离子交联海藻酸盐生物聚合物水凝胶中结构与流变性的关联——“少”何以能“多”的一个例证

我们利用显微镜技术、流变学以及黏度依赖型分子探针，研究了离子交联海藻酸盐这一模型生物聚合物水凝胶的结构与流变性质。这种技术组合使我们能够对微观结构、微观黏度、体相黏弹性以及屈服动力学进行定量表征并建立其相关性。 通过调节海藻酸盐生物聚合物与其阳离子交联剂之间的化学计量比R，我们观察到当化学计量比较高（R$>$0.67）时，体系由均一的网络状结构转变为粗大的束状结构。耐人寻味的是，这些束状结构表现出截然不同且违反直觉的流变学性质。利用分子探针，我们观察到微观黏度持续降低，这与体相弹性模量的降低以及能量耗散的增加相关。同时，水凝胶在应变作用下的屈服行为也发生转变：由尖锐、明确的屈服点转变为连续的、类似延性的屈服过程。我们将这些令人惊讶的转变归因于束状状态下海藻酸盐生物聚合物之间较为松散的分子间相互作用，这一点此前已由X射线散射实验所预测。这些发现揭示了新的且违反直觉的结构—性质关系，表明高交联剂浓度并不一定意味着最佳的力学性能。

我们利用显微镜、流变学以及黏度依赖型分子探针，研究了离子交联海藻酸盐这一模型生物聚合物水凝胶的结构与流变性质。这种技术组合使得微观结构、微观黏度、体相黏弹性以及屈服动力学的定量表征与相关性分析成为可能。通过调节海藻酸盐生物聚合物与其阳离子交联剂之间的化学计量比 R，我们观察到在较高化学计量比（R>0.67）下，体系由均一的网络状结构转变为粗大的束状结构。值得注意的是，这些束状结构表现出独特且违反直觉的流变学性质。利用分子探针，我们观察到微观黏度持续下降，这与体相弹性模量的降低以及能量耗散的增加相关。同时，水凝胶在应变作用下的屈服行为也发生了转变，即由尖锐、明确界定的屈服点转变为连续的、类似延性的屈服过程。我们将这些令人惊讶的转变归因于束状态下海藻酸盐生物聚合物之间较为松散的分子间相互作用，这一点此前已由 X 射线散射实验所预测。这些发现揭示了新的、违反直觉的结构—性质关系，表明高交联浓度并不一定意味着最佳力学性能。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.23.740415v1?rss=1

🏷️ 海藻酸盐水凝胶 离子交联 流变学 微观结构 屈服行为