Cross‐Linker Architectures Impact Viscoelasticity in Dynamic Covalent Hydrogels

自愈水凝胶 粘弹性 材料科学 共价键 连接器 应力松弛 刚度 高分子化学 复合材料 化学 有机化学 计算机科学 蠕动 操作系统
作者
Yung‐Hao Lin,Junzhe Lou,Yan Xia,Ovijit Chaudhuri
出处
期刊:Advanced Healthcare Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adhm.202402059
摘要

Abstract Dynamic covalent cross‐linked (DCC) hydrogels represent a significant advance in biomaterials for regenerative medicine and mechanobiology, offering viscoelasticity, and self‐healing properties that more closely mimic in vivo tissue mechanics than traditional, predominantly elastic, covalent hydrogels. However, the effects of varying cross‐linker architecture on DCC hydrogel viscoelasticity have not been thoroughly investigated. This study introduces hydrazone‐based alginate hydrogels to explore how cross‐linker architectures impact stiffness and viscoelasticity. In hydrogels with side‐chain cross‐linker (SCX), higher cross‐linker concentrations enhance stiffness and decelerate stress relaxation, while an off‐stoichiometric hydrazine‐to‐aldehyde ratio reduces stiffness and shortens relaxation time. In hydrogels with telechelic cross‐linking, maximal stiffness and relaxation time occurs at intermediate cross‐linker mixing ratio for both linear cross‐linker (LX) and star cross‐linker (SX), with higher cross‐linker valency further enhancing these properties. Further, the ranges of stiffness and viscoelasticity accessible with the different cross‐linker architectures are found to be distinct, with SCX hydrogels leading to slower stress relaxation relative to the other architectures, and SX hydrogels providing increased stiffness and slower stress relaxation versus LX hydrogels. This research underscores the pivotal role of cross‐linker architecture in defining hydrogel stiffness and viscoelasticity, providing insights for designing DCC hydrogels with tailored mechanical properties for specific biomedical applications.
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