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探秘生物材料凝胶化

更新时间: 2025-01-02 09:50:23  查看次数: 105    
Gelatin 的凝胶过程,它可以分成三个阶段。第一个阶段叫复性阶段,就是 Gelatin 的多肽链状结构会转变成类胶原螺旋结构;接着是生长阶段,这时候会产生三螺旋结构,开始形成凝胶;最后是成熟阶段,它会变成完整的三维网状结构,也就是完全凝胶的状态。在喷墨打印的时候,喷头用的温度是 37℃,这个温度下 Gelatin 处于复性阶段,整体是液态的。当液滴从喷嘴喷出来落到底板上的这个过程中,它要经历生长和成熟阶段。凝胶过程其实可以用浓度、温度、时间这些因素来表示。不过考虑到实际喷墨打印的时候,液滴喷射的时间特别短,所以我们可以把凝胶过程简化成只和浓度、温度有关的函数。这样一来,怎么确定生物材料的凝胶温度就成了一个很关键的问题。在测量凝胶温度的实验里,有几种比较科学的方法,像倒立试管法、U 形管法、粘弹性测定法和热测定法。Eldridge - Ferry 这些人用倒立试管法做实验,效果不错,误差挺小的,不超过 0.02℃。Harrison 他们用 U 形管法,通过看 U 形管两边液面高度差和温度的关系来判断凝胶温度。
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温度低的时候,Gelatin 分子互相缠绕形成三螺旋的三维立体网状结构,看起来就是凝胶状态。这时候 Gelatin 凝胶和试管是固体和固体接触,分子间的作用力很强。要是把试管倒过来,试管壁和 Gelatin 凝胶之间的摩擦力能和凝胶的重力平衡,凝胶就不会掉下来。当温度升高到凝胶温度的时候,Gelatin 分子间的三螺旋结构会慢慢打开,变成线团结构,看起来就像液体了。这时候 Gelatin 凝胶和试管壁是固体和液体接触,分子间作用力变小,摩擦力也小了。把试管倒过来,摩擦力就没办法和重力平衡,凝胶就会滑下来。
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我们还想出了一个新方法,利用注射器能挤出来东西又能封闭的特点来测凝胶温度。实验原理是这样的:先用注射器吸一定量的 Gelatin 溶胶,放在水浴锅里把温度控制好。等温度稳定了,把注射器拿出来固定在铁架台上,推注射器的活塞,看看注射器口挤出来的东西是什么状态,就能判断有没有到凝胶温度。如果温度在凝胶温度之上,挤出来的就是液滴状的东西,因为这时候是液体状态。温度降低的时候,Gelatin 分子链之间会产生氢键,慢慢形成三维网络。到了凝胶温度的时候,三维网络形成了,不过这时候网络强度还不高,推注射器还能挤出像牙膏一样连续的东西。温度再降低,凝胶强度变强,注射器里的凝胶变成一个整体,能挤出来的体积就越来越少。