Constitutive modelling of hydrolytic degradation in hydrogels

自愈水凝胶 材料科学 肿胀 的 水解 降级(电信) 本构方程 组织工程 水解降解 聚合物 复合材料 有限元法 计算机科学 高分子化学 生物医学工程 化学 结构工程 工程类 有机化学 电信
作者
Zhouzhou Pan,Laurence Brassart
出处
期刊:Journal of The Mechanics and Physics of Solids [Elsevier BV]
卷期号:167: 105016-105016 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.jmps.2022.105016
摘要

Biodegradable synthetic hydrogels have emerged as promising materials for tissue engineering and drug/cell delivery applications. However, their successful implementation requires precise understanding of the degradation response in terms of mechanical properties, swelling, and mass loss. In this work, we develop a thermodynamically-consistent continuum framework and constitutive models for coupled large deformation and hydrolytic degradation in hydrogels. In particular, we propose constitutive models for the evolution of elastic modulus and polymer mass loss based on a description of the evolving network topology during hydrolysis. The theory is validated against experimental data for two model hydrogel systems with different network architectures, namely biodegradable Tetra-PEG hydrogels and PLA-b-PEG-b-PLA hydrogels. We have also implemented our model in a finite element software. We show that our model is capable of simulating degradation-induced heterogeneous swelling in scenarios relevant to biomedical applications. Our theory and constitutive models could be useful for the design of hydrogels with controlled degradation behaviour.
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