利用原位干涉测量法监测琼脂糖凝胶的干燥过程

水凝胶表现为粘弹性软固体，并呈现出充满水的多孔微结构，含水量通常为 90% w/w 或更高。因此，这些材料对蒸发失水高度敏感，这会影响其力学性能。然而，除了零散的经验观察外，人们对凝胶干燥动力学知之甚少，缺乏时间和空间分辨的测量。在此，我们报告了一项对浇铸在圆柱形培养皿中的琼脂糖凝胶缓慢干燥过程的基准研究。凝胶与培养皿侧壁的弱粘附力保证了凝胶直径在干燥过程中保持恒定，且凝胶收缩纯粹是垂直方向的。我们利用迈克尔逊干涉仪通过原位干涉测量法监测减薄速率。采用一种新颖的时空滤波方法分析干涉条纹的位移，使我们能够高精度地测量约 10 nm/s 的局部减薄速率。沿凝胶半径不同位置进行的实验表明，凝胶局部以恒定速度减薄，然后在干燥过程结束时经历突然塌缩。我们进一步利用干燥过程早期阶段在培养皿中心测得的减薄速率作为一个稳健的可观测量，来量化添加剂对凝胶干燥动力学的作用，并比较不同组成的凝胶。我们的工作例证了干涉测量法作为一种强大工具，可用于量化微量添加剂对生物聚合物凝胶干燥的影响。