Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik.Siz məhdud CSS dəstəyi ilə brauzer versiyasından istifadə edirsiniz.Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi tövsiyə edirik (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq rejimini söndürün).Bundan əlavə, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün biz saytı üslub və JavaScript olmadan göstəririk.
Eyni anda üç slayddan ibarət karuseli göstərir.Eyni anda üç slayd arasında hərəkət etmək üçün Əvvəlki və Sonrakı düymələrindən istifadə edin və ya bir anda üç slayd arasında hərəkət etmək üçün sonundakı sürüşmə düymələrindən istifadə edin.
Tibbi cihazlar və biotibbi tətbiqlər üçün yeni ultra yumşaq materialların inkişafı ilə onların fiziki və mexaniki xassələrinin hərtərəfli xarakteristikası həm vacib, həm də çətin məsələdir.Budaqlanmış polimer fırça strukturlarının təbəqəsi ilə örtülmüş yeni lehfilkon A biomimetik silikon hidrogel kontakt linzasının son dərəcə aşağı səth modulunu xarakterizə etmək üçün dəyişdirilmiş atom qüvvəsi mikroskopiyası (AFM) nanoindentasiya texnikası tətbiq edilmişdir.Bu üsul budaqlanmış polimerlərə yaxınlaşdıqda viskoz ekstruziya təsiri olmadan təmas nöqtələrinin dəqiq təyin edilməsinə imkan verir.Bundan əlavə, poroelastikliyin təsiri olmadan ayrı-ayrı fırça elementlərinin mexaniki xüsusiyyətlərini təyin etməyə imkan verir.Bu, yumşaq materialların və bioloji nümunələrin xüsusiyyətlərini ölçmək üçün xüsusilə uyğun olan dizaynı (ucu ölçüsü, həndəsə və yay dərəcəsi) olan AFM zondunun seçilməsi ilə əldə edilir.Bu üsul səth sahəsində son dərəcə aşağı elastiklik moduluna (2 kPa-a qədər) və daxili (demək olar ki, 100%) sulu mühitdə olduqca yüksək elastikliyə malik olan çox yumşaq material lehfilkon A-nın dəqiq ölçülməsi üçün həssaslıq və dəqiqliyi artırır. .Səth tədqiqatının nəticələri nəinki lehfilkon A lensinin ultra yumşaq səth xüsusiyyətlərini aşkar etdi, həm də budaqlanmış polimer fırçaların modulunun silikon-hidrogen substratı ilə müqayisə edilə biləcəyini göstərdi.Bu səthi səciyyələndirmə texnikası digər ultra yumşaq materiallara və tibbi cihazlara tətbiq oluna bilər.
Canlı toxuma ilə birbaşa təmasda olmaq üçün nəzərdə tutulmuş materialların mexaniki xüsusiyyətləri çox vaxt bioloji mühitlə müəyyən edilir.Bu material xüsusiyyətlərinin mükəmməl uyğunluğu mənfi hüceyrə reaksiyalarına səbəb olmadan materialın istənilən klinik xüsusiyyətlərinə nail olmağa kömək edir1,2,3.Kütləvi homojen materiallar üçün mexaniki xassələrin xarakteristikası standart prosedurların və sınaq üsullarının mövcudluğuna görə nisbətən asandır (məsələn, mikroindentasiya4,5,6).Bununla belə, gellər, hidrogellər, biopolimerlər, canlı hüceyrələr və s. kimi ultra yumşaq materiallar üçün ölçmə ayırdetmə məhdudiyyətləri və bəzi materialların qeyri-homogenliyi səbəbindən bu test üsulları ümumiyyətlə tətbiq edilmir7.İllər ərzində ənənəvi girinti üsulları dəyişdirilmiş və geniş çeşidli yumşaq materialları xarakterizə etmək üçün uyğunlaşdırılmışdır, lakin bir çox üsullar hələ də onların istifadəsini məhdudlaşdıran ciddi çatışmazlıqlardan əziyyət çəkir8,9,10,11,12,13.Supersoft materialların və səth təbəqələrinin mexaniki xassələrini dəqiq və etibarlı şəkildə xarakterizə edə bilən ixtisaslaşdırılmış sınaq metodlarının olmaması onların müxtəlif tətbiqlərdə istifadəsini ciddi şəkildə məhdudlaşdırır.
Əvvəlki işimizdə gözün buynuz qişasının səthindən ilhamlanan potensial biomimetik dizaynlardan əldə edilən bütün ultra yumşaq səth xüsusiyyətlərinə malik yumşaq heterojen material olan lehfilcon A (CL) kontakt linzasını təqdim etdik.Bu biomaterial poli(2-metakriloiloksietilfosforilxolin (MPC)) (PMPC) şaxələnmiş, çarpaz bağlı polimer təbəqəsini tibbi cihazlar üçün nəzərdə tutulmuş silikon hidrogel (SiHy) 15 üzərinə aşılamaqla hazırlanmışdır.Bu peyvənd prosesi səthdə çox yumşaq və yüksək elastik budaqlı polimer fırça quruluşundan ibarət təbəqə yaradır.Əvvəlki işimiz təsdiqlədi ki, lehfilcon A CL-nin biomimetik strukturu təkmilləşdirilmiş nəmlənmə və çirklənmənin qarşısının alınması, artan sürtünmə və azaldılmış hüceyrə və bakteriya yapışması kimi üstün səth xüsusiyyətləri təmin edir15,16.Bundan əlavə, bu biomimetik materialın istifadəsi və inkişafı digər biotibbi cihazlara daha da genişlənməyi təklif edir.Buna görə də, gələcək inkişafları və tətbiqləri dəstəkləmək üçün hərtərəfli bilik bazası yaratmaq üçün bu ultra yumşaq materialın səth xüsusiyyətlərini xarakterizə etmək və gözlə mexaniki qarşılıqlı əlaqəsini anlamaq çox vacibdir.Ticarətdə mövcud olan əksər SiHy kontakt linzaları vahid material strukturu təşkil edən hidrofilik və hidrofobik polimerlərin homojen qarışığından ibarətdir17.Ənənəvi sıxılma, dartılma və mikroindentasiya test üsullarından istifadə etməklə onların mexaniki xassələrini araşdırmaq üçün bir sıra tədqiqatlar aparılmışdır18,19,20,21.Bununla belə, lehfilcon A CL-nin yeni biomimetik dizaynı onu unikal heterojen materiala çevirir ki, burada budaqlanmış polimer fırça strukturlarının mexaniki xassələri SiHy əsas substratından əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir.Buna görə də, ənənəvi və girinti üsullarından istifadə edərək, bu xassələri dəqiq ölçmək çox çətindir.Perspektivli bir üsul, bioloji hüceyrələr və toxumalar, eləcə də yumşaq polimerlər kimi yumşaq viskoelastik materialların mexaniki xassələrini təyin etmək üçün istifadə edilən atom qüvvəsi mikroskopiyasında (AFM) həyata keçirilən nanoindentasiya test metodundan istifadə edir22,23,24,25 .,26,27,28,29,30.AFM nanoindentasiyasında nanoindentasiya testinin əsasları AFM texnologiyasındakı ən son irəliləyişlərlə birləşdirilir ki, yüksək ölçmə həssaslığı və geniş çeşidli mahiyyətcə super yumşaq materialların sınaqdan keçirilməsini təmin edir31,32,33,34,35,36.Bundan əlavə, texnologiya müxtəlif həndəsələrin istifadəsi ilə digər mühüm üstünlüklər təklif edir.indenter və zond və müxtəlif maye mühitlərdə sınaqdan keçirmək imkanı.
AFM nanoindentasiyası şərti olaraq üç əsas komponentə bölünə bilər: (1) avadanlıq (sensorlar, detektorlar, zondlar və s.);(2) ölçü parametrləri (məsələn, güc, yerdəyişmə, sürət, eniş ölçüsü və s.);(3) Məlumatların işlənməsi (əsas korreksiya, toxunma nöqtəsinin qiymətləndirilməsi, məlumatların uyğunlaşdırılması, modelləşdirmə və s.).Bu metodla bağlı əhəmiyyətli problem ondan ibarətdir ki, AFM nanoindentasiyasından istifadə edən ədəbiyyatda bir neçə tədqiqat eyni nümunə/hüceyrə/material növü üçün çox fərqli kəmiyyət nəticələrini bildirir37,38,39,40,41.Məsələn, Lekka et al.AFM zondunun həndəsəsinin mexaniki olaraq homojen hidrogel və heterojen hüceyrələrin nümunələrinin ölçülən Young moduluna təsiri öyrənilmiş və müqayisə edilmişdir.Onlar bildirirlər ki, modul dəyərləri konsol seçimindən və uc şəklindən çox asılıdır, piramida şəkilli zond üçün ən yüksək dəyər və sferik zond üçün ən aşağı qiymət 42-dir.Eynilə, Selhuber-Unkel et al.Poliakrilamid (PAAM) nümunələrinin girinti sürəti, indenter ölçüsü və qalınlığının ACM43 nanoindentasiyası ilə ölçülən Young moduluna necə təsir etdiyi göstərilmişdir.Başqa bir çətinləşdirən amil standart son dərəcə aşağı modul test materiallarının və pulsuz sınaq prosedurlarının olmamasıdır.Bu, əminliklə dəqiq nəticələr əldə etməyi çox çətinləşdirir.Bununla belə, metod oxşar nümunə növləri arasında nisbi ölçmələr və müqayisəli qiymətləndirmələr üçün çox faydalıdır, məsələn, normal hüceyrələri xərçəng hüceyrələrindən ayırmaq üçün AFM nanoindentasiyasından istifadə etməklə 44, 45.
AFM nanoindentasiyası ilə yumşaq materialları sınaqdan keçirərkən ümumi qayda nümunə moduluna yaxından uyğun gələn aşağı yay sabiti (k) və yarımkürə/dəyirmi ucluqdan istifadə etməkdir ki, birinci zond nümunə səthlərini deşməsin. yumşaq materiallarla ilk əlaqə.Zond tərəfindən yaradılan əyilmə siqnalının lazer detektoru sistemi tərəfindən aşkarlanacaq qədər güclü olması da vacibdir24,34,46,47.Ultra yumşaq heterojen hüceyrələr, toxumalar və gellər vəziyyətində başqa bir problem təkrarlana bilən və etibarlı ölçmələri təmin etmək üçün zond və nümunə səthi arasındakı yapışqan qüvvəni aradan qaldırmaqdır48,49,50.Son vaxtlara qədər AFM nanoindentasiyası üzrə işlərin əksəriyyəti adətən kolloid zondlar (CPs) adlanan nisbətən böyük sferik zondlardan istifadə etməklə bioloji hüceyrələrin, toxumaların, gellərin, hidrogellərin və biomolekulların mexaniki davranışının öyrənilməsinə yönəlmişdir., 47, 51, 52, 53, 54, 55. Bu ucların radiusu 1 ilə 50 µm arasındadır və adətən borosilikat şüşə, polimetil metakrilat (PMMA), polistirol (PS), silikon dioksid (SiO2) və almazdan hazırlanır. karbon (DLC) kimi.CP-AFM nanoindentasiyası yumşaq nümunənin xarakteristikası üçün çox vaxt ilk seçim olsa da, onun öz problemləri və məhdudiyyətləri var.Böyük, mikron ölçülü sferik ucların istifadəsi nümunə ilə ucun ümumi təmas sahəsini artırır və fəza ayırdetmə qabiliyyətinin əhəmiyyətli dərəcədə itirilməsinə səbəb olur.Yerli elementlərin mexaniki xassələrinin daha geniş ərazidə orta göstəricidən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənə biləcəyi yumşaq, qeyri-homogen nümunələr üçün CP girintisi yerli miqyasda xassələrdə hər hansı qeyri-homogenliyi gizlədə bilər52.Kolloid zondlar adətən mikron ölçülü kolloid kürələri epoksi yapışdırıcılardan istifadə edərək uçsuz konsollara əlavə etməklə hazırlanır.İstehsal prosesinin özü bir çox problemlərlə doludur və zond kalibrləmə prosesində uyğunsuzluqlara səbəb ola bilər.Bundan əlavə, kolloid hissəciklərin ölçüsü və kütləsi konsolun rezonans tezliyi, yayın sərtliyi və əyilmə həssaslığı kimi əsas kalibrləmə parametrlərinə birbaşa təsir göstərir56,57,58.Beləliklə, temperaturun kalibrlənməsi kimi adi AFM zondları üçün tez-tez istifadə edilən üsullar CP üçün dəqiq kalibrləmə təmin etməyə bilər və bu düzəlişləri yerinə yetirmək üçün digər üsullar tələb oluna bilər57, 59, 60, 61. Tipik CP girinti təcrübələri böyük sapmalardan istifadə edir. nisbətən böyük sapmalarda konsolun qeyri-xətti davranışının kalibrlənməsi zamanı başqa problem yaradan yumşaq nümunələrin xassələrini öyrənmək62,63,64.Müasir kolloid zond girinti üsulları adətən zondun kalibrlənməsi üçün istifadə olunan konsolun həndəsəsini nəzərə alır, lakin kolloid hissəciklərin təsirinə məhəl qoymur, bu isə metodun düzgünlüyündə əlavə qeyri-müəyyənlik yaradır38,61.Eynilə, kontakt model uyğunluğu ilə hesablanan elastik modullar birbaşa girinti zondunun həndəsəsindən asılıdır və uc və nümunə səthinin xüsusiyyətləri arasında uyğunsuzluq qeyri-dəqiqliklərə səbəb ola bilər27, 65, 66, 67, 68. Spenser və digərlərinin bəzi son işləri.CP-AFM nanoindentasiya metodundan istifadə edərək yumşaq polimer fırçaları xarakterizə edərkən nəzərə alınmalı olan amillər vurğulanır.Onlar bildirdilər ki, polimer fırçalarda özlü mayenin sürətdən asılı olaraq saxlanması baş yükünün artmasına və buna görə də sürətdən asılı xüsusiyyətlərin müxtəlif ölçülməsinə səbəb olur30,69,70,71.
Bu işdə biz dəyişdirilmiş AFM nanoindentasiya metodundan istifadə edərək, ultra yumşaq yüksək elastik material olan lehfilcon A CL-nin səth modulunu xarakterizə etdik.Bu materialın xassələrini və yeni strukturunu nəzərə alaraq, ənənəvi girinti metodunun həssaslıq diapazonu bu son dərəcə yumşaq materialın modulunu xarakterizə etmək üçün açıq-aydın kifayət deyil, ona görə də daha yüksək həssaslıq və aşağı həssaslıqla AFM nanoindentasiya metodundan istifadə etmək lazımdır.səviyyə.Mövcud kolloidal AFM zond nanoindentasiya üsullarının çatışmazlıqlarını və problemlərini nəzərdən keçirdikdən sonra həssaslığı, fon səs-küyünü, təmas nöqtəsini təyin etmək, maye saxlama kimi yumşaq heterojen materialların sürət modulunu ölçmək üçün niyə daha kiçik, xüsusi dizayn edilmiş AFM zondunu seçdiyimizi göstəririk. asılılıq.və dəqiq kəmiyyət təyini.Bundan əlavə, biz girinti ucunun formasını və ölçülərini dəqiq ölçə bildik, bu da ucun materialla təmas sahəsini qiymətləndirmədən elastiklik modulunu təyin etmək üçün konus-kürə uyğun modelindən istifadə etməyə imkan verdi.Bu işdə ölçülən iki gizli fərziyyə tam elastik material xüsusiyyətləri və girinti dərinliyindən asılı olmayan moduldur.Bu metoddan istifadə edərək, metodun kəmiyyətini müəyyən etmək üçün əvvəlcə məlum modulu olan ultra yumşaq standartları sınaqdan keçirdik və sonra bu üsuldan iki fərqli kontakt linza materialının səthlərini xarakterizə etdik.AFM nanoindentasiya səthlərini artan həssaslıqla xarakterizə etmək üçün bu metodun tibbi cihazlarda və biotibbi tətbiqlərdə potensial istifadəsi olan geniş spektrli biomimetik heterojen ultra yumşaq materiallara tətbiq olunacağı gözlənilir.
Lehfilcon A kontakt linzaları (Alcon, Fort Worth, Texas, ABŞ) və onların silikon hidrogel substratları nanoindentasiya təcrübələri üçün seçilmişdir.Təcrübədə xüsusi hazırlanmış linza montajından istifadə edilib.Sınaq üçün linza quraşdırmaq üçün o, diqqətlə günbəz formalı stendə yerləşdirilib, içəriyə hava qabarcıqlarının daxil olmadığından əmin olub, sonra kənarları ilə bərkidilib.Linza tutucusunun yuxarı hissəsindəki armaturdakı bir dəlik mayeni yerində saxlayaraq nanoindentasiya təcrübələri üçün linzanın optik mərkəzinə çıxışı təmin edir.Bu, linzaları tam nəmləndirir.Test məhlulu kimi 500 μl kontakt linza qablaşdırma məhlulu istifadə edilmişdir.Kəmiyyət nəticələrini yoxlamaq üçün poliakrilamid-ko-metilen-bisakrilamid tərkibindən (100 mm Petrisoft Petri qabları, Matrigen, Irvine, CA, ABŞ) kommersiyada mövcud aktivləşdirilməmiş poliakrilamid (PAAM) hidrogelləri hazırlanmışdır, elastik modulu 1-dir. kPa.4-5 damcı (təxminən 125 µl) fosfat tamponlu salin (Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, ABŞ-dan PBS) və 1 damcı OPTI-FREE Puremoist kontakt linza məhlulu (Alcon, Vaud, TX, ABŞ) istifadə edin.) AFM hidrogel-zond interfeysində.
Lehfilcon A CL və SiHy substratlarının nümunələri Skan Ötürmə Elektron Mikroskopu (STEM) detektoru ilə təchiz olunmuş FEI Quanta 250 Sahə Emissiya Skanlayıcı Elektron Mikroskopu (FEG SEM) sistemindən istifadə etməklə görüntülənib.Nümunələri hazırlamaq üçün linzalar əvvəlcə su ilə yuyulur və pasta şəklində dilimlərə kəsilir.Nümunələrin hidrofilik və hidrofobik komponentləri arasında diferensial kontrasta nail olmaq üçün boya kimi 0,10% stabilləşdirilmiş RuO4 məhlulu istifadə edilmiş, nümunələr 30 dəqiqə ərzində batırılmışdır.Lehfilcon A CL RuO4 boyanması təkcə təkmilləşdirilmiş diferensial kontrast əldə etmək üçün deyil, həm də budaqlanmış polimer fırçaların strukturunu orijinal formada saxlamağa kömək edir, sonra isə STEM şəkillərində görünür.Sonra onlar yuyuldu və artan etanol konsentrasiyası ilə bir sıra etanol/su qarışıqlarında susuzlaşdırıldı.Daha sonra nümunələr EMBed 812/Araldite epoksi ilə töküldü, 70°C-də bir gecədə qurudu.Qatran polimerləşməsi ilə əldə edilmiş nümunə blokları ultramikrotomla kəsilmiş və əldə edilən nazik kəsiklər 30 kV sürətləndirici gərginlikdə aşağı vakuum rejimində STEM detektoru ilə vizuallaşdırılmışdır.Eyni SEM sistemi PFQNM-LC-A-CAL AFM zondunun (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, ABŞ) ətraflı xarakteristikası üçün istifadə edilmişdir.AFM zondunun SEM təsvirləri 30 kV sürətləndirici gərginliklə tipik yüksək vakuum rejimində əldə edilmişdir.AFM zond ucunun forma və ölçüsünün bütün təfərrüatlarını qeyd etmək üçün müxtəlif bucaqlarda və böyütmələrdə şəkillər əldə edin.Şəkillərə maraq göstərən bütün uc ölçüləri rəqəmsal olaraq ölçüldü.
Lehfilcon A CL, SiHy substratı və PAAm hidrogel nümunələrini vizuallaşdırmaq və nanoindentat etmək üçün "Mayedə PeakForce QNM" rejimi ilə Dimension FastScan Bio Icon atom qüvvəsi mikroskopu (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, ABŞ) istifadə edilmişdir.Görüntüləmə eksperimentləri üçün 0,50 Hz skan tezliyində nümunənin yüksək ayırdetmə təsvirlərini çəkmək üçün nominal uc radiusu 1 nm olan PEAKFORCE-HIRS-FA zondundan (Bruker) istifadə edilmişdir.Bütün şəkillər sulu məhlulda çəkilmişdir.
AFM nanoindentasiya təcrübələri PFQNM-LC-A-CAL zondundan (Bruker) istifadə edilməklə aparılmışdır.AFM zondunun 345 nm qalınlığında, 54 µm uzunluğunda və 4,5 µm enində 45 kHz rezonans tezliyi ilə nitrid konsolunda silikon ucu var.Yumşaq bioloji nümunələrdə kəmiyyət nanomexaniki ölçmələri xarakterizə etmək və həyata keçirmək üçün xüsusi olaraq hazırlanmışdır.Sensorlar əvvəlcədən kalibrlənmiş yay parametrləri ilə zavodda fərdi olaraq kalibrlənir.Bu tədqiqatda istifadə edilən zondların yay sabitləri 0,05-0,1 N/m aralığında idi.Ucun formasını və ölçüsünü dəqiq müəyyən etmək üçün zond SEM-dən istifadə edərək ətraflı təsvir edilmişdir.Əncirdə.Şəkil 1a, zond dizaynının vahid görünüşünü təmin edən PFQNM-LC-A-CAL zondunun yüksək ayırdetməli, aşağı böyüdücü skan edən elektron mikroqrafını göstərir.Əncirdə.Şəkil 1b, ucun forması və ölçüsü haqqında məlumat verən zond ucunun yuxarı hissəsinin böyüdülmüş görünüşünü göstərir.Həddindən artıq sonunda iynə diametri təxminən 140 nm olan yarımkürədir (Şəkil 1c).Bunun altında, ucu təxminən 500 nm ölçülən uzunluğa çatan konusvari formaya daralır.Daralma bölgəsindən kənarda, uc silindrikdir və ümumi ucu uzunluğu 1,18 µm ilə bitir.Bu, zond ucunun əsas funksional hissəsidir.Bundan əlavə, 45 µm ucu diametri və 2 N/m yay sabiti olan böyük sferik polistirol (PS) zond (Novascan Technologies, Inc., Boone, Ayova, ABŞ) kolloid zond kimi sınaq üçün istifadə edilmişdir.müqayisə üçün PFQNM-LC-A-CAL 140 nm zond ilə.
Bildirilib ki, maye AFM zondu ilə polimer fırça strukturu arasında nanoindentasiya zamanı tutula bilər ki, bu da AFM zonduna faktiki olaraq səthə toxunmazdan əvvəl yuxarıya doğru güc tətbiq edəcək69.Mayenin saxlanması səbəbindən bu özlü ekstruziya effekti görünən təmas nöqtəsini dəyişə bilər və bununla da səth modulunun ölçülməsinə təsir göstərə bilər.Zond həndəsəsinin və girinti sürətinin mayenin saxlanmasına təsirini öyrənmək üçün 1 µm/s və 2 µm/s sabit yerdəyişmə sürətlərində 140 nm diametrli zonddan istifadə edərək lehfilcon A CL nümunələri üçün girinti qüvvəsi əyriləri tərtib edilmişdir.zond diametri 45 µm, sabit qüvvə qəbulu 6 nN 1 µm/s-də əldə edilir.140 nm diametrli zond ilə eksperimentlər yuxarı göz qapağının fizioloji diapazonunda (1-8 kPa) təmas təzyiqi yaratmaq üçün seçilmiş 1 µm/s girinti sürəti və 300 pN təyin edilmiş qüvvə ilə aparılmışdır.təzyiq 72. təzyiqi 1 kPa olan yumşaq hazır PAA hidrogel nümunələri diametri 140 nm olan zonddan istifadə etməklə 1 μm/s sürətlə 50 pN-lik girinti qüvvəsi üçün sınaqdan keçirilmişdir.
PFQNM-LC-A-CAL zondunun ucunun konusvari hissəsinin uzunluğu təqribən 500 nm olduğundan, hər hansı girinti dərinliyi < 500 nm üçün girinti zamanı zondun həndəsəsinin ona sadiq qalacağını etibarlı şəkildə güman etmək olar. konus forması.Bundan əlavə, sınaqdan keçirilən materialın səthinin geri dönən elastik reaksiya nümayiş etdirəcəyi güman edilir ki, bu da sonrakı bölmələrdə təsdiqlənəcəkdir.Buna görə də, ucun formasından və ölçüsündən asılı olaraq, AFM nanoindentasiya təcrübələrimizi (NanoScope) emal etmək üçün Briscoe, Sebastian və Adams tərəfindən hazırlanmış və satıcının proqram təminatında mövcud olan konus-kürə uyğun modelini seçdik.Ayırma məlumatlarının təhlili proqramı, Bruker) 73. Model sferik zirvə qüsuru olan konus üçün F(δ) qüvvə-yerdəyişmə əlaqəsini təsvir edir.Əncirdə.Şəkil 2-də sərt konusun sferik uc ilə qarşılıqlı təsiri zamanı təmas həndəsəsi göstərilir, burada R sferik ucun radiusu, a təmas radiusu, b sferik ucun ucundakı kontakt radiusu, δ əlaqə radiusu.girinti dərinliyi, θ konusun yarım bucağıdır.Bu zondun SEM təsviri aydın şəkildə göstərir ki, 140 nm diametrli sferik ucu teğetsel olaraq konus halında birləşir, ona görə də burada b yalnız R vasitəsilə müəyyən edilir, yəni b = R cos θ.Satıcı tərəfindən təmin edilən proqram a > b fərz edərək qüvvə ayırma məlumatlarından Young modulus (E) dəyərlərini hesablamaq üçün konus-sfer əlaqəsini təmin edir.Əlaqə:
burada F girinti qüvvəsi, E Yanq modulu, ν Puasson nisbətidir.Kontakt radiusu a aşağıdakılardan istifadə etməklə hesablana bilər:
Budaqlanmış polimer fırçaların səth təbəqəsi olan Lefilcon kontakt linzasının materialına basılmış sferik ucu olan sərt konusun təmas həndəsəsinin sxemi.
Əgər a ≤ b olarsa, əlaqə şərti sferik girinti üçün tənliyə azalır;
İnanırıq ki, girintili zondun PMPC polimer fırçasının budaqlanmış strukturu ilə qarşılıqlı təsiri a kontakt radiusunun sferik təmas radiusundan b böyük olmasına səbəb olacaqdır.Buna görə də, bu tədqiqatda aparılan elastik modulun bütün kəmiyyət ölçüləri üçün a > b halı üçün əldə edilən asılılıqdan istifadə etdik.
Bu tədqiqatda tədqiq edilən ultra yumşaq biomimetik materiallar nümunənin kəsişməsinin skan edən ötürücü elektron mikroskopiyasından (STEM) və səthin atom qüvvəsi mikroskopundan (AFM) istifadə edərək hərtərəfli təsvir edilmişdir.Bu ətraflı səth xarakteristikası əvvəllər dərc edilmiş işimizin bir uzantısı olaraq həyata keçirildi, biz müəyyən etdik ki, PMPC ilə dəyişdirilmiş lehfilkon A CL səthinin dinamik şaxələnmiş polimer fırça strukturu yerli buynuz qişa toxumasına oxşar mexaniki xüsusiyyətlər nümayiş etdirdi 14 .Bu səbəbdən kontakt linzaların səthlərini biomimetik materiallar kimi adlandırırıq14.Əncirdə.Şəkil 3a, b, müvafiq olaraq lehfilkon A CL substratının və təmizlənməmiş SiHy substratının səthində budaqlanmış PMPC polimer fırça strukturlarının kəsişmələrini göstərir.Hər iki nümunənin səthləri yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik AFM şəkillərindən istifadə etməklə daha da təhlil edildi və bu, STEM analizinin nəticələrini daha da təsdiq etdi (Şəkil 3c, d).Birlikdə götürüldükdə, bu şəkillər 300-400 nm-də PMPC budaqlanmış polimer fırça strukturunun təxmini uzunluğunu verir ki, bu da AFM nanoindentasiya ölçmələrini şərh etmək üçün vacibdir.Şəkillərdən əldə edilən digər əsas müşahidə, CL biomimetik materialının ümumi səth quruluşunun SiHy substrat materialından morfoloji cəhətdən fərqli olmasıdır.Onların səthi morfologiyasındakı bu fərq onların girintili AFM zondu ilə mexaniki qarşılıqlı əlaqəsi zamanı və sonra ölçülmüş modul dəyərlərində aydın ola bilər.
(a) lehfilcon A CL və (b) SiHy substratının kəsişən STEM şəkilləri.Ölçək çubuğu, 500 nm.Lehfilkon A CL substratının (c) və əsas SiHy substratının (d) səthinin AFM şəkilləri (3 µm × 3 µm).
Bioinspired polimerlər və polimer fırça strukturları təbii olaraq yumşaqdır və geniş şəkildə öyrənilmiş və müxtəlif biotibbi tətbiqlərdə istifadə edilmişdir74,75,76,77.Buna görə də, onların mexaniki xüsusiyyətlərini dəqiq və etibarlı şəkildə ölçə bilən AFM nanoindentasiya metodundan istifadə etmək vacibdir.Ancaq eyni zamanda, bu ultra yumşaq materialların son dərəcə aşağı elastiklik modulu, yüksək maye tərkibi və yüksək elastiklik kimi unikal xüsusiyyətləri çox vaxt doğru materialı, girinti zondunun formasını və formasını seçməyi çətinləşdirir.ölçüsü.Bu, indenterin nümunənin yumşaq səthini deşməməsi üçün vacibdir ki, bu da səthlə təmas nöqtəsini və təmas sahəsini təyin edərkən səhvlərə səbəb olacaqdır.
Bunun üçün ultra yumşaq biomimetik materialların (lehfilcon A CL) morfologiyasını hərtərəfli başa düşmək vacibdir.Təsvir üsulu ilə əldə edilən budaqlanmış polimer fırçaların ölçüsü və strukturu haqqında məlumat AFM nanoindentasiya üsullarından istifadə edərək səthin mexaniki xarakteristikası üçün əsas verir.Mikron ölçülü sferik kolloid zondlar əvəzinə biz 78, 79, 80 bioloji nümunələrin mexaniki xassələrinin kəmiyyət xəritələşdirilməsi üçün xüsusi olaraq hazırlanmış ucu diametri 140 nm olan PFQNM-LC-A-CAL silikon nitrit zondunu (Bruker) seçdik. , 81, 82, 83, 84 Adi kolloid zondlarla müqayisədə nisbətən kəskin zondlardan istifadənin əsasını materialın struktur xüsusiyyətləri ilə izah etmək olar.Zond ucunun ölçüsünü (~140 nm) Şəkil 3a-da göstərilən CL lehfilcon A-nın səthindəki budaqlanmış polimer fırçalarla müqayisə edərək belə nəticəyə gəlmək olar ki, ucu bu fırça strukturları ilə birbaşa təmasda olmaq üçün kifayət qədər böyükdür. ucun onların vasitəsilə deşilməsi şansını azaldır.Bu nöqtəni göstərmək üçün Şəkil 4-də lehfilcon A CL-nin STEM təsviri və AFM zondunun girintili ucu (miqyasda çəkilmiş) göstərilir.
Lehfilcon A CL və ACM girinti zondunun STEM təsvirini göstərən sxematik (miqyasda çəkilmiş).
Bundan əlavə, 140 nm ucu ölçüsü CP-AFM nanoindentasiya üsulu ilə istehsal olunan polimer fırçalar üçün əvvəllər bildirilmiş yapışqan ekstruziya effektlərinin riskindən qaçınmaq üçün kifayət qədər kiçikdir69,71.Biz güman edirik ki, bu AFM ucunun xüsusi konus-sferik forması və nisbətən kiçik ölçüsü (Şəkil 1) lehfilkon A CL nanoindentasiyası tərəfindən yaradılan qüvvə əyrisinin təbiəti girinti sürətindən və ya yükləmə/boşaltma sürətindən asılı olmayacaqdır. .Buna görə də poroelastik təsirlərdən təsirlənmir.Bu fərziyyəni yoxlamaq üçün lehfilcon A CL nümunələri PFQNM-LC-A-CAL zondundan istifadə edərək sabit maksimum gücdə, lakin iki fərqli sürətlə girintiyə salındı ​​və nəticədə yaranan dartılma və geri çəkilmə qüvvəsi əyriləri qüvvənin (nN) qrafikini tərtib etmək üçün istifadə edildi. ayırmada (µm) Şəkil 5a-da göstərilmişdir.Yükləmə və boşaltma zamanı qüvvə əyrilərinin tamamilə üst-üstə düşdüyü aydındır və sıfır girinti dərinliyində qüvvənin kəsilməsinin şəkildəki girinti sürəti ilə artdığına dair heç bir aydın dəlil yoxdur, bu, ayrı-ayrı fırça elementlərinin poroelastik təsir olmadan xarakterizə edildiyini göstərir.Bunun əksinə olaraq, maye saxlama effektləri (özlü ekstruziya və poroelastiklik effektləri) 45 µm diametrli AFM zondu üçün eyni girinti sürətində aydın olur və Şəkil 5b-də göstərildiyi kimi uzanma və geri çəkilmə əyriləri arasındakı histerezis ilə vurğulanır.Bu nəticələr fərziyyəni dəstəkləyir və 140 nm diametrli zondların belə yumşaq səthləri xarakterizə etmək üçün yaxşı seçim olduğunu göstərir.
lehfilcon ACM istifadə edərək CL girinti qüvvəsi əyriləri;(a) iki yükləmə sürətində 140 nm diametrli zonddan istifadə etməklə, səthin girintisi zamanı poroelastik effektin olmamasını nümayiş etdirmək;(b) 45 µm və 140 nm diametrli zondlardan istifadə etməklə.s kiçik zondlarla müqayisədə böyük zondlar üçün özlü ekstruziya və poroelastikliyin təsirlərini göstərir.
Ultrasoft səthləri xarakterizə etmək üçün AFM nanoindentasiya üsulları tədqiq olunan materialın xüsusiyyətlərini öyrənmək üçün ən yaxşı zoda malik olmalıdır.Ucun forması və ölçüsü ilə yanaşı, AFM detektor sisteminin həssaslığı, sınaq mühitində ucun əyilməsinə qarşı həssaslıq və konsol sərtliyi nanoindentasiyanın dəqiqliyi və etibarlılığının müəyyən edilməsində mühüm rol oynayır.ölçmələr.AFM sistemimiz üçün Mövqe Həssas Detektorun (PSD) aşkarlama həddi təxminən 0,5 mV-dir və əvvəlcədən kalibrlənmiş yay sürətinə və PFQNM-LC-A-CAL zondunun hesablanmış maye əyilmə həssaslığına əsaslanır ki, bu da nəzəri yük həssaslığı.0,1 pN-dən azdır.Buna görə də, bu üsul heç bir periferik səs-küy komponenti olmadan minimum girinti qüvvəsinin ≤ 0,1 pN ölçülməsinə imkan verir.Bununla belə, mexaniki vibrasiya və maye dinamikası kimi amillərə görə AFM sisteminin periferik səs-küyü bu səviyyəyə endirməsi demək olar ki, mümkün deyil.Bu amillər AFM nanoindentasiya metodunun ümumi həssaslığını məhdudlaşdırır və həmçinin təxminən ≤ 10 pN fon səs-küy siqnalı ilə nəticələnir.Səthi xarakterizə etmək üçün lehfilcon A CL və SiHy substrat nümunələri SEM xarakteristikası üçün 140 nm zonddan istifadə edərək tam nəmləndirilmiş şəraitdə girintiyə salındı ​​və nəticədə yaranan qüvvə əyriləri güc (pN) və təzyiq arasında üst-üstə salındı.Ayırma sxemi (µm) Şəkil 6a-da göstərilmişdir.SiHy əsas substratı ilə müqayisədə, lehfilcon A CL qüvvə əyrisi çəngəlli polimer fırça ilə təmas nöqtəsindən başlayan və ucun əsas materialla təmasda yamac işarələməsinin kəskin dəyişməsi ilə bitən keçid mərhələsini aydın şəkildə göstərir.Qüvvət əyrisinin bu keçid hissəsi budaqlanmış polimer fırçanın səthdəki həqiqi elastik davranışını vurğulayır, bunu dartılma əyrisini yaxından izləyən sıxılma əyrisi və fırça strukturu ilə iri həcmli SiHy materialı arasında mexaniki xassələrin ziddiyyəti sübut edir.Lefilkonu müqayisə edərkən.PCS-in STEM təsvirində budaqlanmış polimer fırçanın orta uzunluğunun ayrılması (şəkil 3a) və şək 3a-da absis boyunca onun qüvvə əyrisi.Şəkil 6a göstərir ki, metod səthin ən yuxarı hissəsinə çatan uc və budaqlanmış polimeri aşkar etməyə qadirdir.Fırça strukturları arasında əlaqə.Bundan əlavə, güc əyrilərinin sıx üst-üstə düşməsi maye saxlama effektinin olmadığını göstərir.Bu vəziyyətdə iynə ilə nümunənin səthi arasında heç bir yapışma yoxdur.İki nümunə üçün qüvvə əyrilərinin ən yuxarı hissələri üst-üstə düşür, bu da substrat materiallarının mexaniki xüsusiyyətlərinin oxşarlığını əks etdirir.
(a) lehfilcon A CL substratları və SiHy substratları üçün AFM nanoindentasiya qüvvəsi əyriləri, (b) fon səs-küyü həddi metodundan istifadə edərək təmas nöqtəsinin qiymətləndirilməsini göstərən qüvvə əyriləri.
Qüvvət əyrisinin daha incə detallarını öyrənmək üçün lehfilkon A CL nümunəsinin gərginlik əyrisi y oxu boyunca maksimum 50 pN qüvvə ilə Şəkil 6b-də yenidən çəkilir.Bu qrafik orijinal fon səs-küyü haqqında vacib məlumat verir.Səs-küy təmas nöqtəsini dəqiq müəyyən etmək və girinti dərinliyini hesablamaq üçün istifadə olunan ±10 pN diapazonundadır.Ədəbiyyatda bildirildiyi kimi, modul85 kimi material xüsusiyyətlərini dəqiq qiymətləndirmək üçün təmas nöqtələrinin müəyyən edilməsi çox vacibdir.Qüvvə əyrisi məlumatlarının avtomatik işlənməsini əhatə edən yanaşma məlumatların uyğunlaşdırılması və yumşaq materiallar üçün kəmiyyət ölçmələri arasında təkmilləşdirilmiş uyğunluğu göstərdi86.Bu işdə bizim təmas nöqtələri seçimimiz nisbətən sadə və obyektiv olsa da, onun məhdudiyyətləri var.Təmas nöqtəsini təyin etmək üçün mühafizəkar yanaşmamız daha kiçik girinti dərinlikləri (< 100 nm) üçün bir qədər çox qiymətləndirilmiş modul dəyərləri ilə nəticələnə bilər.Alqoritm əsaslı toxunma nöqtələrinin aşkarlanması və məlumatların avtomatlaşdırılmış işlənməsi metodumuzu daha da təkmilləşdirmək üçün gələcəkdə bu işin davamı ola bilər.Beləliklə, ±10 pN qaydasında daxili fon səs-küyü üçün əlaqə nöqtəsini ≥10 pN dəyəri ilə Şəkil 6b-də x oxundakı ilk məlumat nöqtəsi kimi təyin edirik.Sonra, 10 pN səs-küy həddinə uyğun olaraq, ~0,27 µm səviyyəsində şaquli xətt səthlə təmas nöqtəsini qeyd edir, bundan sonra uzanma əyrisi substrat ~270 nm girinti dərinliyinə çatana qədər davam edir.Maraqlıdır ki, görüntüləmə metodu ilə ölçülən budaqlanmış polimer fırça xüsusiyyətlərinin ölçüsünə (300-400 nm) əsaslanaraq, CL lehfilkonun girinti dərinliyi fon səs-küy həddi metodu ilə müşahidə edilən nümunə təxminən 270 nm-dir ki, bu da çox yaxındır. STEM ilə ölçü ölçüsü.Bu nəticələr bu çox yumşaq və yüksək elastik budaqlanmış polimer fırça strukturunun girintiləri üçün AFM zond ucunun forması və ölçüsünün uyğunluğunu və tətbiqini daha da təsdiqləyir.Bu məlumatlar həm də təmas nöqtələrini dəqiq müəyyən etmək üçün fon səs-küyündən istifadə metodumuzu dəstəkləmək üçün güclü sübutlar təqdim edir.Beləliklə, riyazi modelləşdirmə və güc əyrisinin uyğunlaşdırılmasından əldə edilən istənilən kəmiyyət nəticələri nisbətən dəqiq olmalıdır.
AFM nanoindentasiya üsulları ilə kəmiyyət ölçmələri məlumatların seçilməsi və sonrakı təhlili üçün istifadə olunan riyazi modellərdən tamamilə asılıdır.Buna görə də, müəyyən bir modeli seçməzdən əvvəl indenter seçimi, material xüsusiyyətləri və onların qarşılıqlı əlaqə mexanikası ilə bağlı bütün amilləri nəzərə almaq vacibdir.Bu halda, ucun həndəsəsi SEM mikroqrafiklərindən istifadə etməklə diqqətlə xarakterizə edilmişdir (Şəkil 1) və nəticələrə əsasən, sərt konus və sferik uc həndəsəsi ilə 140 nm diametrli AFM nanoindenting zond lehfilcon A CL79 nümunələrini xarakterizə etmək üçün yaxşı seçimdir. .Diqqətlə qiymətləndirilməli olan digər mühüm amil sınaqdan keçirilən polimer materialın elastikliyidir.Nanoindentasiyanın ilkin məlumatlarında (şək. 5a və 6a) gərginlik və sıxılma əyrilərinin üst-üstə düşməsinin xüsusiyyətləri, yəni materialın tam elastik bərpası aydın şəkildə göstərilsə də, kontaktların sırf elastik təbiətini təsdiqləmək son dərəcə vacibdir. .Bu məqsədlə lehfilkon A CL nümunəsinin səthində eyni yerdə tam nəmləndirmə şəraitində 1 µm/s girinti sürətində iki ardıcıl girinti aparıldı.Nəticədə qüvvə əyrisi məlumatları Şəkildə göstərilmişdir.7 və gözlənildiyi kimi, iki çapın genişlənmə və sıxılma əyriləri demək olar ki, eynidir, budaqlanmış polimer fırça strukturunun yüksək elastikliyini vurğulayır.
Lehfilkon A CL səthində eyni yerdə olan iki girinti qüvvəsi əyrisi lens səthinin ideal elastikliyini göstərir.
Zond ucunun və lehfilkon A CL səthinin SEM və STEM şəkillərindən əldə edilən məlumatlara əsasən, konus-kürə modeli AFM zond ucu ilə sınaqdan keçirilən yumşaq polimer materialı arasında qarşılıqlı əlaqənin ağlabatan riyazi təsviridir.Bundan əlavə, bu konus-kürə modeli üçün çap edilmiş materialın elastik xüsusiyyətləri ilə bağlı əsas fərziyyələr bu yeni biomimetik material üçün doğrudur və elastik modulun kəmiyyətini müəyyən etmək üçün istifadə olunur.
AFM nanoindentasiya metodunun və onun komponentlərinin, o cümlədən girinti zondunun xassələri (forma, ölçü və yayın sərtliyi), həssaslıq (fon səs-küyü və təmas nöqtəsinin qiymətləndirilməsi) və məlumatların uyğunlaşdırılması modellərinin (kəmiyyət modulu ölçmələri) hərtərəfli qiymətləndirilməsindən sonra metod istifadə olunur.kəmiyyət nəticələrini yoxlamaq üçün kommersiyada mövcud olan ultra yumşaq nümunələri xarakterizə edin.Elastik modulu 1 kPa olan kommersiya poliakrilamid (PAAM) hidrogel 140 nm zonddan istifadə edərək nəmlənmiş şəraitdə sınaqdan keçirilmişdir.Modul sınağı və hesablamaların təfərrüatları Əlavə Məlumatda verilmişdir.Nəticələr göstərdi ki, ölçülmüş orta modul 0,92 kPa, %RSD və məlum moduldan faiz (%) sapma 10%-dən azdır.Bu nəticələr ultra yumşaq materialların modullarını ölçmək üçün bu işdə istifadə edilən AFM nanoindentasiya metodunun dəqiqliyini və təkrar istehsalını təsdiqləyir.Lehfilcon A CL nümunələrinin və SiHy əsas substratının səthləri, girinti dərinliyinin bir funksiyası olaraq ultrasoft səthinin görünən əlaqə modulunu öyrənmək üçün eyni AFM nanoindentasiya metodundan istifadə edərək daha da xarakterizə edilmişdir.300 pN qüvvədə, 1 µm/s sürətdə və tam nəmləndirmədə hər bir növdən olan üç nümunə (n = 3; hər nümunə üçün bir girinti) üçün girinti qüvvəsinin ayırma əyriləri yaradılmışdır.Girinti qüvvəsinin bölüşdürülməsi əyrisi konus-kürə modelindən istifadə edərək təxmini hesablanmışdır.Girinti dərinliyindən asılı olaraq modul əldə etmək üçün təmas nöqtəsindən başlayaraq hər 20 nm artımda qüvvə əyrisinin 40 nm enində hissəsi təyin olundu və güc əyrisinin hər addımında modulun ölçülən dəyərləri təyin olundu.Spin Cy et al.Oxşar yanaşma, kolloid AFM zondu nanoindentasiyasından istifadə edərək poli(lauril metakrilat) (P12MA) polimer fırçalarının modul qradientini xarakterizə etmək üçün istifadə edilmişdir və onlar Hertz kontakt modelindən istifadə edən məlumatlara uyğundur.Bu yanaşma Şəkil 8-də göstərildiyi kimi görünən təmas modulu (kPa) və girinti dərinliyi (nm) diaqramını təqdim edir və bu, görünən kontakt modulu/dərinlik qradiyentini göstərir.CL lehfilcon A nümunəsinin hesablanmış elastik modulu nümunənin yuxarı 100 nm daxilində 2-3 kPa diapazonundadır və ondan kənarda o, dərinliklə artmağa başlayır.Digər tərəfdən, səthdə fırçaya bənzər bir film olmadan SiHy əsas substratını sınaqdan keçirərkən, 300 pN qüvvədə əldə edilən maksimum girinti dərinliyi 50 nm-dən azdır və məlumatlardan əldə edilən modul dəyəri təxminən 400 kPa-dır. , bu, toplu materiallar üçün Young modulunun dəyərləri ilə müqayisə edilə bilər.
Modulu ölçmək üçün konus-kürə həndəsəsi ilə AFM nanoindentasiya metodundan istifadə edərək lehfilcon A CL və SiHy substratları üçün aydın kontakt modulu (kPa) və girinti dərinliyi (nm).
Yeni biomimetik budaqlı polimer fırça strukturunun ən yuxarı səthi olduqca aşağı elastiklik modulu (2-3 kPa) nümayiş etdirir.Bu, STEM şəklində göstərildiyi kimi çəngəlli polimer fırçanın sərbəst asılan ucuna uyğun olacaq.CL-nin xarici kənarında modul gradientinin bəzi sübutları olsa da, əsas yüksək modullu substrat daha təsirlidir.Bununla birlikdə, səthin üst 100 nm hissəsi budaqlanmış polimer fırçanın ümumi uzunluğunun 20% -i içərisindədir, buna görə də bu girinti dərinliyi diapazonunda modulun ölçülmüş dəyərləri nisbətən dəqiqdir və güclü deyildir. alt obyektin təsirindən asılıdır.
SiHy substratlarının səthinə aşılanmış budaqlanmış PMPC polimer fırça konstruksiyalarından ibarət olan lehfilcon A kontakt linzalarının unikal biomimetik dizaynına görə ənənəvi ölçmə üsullarından istifadə etməklə onların səth strukturlarının mexaniki xüsusiyyətlərini etibarlı şəkildə xarakterizə etmək çox çətindir.Burada yüksək su tərkibi və son dərəcə yüksək elastikliyi olan lefilkon A kimi ultra yumşaq materialları dəqiq xarakterizə etmək üçün qabaqcıl AFM nanoindentasiya metodunu təqdim edirik.Bu üsul, ucu ölçüsü və həndəsəsi çap olunacaq ultra yumşaq səth xüsusiyyətlərinin struktur ölçülərinə uyğun olaraq diqqətlə seçilmiş AFM zondunun istifadəsinə əsaslanır.Zond və struktur arasındakı ölçülərin bu birləşməsi artan həssaslığı təmin edir, poroelastik təsirlərdən asılı olmayaraq budaqlanmış polimer fırça elementlərinin aşağı modulunu və xas elastik xüsusiyyətlərini ölçməyə imkan verir.Nəticələr göstərdi ki, linzaların səthi üçün xarakterik olan unikal budaqlanmış PMPC polimer fırçaları sulu mühitdə sınaqdan keçirildikdə son dərəcə aşağı elastik modula (2 kPa-a qədər) və çox yüksək elastikliyə (təxminən 100%) malik olub.AFM nanoindentasiyasının nəticələri, həmçinin biomimetik linza səthinin görünən kontakt modulunu/dərinlik qradientini (30 kPa/200 nm) xarakterizə etməyə imkan verdi.Bu gradient budaqlanmış polimer fırçalar ilə SiHy substratı arasındakı modul fərqi və ya polimer fırçaların budaqlanmış strukturu/sıxlığı və ya onların birləşməsi ilə bağlı ola bilər.Bununla belə, struktur və xassələr arasındakı əlaqəni, xüsusən də fırçanın budaqlanmasının mexaniki xüsusiyyətlərə təsirini tam başa düşmək üçün əlavə dərin tədqiqatlara ehtiyac var.Oxşar ölçülər digər ultra yumşaq materialların və tibbi cihazların səthinin mexaniki xüsusiyyətlərini xarakterizə etməyə kömək edə bilər.
Cari tədqiqat zamanı yaradılan və/və ya təhlil edilən məlumat dəstləri əsaslı sorğu əsasında müvafiq müəlliflərdən əldə edilə bilər.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. and Haugen, HJ Biomaterialların səthlərinin fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərinə bioloji reaksiyalar.Kimyəvi.cəmiyyət.Ed.49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM və Liu, X. Toxuma mühəndisliyi üçün insan mənşəli biomaterialların təkmilləşdirilməsi.proqramlaşdırma.polimer.elm.53, 86 (2016).
Sadtler, K. et al.Regenerativ tibbdə biomaterialların dizaynı, klinik tətbiqi və immun cavabı.Milli Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK və Farr GM. Yük və yerdəyişmə ölçmələri ilə girinti təcrübələrindən istifadə edərək sərtlik və elastik modulun müəyyən edilməsi üçün təkmilləşdirilmiş üsul.J. Alma mater.saxlama çəni.7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Girinti sərtliyi testinin tarixi mənşəyi.alma mater.elm.texnologiyalar.28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Makro, Mikro və Nanomiqyasda Girinti Sərtlik Ölçmələri: Tənqidi Baxış.qəbilə.Wright.65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD və Clapperich, SM Səthi aşkarlama səhvləri yumşaq materialların nanoindentasiyasında modulun həddindən artıq qiymətləndirilməsinə səbəb olur.J. Mecha.Davranış.Biotibbi Elm.alma mater.2, 312–317 (2009).
Kərimzadə A., Koloor SSR, Ayətullaxi MR, Bushroa AR və Yəhya M.Yu.Eksperimental və hesablama metodlarından istifadə etməklə heterogen nanokompozitlərin mexaniki xarakteristikalarının müəyyən edilməsi üçün nanoindentasiya metodunun qiymətləndirilməsi.elm.Ev 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR və Owart, TS Girinti və optimallaşdırmaya əsaslanan tərs sonlu elementlərin təhlili ilə yumşaq viskoelastik gellərin mexaniki xarakteristikası.J. Mecha.Davranış.Biotibbi Elm.alma mater.2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J və Chaneler D. Uyğun ölçmə sistemlərindən istifadə edərək özlü elastikliyin təyininin optimallaşdırılması.Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. and Pellillo, E. Polimer səthlərin nanoindentasiyası.J. Fizika.D. Fizika üçün müraciət edin.31, 2395 (1998).
Miyailoviç AS, Tsin B., Fortunato D. və Van Vliet KJ Şok girintisindən istifadə edərək yüksək elastik polimerlərin və bioloji toxumaların özlü-elastik mexaniki xassələrinin xarakteristikası.Biomateriallar jurnalı.71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Genişləndirilmiş Borodiç-Qalanov (BG) üsulu və dərin girintidən istifadə edərək yumşaq materialların elastik modulunun və yapışma işinin qiymətləndirilməsi.Xəz.alma mater.129, 198–213 (2019).
Shi, X. və başqaları.Silikon hidrogel kontakt linzalarının biomimetik polimer səthlərinin nanoölçülü morfologiyası və mexaniki xassələri.Langmuir 37, 13961–13967 (2021).