天然聚合物因其優(yōu)異的生物相容性、生物粘附性及可降解性,在醫(yī)學領域備受關注。但目前醫(yī)用天然聚合物材料普遍存在強度較低的問題,尤其在體內的濕潤環(huán)境中,親水性聚合物強度會大幅度下降,無法滿足組織工程支架的力學要求。解決該問題的方法中,設計支架結構的方法,對強度的提升十分有限;合成復合材料的方法常以犧牲天然材料的生物學性能為代價;對分子結構進行調節(jié)的方法,具有從根本上改變聚合物特性的潛力,但在設計材料時常常缺少合適的參照。因而想要設計制造同時具有良好親水性和力學性能的聚合物材料,就需要回到自然界中,向適應環(huán)境的生物材料尋找參考。本文運用仿生學思路,以生物材料雞內金為研究對象,分別制備了沿褶皺和垂直于褶皺方向的拉伸試樣,以考察雞內金拉伸性能的方向性;通過構建濕度可控拉伸測試系統,測試不同含水量下雞內金拉伸力學性能;通過將試樣預先浸泡在不同pH值鹽酸溶液中,衡量酸性侵蝕對其拉伸性能的影響。通過不同應變率拉伸、準靜態(tài)拉伸加卸載及應力松弛實驗對其粘彈性進行了測試,并使用廣義Maxwell粘彈性本構方程對松弛實驗數據進行擬合,構建了粘彈性本構方程。微觀結構上,通過SEM觀察試樣拉伸變形后的液氮凍結剖面以及不同含水量下的斷裂形貌,采用EDS分析技術對試樣剖面的元素成分進行分析。結果表明,雞內金能夠吸收自身干重80%-100%的水分,具有良好的親水性能;在沿褶皺方向上的拉伸強度明顯高于垂直褶皺方向的強度,力學性能具有方向性;在沿褶皺方向上,高含水量下的強度是低含水量的4.8倍,具有水合增強特性,而目前獲得廣泛關注的親水性雙網絡水凝膠、蜘蛛絲等材料,拉伸強度會隨含水量提高而出現明顯的下降;雞內金強度和延伸率在pH值為3的酸性溶液中不會大幅下降,說明其適應肌胃內腔的酸性環(huán)境。粘彈性測試中,構建了真實應變0.262-0.916、應變率0.001 s~(-1)-0.1 s~(-1)時雞內金的拉伸粘彈性本構方程。微觀結構上,雞內金由沿厚度方向生長的棒狀結構和填充其間的基體組成,含水量較低時,基體受拉伸會發(fā)生脆性斷裂,隨含水量提高,基體斷裂形式從脆性斷裂向延性斷裂轉變,導致試樣斷裂的缺陷從基體上下表面的初始裂紋逐漸轉變?yōu)閮炔康捻g窩。成分上,棒狀結構上有鈣元素的特異性富集。雞內金的拉伸性能可以適應肌胃內酸性液體環(huán)境并且滿足肌胃運動的力學需求。雞內金拉伸強度隨含水量提高的性質,可以為提高天然聚合物在高濕度環(huán)境中的力學強度提供仿生學參照。本文提供的粘彈性本構方程可供相關力學研究參考。微觀結構上,基體主要承受平面方向的拉伸,而棒狀結構主要承受厚度方向的壓縮和內腔食物的摩擦。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB30
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 組織工程學中的天然聚合物
        1.1.2 改善天然聚合物在水環(huán)境中強度的探索
        1.1.3 生物材料的啟發(fā)
    1.2 研究對象及國內外研究進展
    1.3 研究內容及研究意義
2 雞內金拉伸性能
    2.1 實驗器材與方法
        2.1.1 雞內金實驗樣本
        2.1.2 濕度可控拉伸測試系統
    2.2 含水量對拉伸性能的影響
    2.3 拉伸性能的方向性
    2.4 酸性溶液預處理對拉伸性能的影響
    2.5 本章小結
3 雞內金的粘彈性本構
    3.1 不同應變率拉伸
    3.2 準靜態(tài)加卸載
    3.3 應力松弛實驗
    3.4 粘彈性本構方程
    3.5 本章小結
4 微結構及成分探究
    4.1 雞內金微結構的電鏡觀察
    4.2 不同含水量拉伸斷面形貌
    4.3 拉伸變形對微結構形態(tài)的影響
    4.4 雞內金微結構的能譜分析
    4.5 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2839767