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导读
近年来，随着组织工程、生物医用材料以及微创治疗技术的发展，具有良好生物相容性、柔韧性和湿态粘附能力的水凝胶材料受到广泛关注。特别是在创面封闭、组织修复、止血密封以及柔性电子器件等领域，水凝胶凭借其高含水率、类似天然组织的力学性质以及可调控的界面结合能力，逐渐成为新型功能材料的重要方向。
对于应用于生物组织界面的水凝胶材料而言，仅具备良好的成胶性能和生物相容性是不够的，其在复杂湿润环境中的粘附稳定性和力学可靠性直接决定了材料能否满足实际应用需求。例如，在体内环境中，材料需要承受组织运动产生的拉伸、剪切作用，同时还需要抵抗体液压力带来的剥离和破坏。因此，建立科学、可靠的粘附性能评价体系，是水凝胶材料研发和应用转化过程中不可缺少的重要环节。
目前，针对水凝胶及组织粘附材料，常采用多种力学测试方法评价其粘附性能。其中，搭接剪切测试（Lap-Shear Test）和爆破压测试（Burst Pressure Test）是两种具有代表性的评价方法，分别从界面剪切结合能力和抗压力破坏能力两个角度反映材料的粘附性能。ASTM F2255，ASTM F2392标准分别规定了组织粘附材料搭接剪切强度测试方法、软组织密封材料爆破强度测试方法，为相关材料评价提供了标准化参考。
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搭接剪切测试（Lap-Shear Test）
测试目的
搭接剪切测试主要用于评价水凝胶材料与基底之间的界面结合能力，即材料在受到平行于粘接界面的外力作用时抵抗剪切破坏的能力。
对于组织粘附水凝胶而言，实际应用过程中常受到组织运动、肌肉收缩以及外部机械扰动等剪切作用，因此材料不仅需要具有较强的初始粘附能力，还需要保持稳定的界面结合性能。根据ASTM F2255标准，该方法可用于比较不同组织粘附材料之间的粘附强度，也可用于评价不同表面处理方式、材料配方以及制备工艺对粘附性能的影响。
测试原理
搭接剪切测试的基本原理是将两块测试基底通过待测水凝胶材料进行搭接粘合，形成固定的粘接区域；随后利用万能材料试验机对试样两端施加拉伸载荷，使载荷方向平行于粘接界面。随着外力不断增加，粘接区域受到剪切应力作用，当界面无法继续承受载荷时，试样发生破坏，此时记录最大承载力。此外，还需要观察失效模式，包括界面失效、内聚失效、基底失效，这些失效模式能够帮助研究人员进一步判断材料性能瓶颈。
测试过程
（1）样品制备
首先，根据测试需求选择合适基底材料。对于组织粘附材料比较测试，ASTM F2255推荐采用具有稳定性能的猪皮组织作为测试基底；针对不同应用场景，也可以选择目标组织来源材料。组织样品通常需要保证厚度均匀并保持湿润状态，可采用PBS缓冲液维持环境稳定，避免组织干燥导致力学性能变化。图1给出了测试推荐制样尺寸，蓝色部分为组织基材，红色部分为搭接区域。
图1. 搭接剪切测试制样要求（带有软组织基底）
（2）水凝胶粘接
将待测水凝胶均匀涂覆于规定搭接区域，推荐搭接面积为2.5cm*1cm，使两个基底形成重叠粘接结构。实验过程中需要控制水凝胶使用量、涂覆均匀性、搭接面积和固化时间等。过量材料可能导致测试结果偏高，因为溢出的水凝胶可能增加有效承载面积。
（3）力学加载测试
完成样品制备后，将试样固定于万能材料试验机夹具中。试样轴线应与加载方向保持一致；采用恒定速度进行拉伸加载，推荐加载速度为5 mm/min，记录试样失效时最大载荷（Fmax）。
图2. 搭接剪切测试过程示意图
结果分析
（1）剪切强度
试样失效时最大载荷（Fmax）与搭接面积（A）的比值即为搭接剪切强度。剪切强度越高，说明水凝胶与基底之间抵抗剪切破坏的能力越强，但需要结合失效模式进行分析：若主要发生界面失效，提高界面相互作用可能是优化方向；若主要发生水凝胶内部断裂，则需要增强材料自身网络结构；若发生基底破坏，则说明材料粘附性能已经超过基底强度。
（2）数据稳定性
通常需要测试多个平行样品，并计算平均值和标准差。ASTM F2255建议每组至少测试10个样品，以获得较可靠的数据统计结果。较小的数据波动说明材料制备重复性较好，粘附过程稳定，测试体系可靠。
图3. 搭接剪切测试结果示例
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爆破压测试（Burst Pressure Test）
测试目的
爆破压测试主要用于评价水凝胶密封材料承受内部压力作用时的抗破坏能力。与搭接剪切测试不同，爆破压测试更接近临床环境中组织封闭和液体压力作用的情况，例如：血管封闭、创面密封、组织液防渗漏等。需要注意的是，该测试主要反映材料体系的抗压力能力，并不能直接等同于单纯的界面粘附强度。
测试原理
爆破压测试的基本原理如下：在基底材料中心设置缺口或孔洞，并利用水凝胶材料进行密封覆盖。随后向测试腔体内部持续注入液体，使内部压力逐渐升高。随着压力增加，水凝胶密封区域受到拉伸和剥离作用，当材料无法继续保持完整结构时发生破裂。记录此时的最大压力值，即为爆破压力。测试过程中可能出现三种失效模式：材料内聚破坏、界面脱粘、基底破坏。
测试过程
（1）样品准备
按照ASTM F2392要求，测试基底可根据研究目的选择适合组织模型。样品通常需要制备规定尺寸，并在中心设置测试孔，同时需保持厚度均匀，避免组织干燥。
图4. 爆破压测试装置及制样示意图
（2）水凝胶涂覆
将水凝胶材料覆盖于测试区域，并控制使用量、覆盖范围、固化时间以及胶层厚度。
（3）压力加载
完成样品安装后，通过流体泵向测试腔持续注入液体。标准推荐使用生理盐水作为测试液，采用恒定流量方式（如2mL/min）进行压力加载，并通过压力传感器记录最大爆破压力。
图5. 爆破压测试过程示意图
4. 结果分析
爆破压力越高，说明材料形成的密封体系能够承受更大的内部压力。但结果分析不能仅关注数值大小，还需要结合破坏位置进行判断，如果胶层内部破坏说明材料强度不足，界面脱离说明粘附能力不足，基底破坏则表示材料性能优于测试基底。
图6. 爆破压测试结果示例（Natl Sci Rev. 2024;11(6):nwae160.）
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搭接剪切测试与爆破压测试的区别与应用选择
爆破压测试和搭接剪切测试均可用于评价水凝胶材料的粘附性能，但两者关注的力学行为不同。搭接剪切测试主要模拟材料受到平行于粘接界面的剪切作用，通过测定材料失效时的最大载荷，评价水凝胶与基底之间的界面结合强度，能够反映材料的粘附牢固程度。而爆破压测试则通过持续施加液体压力，测定密封体系发生破坏时的最大承压能力，主要用于评价水凝胶材料的密封性能和抗压力破坏能力。
两种测试方法分别从界面粘附和整体密封两个角度反映材料性能，具有互补作用。在实际研究中，通常需要结合两种测试结果以及失效模式进行综合分析，从而更加全面地评价水凝胶材料在复杂应用环境中的粘附性能，为材料优化和应用开发提供可靠依据。
总结与展望
水凝胶材料的粘附性能是决定其在生物医学应用中有效性和安全性的关键因素。通过标准化测试流程，可以系统分析水凝胶材料的粘附强度、密封能力、结构稳定性、失效机制、批次一致性等。未来，随着智能水凝胶、动态粘附材料以及组织工程材料的发展，建立更加接近真实生理环境的多模式评价体系，将进一步推动水凝胶材料从实验研究走向临床应用。
以上内容均为个人观点，仅供参考，如有不当之处，敬请批评指正！
