通过FT-流变学揭示CMC/藻酸盐多糖水凝胶的线性与非线性粘弹性特征及其在先进3D打印中的意义

《Carbohydrate Polymers》：Unveiling linear and nonlinear viscoelastic fingerprints of CMC/alginate polysaccharide hydrogels via FT-rheology: Implications for advanced 3D printing

本文采用傅里叶变换流变学（FT-rheology）和大振幅振荡剪切（LAOS）技术，揭示了羧甲基纤维素（CMC）/藻酸盐多糖水凝胶的非线性粘弹性分子特征与其3D挤出打印性能之间的内在关联。研究发现纯CMC水凝胶具有独特的谐波特征，其优异的应力松弛和结构恢复能力直接对应高超的打印几何稳定性，而藻酸盐的添加则会削弱该稳定性。本研究为理性设计兼具机械稳定性和功能性的先进打印水凝胶提供了新的预测工具和理论依据。

　　

亮点

材料

羧甲基纤维素钠（CMC）和藻酸钠（alginate）分别购自LabSynth（巴西圣保罗）和êxodo Científica（巴西圣保罗）。磷酸盐缓冲盐水（PBS, pH = 7.4）、（3-[4,5-二甲基噻唑-2-基]-2,5二苯基四氮唑溴化物）测定（MTT）、氧化氘（D₂O, 99.9 %）和二甲基亚砜（DMSO）购自Sigma-Aldrich（德国）。氯化钠（NaCl）、盐酸（HCl, 60 % v/v）和氢氧化钠（NaOH）由...

摩尔质量和化学结构

聚电解质的分子量影响其粘度、缠结和流动特性。较高的分子量会增加链缠结，从而提高聚电解质水凝胶和溶液的粘度（Bretas & D'ávila, 2005）。藻酸盐的粘均分子量（M_v）为74.4 kDa，而羧甲基纤维素（CMC）为8.7 MDa。藻酸盐的M_w值为311.6 ± 78.4 kDa（分散指数 ? = 1.03），而羧甲基纤维素（CMC）的M_w值为1.4 ± 0.6 MDa（分散指数 ? = 1.11）。

聚电解质

结论

本研究深化了我们对用于挤出式3D打印的CMC和藻酸盐水凝胶的流变特性及可打印性的理解。分析揭示了材料组成与其行为之间的直接关联。我们的研究结果表明，尽管添加藻酸盐增加了能量耗散和细丝塌陷因素，但它对打印几何形状的稳定性产生了负面影响。增加藻酸盐溶液中的CMC含量导致了更长的恢复时间。