn)。研究人員以彈性體為模型材料，使用180°剝離實(shí)驗(yàn)測(cè)量軟材料的斷裂韌性（圖1）。在未變形狀態(tài)下，彈性體的長(zhǎng)度為L(zhǎng)、厚度為H、寬度為B。在固化過(guò)程中，使用低粘性的薄膜在彈性體中引入一個(gè)長(zhǎng)度為C的預(yù)制裂紋（圖1a）。將可彎曲但不可拉伸的背膜粘在試件的上下兩面。試件通過(guò)拉伸機(jī)進(jìn)行加載(圖1b)。在加載過(guò)程中，兩個(gè)加載臂在豎直方向呈一條直線。載荷傳感器記錄剝離力F(圖1c)。剝離力從零開(kāi)始逐漸增加。這對(duì)應(yīng)著裂紋尖端的鈍化過(guò)程。當(dāng)裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展時(shí)，剝離力穩(wěn)定在一個(gè)平臺(tái)，記作Fss。材料的韌性通過(guò)Γ=2Fss/B 計(jì)算得到。當(dāng)B/H比較大時(shí)，彈性體的裂紋尖端在剝離過(guò)程中處于平面應(yīng)變狀態(tài) (圖1d)。當(dāng)B/H比較小時(shí)，彈性體的裂紋尖端在剝離過(guò)程中處于平面應(yīng)力狀態(tài) (圖1e)。
研究人員首先固定樣品的厚度H，測(cè)量不同寬度B的樣品的剝離韌性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。可以看到，當(dāng)試件的寬度B比較小時(shí)，材料的斷裂韌性隨寬度B增加而增加。當(dāng)試件的寬度B比較大時(shí)，材料的斷裂韌性隨寬度B增加保持不變。寬度大的試件測(cè)得的材料韌性比寬度小試件測(cè)得的材料韌性高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。
展開(kāi) 北京化工大學(xué)胡君教授課題組：天然三萜軟物質(zhì)材料
北京化工大學(xué)軟物質(zhì)科學(xué)與工程高精尖中心胡君教授課題組一直致力于天然產(chǎn)物功能材料及體系的構(gòu)建，其核心是通過(guò)分子基元的設(shè)計(jì)與合成，利用各種非共價(jià)鍵力與分子組裝技術(shù)制備功能材料，揭示天然有機(jī)分子在超分子組裝和高分子材料中的普適規(guī)律，拓展其在生物醫(yī)藥和農(nóng)用助劑中的應(yīng)用。
近期，他們采用天然三萜(triterpenes)水凝膠原位自發(fā)還原重金屬離子的方法，構(gòu)建了具有良好導(dǎo)電性、電化學(xué)活性、生物相容性和力學(xué)性能的雜化凝膠，并在一定程度上實(shí)現(xiàn)了重金屬離子污染的“變廢為寶”。他們通過(guò)對(duì)天然三萜化合物甘草次酸(glycyrrhetic acid, GA)進(jìn)行簡(jiǎn)單化學(xué)修飾，得到其單磷酸酯分子(MGP)，并在氫鍵和范德華力的驅(qū)動(dòng)下形成超分子水凝膠。將該凝膠放置于含重金屬離子的水溶液中，水凝膠可以原位自發(fā)地將重金屬離子還原成相應(yīng)的金屬納米顆粒，且納米顆粒很好的分散在凝膠的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，減少粒子團(tuán)聚的同時(shí)，增強(qiáng)了雜化凝膠的力學(xué)性能(圖1)。
圖1 MGP水凝膠原位自發(fā)還原生成金納米顆粒的過(guò)程示意圖及凝膠透射電鏡圖
該雜化凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)活性和導(dǎo)電性，且其導(dǎo)電性隨水凝膠中水含量的降低逐漸升高(圖2a)。他們還研究了MGP水凝膠對(duì)不同重金屬離子的還原能力。依據(jù)重金屬離子的氧化還原電勢(shì)，MGP水凝膠可以不同程度地將Au3+、Pd2+、Cu2+、Ni2+、Fe2+、Zn2+等離子從模型廢水中萃取出來(lái)，并還原成相應(yīng)的納米顆粒，吸附在凝膠纖維上，實(shí)現(xiàn)了由廢水離子到導(dǎo)電雜化材料的轉(zhuǎn)變(圖2b)。此外，在細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中該雜化凝膠表現(xiàn)出較低的細(xì)胞毒性，具有良好的生物相容性。
圖2 MGP雜化凝膠的導(dǎo)電性(a)及萃取率與氧化還原電勢(shì)關(guān)系圖(b)
相關(guān)成果發(fā)表在ACS Appl. Mater.
展開(kāi) 麥吉爾大學(xué)李劍宇《先進(jìn)材料》組織粘合劑的多方面設(shè)計(jì)和新興應(yīng)用
圖4
組織粘合劑的遞送方法和物理形式。
A）固體預(yù)成型膠。B）液體狀原位形成粘合劑。儲(chǔ)能模量和損耗模量分別表示為G'和G''。C）各種形式的粘合劑的應(yīng)用場(chǎng)景示例。
圖
5
多面組織膠粘劑設(shè)計(jì)案例研究。
圖6
局部組織粘合劑的應(yīng)用。
圖7
植入式粘合劑設(shè)計(jì)的示例。
參考文獻(xiàn)
：
doi.org/10.1002/adma.202007663
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高分子材料科學(xué)
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【經(jīng)典回顧】
2020年Nature/Science氣凝膠回顧展：世界上最輕的固體材料
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麥吉爾大學(xué)李劍宇《ACS Macro Letters》堅(jiān)韌/高粘/水凝膠斷裂特性的尺度行為
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Sci.》用離心法對(duì)軟材料中的粘附進(jìn)行高通量篩選試驗(yàn)
總結(jié)
開(kāi)發(fā)了一種高通量、快速且具有成本效益的離心粘附力學(xué)測(cè)試管道，可以使用易于訪問(wèn)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和耗材來(lái)制備和表征粘附材料。獨(dú)特的離心沉積方法克服了滴注法的缺點(diǎn)，可以在多孔板的所有孔中沉積表面光滑、厚度均勻的薄膜。此外，離心粘附測(cè)試方法提供了一種定量測(cè)量，其結(jié)果由更標(biāo)準(zhǔn)的粘附測(cè)試驗(yàn)證。團(tuán)隊(duì)設(shè)想擴(kuò)展我們基于離心力的方法以高通量測(cè)量其他機(jī)械性能，擴(kuò)展先進(jìn)材料表征的能力。該工作使粘合劑的高通量發(fā)現(xiàn)成為可能，并為材料界帶來(lái)了一種新穎的工具。此外，團(tuán)隊(duì)希望將機(jī)械特性轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的想法可以激發(fā)高通量機(jī)械測(cè)試的其他新過(guò)程。
參考文獻(xiàn)：
doi.org/10.1021/acscentsci.1c00414
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展開(kāi) 運(yùn)用3D打印開(kāi)發(fā)出能軟硬切換的材料
美國(guó)MIT(麻省理工學(xué)院)的研究員在3D打印技術(shù)的的幫助下了，一種能在軟和硬之間切換的材料。一本名為《Macromolecular Materials and Engineering》的專業(yè)雜志的一份論文上描述了這種材料。它是由MIT機(jī)械工程和應(yīng)用數(shù)學(xué)教授用泡沫材料和蠟所開(kāi)發(fā)制作的。
這種材料其實(shí)是受美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)的委托開(kāi)發(fā)的。該機(jī)構(gòu)希望，開(kāi)發(fā)出像章魚(yú)一樣可以擠過(guò)狹小的縫隙，然后再恢復(fù)原狀的機(jī)器人。研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的構(gòu)思認(rèn)定，能夠滿足這種需求的唯一辦法就是開(kāi)發(fā)出一種可以在軟硬之間進(jìn)行切換的材料。
比如，體積較大的物體想要通過(guò)狹窄的縫隙，我們需要它柔軟并附有彈性。但是想要機(jī)器人需要完成某些作業(yè)就必須要求它擁有堅(jiān)硬的特性。
為了創(chuàng)建這種材料，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究起了泡沫和蠟。他們選擇泡沫，是因?yàn)樗梢员粔嚎s;選擇蠟，則是因?yàn)樗诩訜崆闆r下?lián)碛姓吵淼囊后w特性而冷卻后會(huì)變固體。研究人員剛開(kāi)始開(kāi)發(fā)出的第一批材料相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單：他們將普通的聚氨酯泡沫浸入融化的蠟，接下來(lái)通過(guò)擠壓泡沫來(lái)吸收蠟。
展開(kāi) Rev.》綜述：微流控軟制造技術(shù)調(diào)控材料潤(rùn)濕性
然而，作為硬 幣的另一面，微流控技術(shù)能否以及如何助力材料浸潤(rùn)性研究仍然是個(gè)懸而未答的問(wèn)題。回答這一問(wèn)題對(duì)微流控和浸潤(rùn)性領(lǐng)域的共同發(fā)展和交叉融合有深遠(yuǎn)意義（圖1）。
圖1. 微流控和浸潤(rùn)性相互促進(jìn)
近日，香港城市大學(xué)朱平安助理教授和香港大學(xué)王立秋教授在Chemical Reviews 發(fā)表題為“Microfluidics-Enabled Soft Manufacture of Materials with Tailorable Wettability” 的長(zhǎng)篇綜述，系統(tǒng)回顧了利用微流控軟制造技術(shù)制備具有可控浸潤(rùn)性材料的發(fā)展歷程。論文首先介紹了常見(jiàn)的浸潤(rùn)現(xiàn)象和機(jī)理，繼而介紹了微流控法工程化功能材料的一般過(guò)程，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)闡述了具有可控浸潤(rùn)性的微顆粒、微纖維、多孔表面的微流控制備與應(yīng)用，最后提出了總結(jié)和展望。
“
微流控軟制造
微流控軟制造指以微流控技術(shù)產(chǎn)生的流體系統(tǒng)為模板進(jìn)行材料的精確制備和性能調(diào)控，常見(jiàn)的流體模板包括液滴、氣泡、射流、乳液、液體泡沫等（圖2）。由于這些流體系統(tǒng)均是可變形的軟物質(zhì)，作者將這一技術(shù)命名為“微流控軟制造”。根據(jù)自組裝的次序不同，流體模板可歸類為單個(gè)液滴和氣泡、1維陣列、2維和3維組裝體。
圖2.
展開(kāi) .: 有機(jī)半導(dǎo)體材料在深層組織分子成像中的應(yīng)用
【引言】
光學(xué)成像在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中有著非常重要的作用，但是其依然存在諸多問(wèn)題，比如由于光散射和組織自發(fā)熒光引起的較低的信噪比和較淺的組織探測(cè)深度。為了解決這些問(wèn)題，NIR-II熒光成像、自發(fā)光成像和光聲成像技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)并受到了廣泛的關(guān)注。這些成像技術(shù)分別通過(guò)減少光與組織的相互作用、消除實(shí)時(shí)光激發(fā)和檢測(cè)聲音信號(hào)來(lái)達(dá)到更優(yōu)質(zhì)的成像效果。因?yàn)闈M足光譜吸收/發(fā)射范圍超出可見(jiàn)光區(qū)域的內(nèi)源性分子的缺少，所以需要開(kāi)發(fā)顯影劑用于深層組織光學(xué)成像。擁有π共軛結(jié)構(gòu)的有機(jī)半導(dǎo)體材料，由于較容易的化學(xué)修飾和明確的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，可以通過(guò)不同的設(shè)計(jì)與合成來(lái)滿足不同成像技術(shù)的要求。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，新加坡南洋理工大學(xué)的浦侃裔教授（通訊作者）在國(guó)際權(quán)威雜志Adv. Mater.上在線發(fā)表了題為"Organic Semiconducting Agents for Deep-Tissue Molecular Imaging: Second Near-Infrared Fluorescence, Self-Luminescence, and Photoacoustics"的綜述文章。文章總結(jié)了基于有機(jī)半導(dǎo)體材料的小分子和納米粒子顯影劑在深層組織光學(xué)成像中的應(yīng)用；重點(diǎn)討論了通過(guò)優(yōu)化分子設(shè)計(jì)和材料制備等策略來(lái)提高顯像劑的成像的組織穿透能力和靈敏度；并最后展望了現(xiàn)階段面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)潛在的機(jī)遇。
【圖文導(dǎo)讀】
NIR-Ⅱ熒光成像
NIR-Ⅱ熒光成像主要利用1000-1700 nm波長(zhǎng)范圍的光子進(jìn)行成像。
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