Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur.Siz cheklangan CSS-ni qo'llab-quvvatlaydigan brauzer versiyasidan foydalanmoqdasiz.Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da Moslik rejimini o'chirib qo'ying).Bundan tashqari, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScriptlarsiz ko'rsatamiz.
Bir vaqtning o'zida uchta slayddan iborat karuselni ko'rsatadi.Bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun "Oldingi" va "Keyingi" tugmalaridan foydalaning yoki bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun oxiridagi slayder tugmalaridan foydalaning.
Tibbiy asboblar va biomedikal ilovalar uchun yangi ultra yumshoq materiallarning rivojlanishi bilan ularning fizik va mexanik xususiyatlarini har tomonlama tavsiflash muhim va qiyin.Tarmoqlangan polimer cho'tkasi tuzilmalari qatlami bilan qoplangan yangi lehfilkon A biomimetik silikon gidrojel kontakt linzalarining juda past sirt modulini tavsiflash uchun modifikatsiyalangan atom kuch mikroskopiyasi (AFM) nanoindentatsiya usuli qo'llanildi.Ushbu usul tarmoqlangan polimerlarga yaqinlashganda yopishqoq ekstruziya ta'sirisiz aloqa nuqtalarini aniq aniqlash imkonini beradi.Bundan tashqari, bu poroelastiklik ta'sirisiz alohida cho'tka elementlarining mexanik xususiyatlarini aniqlash imkonini beradi.Bunga, ayniqsa, yumshoq materiallar va biologik namunalarning xususiyatlarini o'lchash uchun mos bo'lgan dizayni (uchning o'lchami, geometriyasi va bahor tezligi) bilan AFM probini tanlash orqali erishiladi.Ushbu usul sirt maydonida (2 kPa gacha) juda past elastiklik moduliga va ichki (deyarli 100%) suvli muhitda juda yuqori elastiklikka ega bo'lgan juda yumshoq material lehfilkon A ni aniq o'lchash uchun sezgirlik va aniqlikni oshiradi. .Sirtni o'rganish natijalari nafaqat lehfilkon A linzalarining ultra yumshoq sirt xususiyatlarini ochibgina qolmay, balki tarvaqaylab ketgan polimer cho'tkalarining moduli kremniy-vodorod substrati bilan solishtirish mumkinligini ham ko'rsatdi.Ushbu sirtni tavsiflash usuli boshqa ultra yumshoq materiallar va tibbiy asboblar uchun qo'llanilishi mumkin.
Tirik to'qimalar bilan bevosita aloqa qilish uchun mo'ljallangan materiallarning mexanik xususiyatlari ko'pincha biologik muhit bilan belgilanadi.Ushbu material xususiyatlarining mukammal uyg'unligi, salbiy hujayrali reaktsiyalarni keltirib chiqarmasdan, materialning kerakli klinik ko'rsatkichlariga erishishga yordam beradi1,2,3.Ommaviy bir hil materiallar uchun standart protseduralar va sinov usullari mavjudligi (masalan, mikroindentatsiya4,5,6) tufayli mexanik xususiyatlarni tavsiflash nisbatan oson.Biroq, jellar, gidrogellar, biopolimerlar, tirik hujayralar va boshqalar kabi o'ta yumshoq materiallar uchun bu sinov usullari odatda o'lchov aniqligi cheklovlari va ba'zi materiallarning bir xilligi tufayli qo'llanilmaydi7.Yillar davomida an'anaviy indentatsiya usullari o'zgartirildi va yumshoq materiallarning keng doirasini tavsiflash uchun moslashtirildi, ammo ko'plab usullar hali ham ulardan foydalanishni cheklaydigan jiddiy kamchiliklarga ega8,9,10,11,12,13.Yumshoq materiallar va sirt qatlamlarining mexanik xususiyatlarini to'g'ri va ishonchli tavsiflashi mumkin bo'lgan maxsus sinov usullarining yo'qligi ularni turli xil ilovalarda qo'llashni keskin cheklaydi.
Oldingi ishimizda biz lehfilcon A (CL) kontakt linzalarini taqdim etdik, bu ko'zning shox pardasi yuzasidan ilhomlangan potentsial biomimetik dizaynlardan olingan barcha ultra yumshoq sirt xususiyatlariga ega yumshoq heterojen material.Ushbu biomaterial poli(2-metakriloiloksietilfosforilxolin (MPC)) (PMPC) ning tarmoqlangan, oʻzaro bogʻlangan polimer qatlamini tibbiy asboblar uchun moʻljallangan silikon gidrogel (SiHy) 15ga payvandlash orqali ishlab chiqilgan.Ushbu payvandlash jarayoni sirtda juda yumshoq va yuqori elastik tarvaqaylab ketgan polimer cho'tkasi tuzilishidan iborat qatlam hosil qiladi.Bizning oldingi ishimiz lehfilcon A CL ning biomimetik tuzilishi yaxshilangan namlanish va ifloslanishning oldini olish, moylash qobiliyatini oshirish va hujayra va bakterial yopishqoqlikni kamaytirish kabi yuqori sirt xususiyatlarini ta'minlashini tasdiqladi15,16.Bundan tashqari, ushbu biomimetik materialdan foydalanish va ishlab chiqish, shuningdek, boshqa biomedikal qurilmalarni yanada kengaytirishni taklif qiladi.Shu sababli, kelajakdagi ishlanmalar va ilovalarni qo'llab-quvvatlash uchun keng qamrovli bilim bazasini yaratish uchun ushbu ultra yumshoq materialning sirt xususiyatlarini tavsiflash va uning ko'z bilan mexanik o'zaro ta'sirini tushunish juda muhimdir.Savdoda mavjud bo'lgan SiHy kontakt linzalarining aksariyati bir xil material tuzilishini tashkil etuvchi hidrofil va hidrofobik polimerlarning bir hil aralashmasidan iborat.An'anaviy siqish, valentlik va mikroindentatsiya sinov usullaridan foydalangan holda ularning mexanik xususiyatlarini o'rganish uchun bir nechta tadqiqotlar o'tkazildi18,19,20,21.Biroq, lehfilcon A CL ning yangi biomimetik dizayni uni noyob heterojen materialga aylantiradi, unda tarvaqaylab ketgan polimer cho'tka tuzilmalarining mexanik xususiyatlari SiHy asosli substratdan sezilarli darajada farq qiladi.Shuning uchun an'anaviy va indentatsiya usullari yordamida bu xususiyatlarni aniq aniqlash juda qiyin.Istiqbolli usulda biologik hujayralar va to'qimalar, shuningdek yumshoq polimerlar kabi yumshoq viskoelastik materiallarning mexanik xususiyatlarini aniqlash uchun ishlatiladigan atom kuch mikroskopiyasida (AFM) amalga oshirilgan nanoindentatsiyani tekshirish usuli qo'llaniladi22,23,24,25 .,26,27,28,29,30.AFM nanoindentatsiyasida nanoindentatsiya sinovining asoslari AFM texnologiyasidagi eng so'nggi yutuqlar bilan birlashtirilib, o'lchov sezgirligini oshirish va o'ta yumshoq materiallarning keng assortimentini sinovdan o'tkazishni ta'minlaydi31,32,33,34,35,36.Bundan tashqari, texnologiya turli xil geometriyalardan foydalanish orqali boshqa muhim afzalliklarni taqdim etadi.indenter va prob va turli suyuqlik muhitida sinovdan o'tkazish imkoniyati.
AFM nanoindentatsiyasi shartli ravishda uchta asosiy komponentga bo'linishi mumkin: (1) uskunalar (datchiklar, detektorlar, zondlar va boshqalar);(2) o'lchov parametrlari (kuch, joy almashish, tezlik, rampa o'lchami va boshqalar);(3) Ma'lumotlarni qayta ishlash (asosiy tuzatish, teginish nuqtasini baholash, ma'lumotlarni moslashtirish, modellashtirish va boshqalar).Ushbu usul bilan bog'liq muhim muammo shundaki, AFM nanoindentatsiyasidan foydalangan holda adabiyotdagi bir nechta tadqiqotlar bir xil namuna/hujayra/material turi uchun juda xilma-xil miqdoriy natijalarni bildiradi37,38,39,40,41.Masalan, Lekka va boshqalar.Mexanik jihatdan bir hil gidrogel va heterojen hujayralar namunalarining o'lchangan Young moduliga AFM zond geometriyasining ta'siri o'rganildi va taqqoslandi.Ularning xabar berishicha, modul qiymatlari konsol tanlovi va uchi shakliga juda bog'liq bo'lib, piramida shaklidagi zond uchun eng yuqori qiymat va sferik zond uchun eng past qiymat 42 ga teng.Xuddi shunday, Selhuber-Unkel va boshqalar.Poliakrilamid (PAAM) namunalarining indenter tezligi, indenter hajmi va qalinligi ACM43 nanoindentatsiyasi bilan o'lchangan Young moduliga qanday ta'sir qilishi ko'rsatilgan.Yana bir murakkab omil - bu juda past modulli standart sinov materiallari va bepul sinov protseduralarining yo'qligi.Bu ishonch bilan aniq natijalarga erishishni juda qiyinlashtiradi.Shu bilan birga, usul nisbiy o'lchovlar va shunga o'xshash namuna turlari o'rtasidagi qiyosiy baholash uchun juda foydalidir, masalan, normal hujayralarni saraton hujayralaridan ajratish uchun AFM nanoindentatsiyasidan foydalanish 44, 45.
AFM nanoindentatsiyasi bilan yumshoq materiallarni sinovdan o'tkazishda umumiy qoida namuna moduliga chambarchas mos keladigan past bahor konstantasi (k) va yarim sharsimon/dumaloq uchi bo'lgan zonddan foydalanishdir, shunda birinchi prob namuna yuzalarini teshib qo'ymaydi. yumshoq materiallar bilan birinchi aloqa.Zond tomonidan ishlab chiqarilgan burilish signali lazer detektori tizimi tomonidan aniqlanishi uchun etarlicha kuchli bo'lishi ham muhimdir24,34,46,47.Ultra yumshoq heterojen hujayralar, to'qimalar va jellar holatida yana bir qiyinchilik - takrorlanadigan va ishonchli o'lchovlarni ta'minlash uchun prob va namuna yuzasi o'rtasidagi yopishtiruvchi kuchni engishdir48,49,50.Yaqin vaqtgacha AFM nanoindentatsiyasi bo'yicha ko'pchilik ish biologik hujayralar, to'qimalar, jellar, gidrogellar va biomolekulalarning mexanik xatti-harakatlarini odatda kolloid zondlar (CPs) deb ataladigan nisbatan katta sferik zondlar yordamida o'rganishga qaratilgan., 47, 51, 52, 53, 54, 55. Bu uchlar radiusi 1 dan 50 mkm gacha boʻlib, odatda borosilikat shisha, polimetil metakrilat (PMMA), polistirol (PS), kremniy dioksidi (SiO2) va olmosdan tayyorlanadi. uglerod (DLC) kabi.CP-AFM nanoindentatsiyasi ko'pincha yumshoq namunani tavsiflash uchun birinchi tanlov bo'lsa-da, uning o'ziga xos muammolari va cheklovlari mavjud.Katta, mikron o'lchamdagi sharsimon uchlardan foydalanish uchning namuna bilan umumiy aloqa maydonini oshiradi va fazoviy o'lchamlari sezilarli darajada yo'qolishiga olib keladi.Mahalliy elementlarning mexanik xossalari kengroq hududda oʻrtacha koʻrsatkichdan sezilarli darajada farq qilishi mumkin boʻlgan yumshoq, bir jinsli boʻlmagan namunalar uchun CP girintisi mahalliy miqyosda xossalardagi har qanday bir jinslilikni yashirishi mumkin52.Kolloid zondlar odatda mikron o'lchamdagi kolloid sferalarni epoksi yopishtiruvchi vositalar yordamida uchsiz konsollarga biriktirish orqali amalga oshiriladi.Ishlab chiqarish jarayonining o'zi ko'plab muammolar bilan to'la va probni kalibrlash jarayonida nomuvofiqliklarga olib kelishi mumkin.Bundan tashqari, kolloid zarrachalarning o'lchami va massasi to'g'ridan-to'g'ri konsolning rezonans chastotasi, bahorning qattiqligi va burilish sezgirligi kabi asosiy kalibrlash parametrlariga ta'sir qiladi56,57,58.Shunday qilib, haroratni kalibrlash kabi an'anaviy AFM problari uchun tez-tez ishlatiladigan usullar CP uchun to'g'ri kalibrlashni ta'minlamasligi mumkin va bu tuzatishlarni amalga oshirish uchun boshqa usullar talab qilinishi mumkin57, 59, 60, 61. Odatda CP chekinish tajribalari katta og'ishlardan foydalanadi. yumshoq namunalarning xususiyatlarini o'rganish, bu esa nisbatan katta og'ishlarda konsolning chiziqli bo'lmagan xatti-harakatlarini kalibrlashda yana bir muammo tug'diradi62,63,64.Zamonaviy kolloid zondni kiritish usullari odatda zondni kalibrlash uchun ishlatiladigan konsolning geometriyasini hisobga oladi, lekin kolloid zarrachalarning ta'sirini e'tiborsiz qoldiradi, bu usulning aniqligida qo'shimcha noaniqlik yaratadi38,61.Xuddi shunday, kontaktli model moslamasi bilan hisoblangan elastik modullar to'g'ridan-to'g'ri chiziqli zondning geometriyasiga bog'liq bo'lib, uchi va namuna sirt xususiyatlari o'rtasidagi nomuvofiqlik noaniqliklarga olib kelishi mumkin27, 65, 66, 67, 68. Spenser va boshqalarning so'nggi ishlari.CP-AFM nanoindentatsiya usuli yordamida yumshoq polimer cho'tkalarini tavsiflashda e'tiborga olinishi kerak bo'lgan omillar ta'kidlangan.Ular polimer cho'tkalarida viskoz suyuqlikni tezlik funktsiyasi sifatida ushlab turishi bosh yukining oshishiga va shuning uchun tezlikka bog'liq xususiyatlarning turli o'lchovlariga olib kelishini xabar qildi30,69,70,71.
Ushbu tadqiqotda biz o'zgartirilgan AFM nanoindentatsiya usulidan foydalangan holda ultra yumshoq yuqori elastik material lehfilkon A CL sirt modulini tavsifladik.Ushbu materialning xususiyatlarini va yangi tuzilishini hisobga olgan holda, an'anaviy indentatsiya usulining sezgirlik diapazoni ushbu juda yumshoq materialning modulini tavsiflash uchun etarli emas, shuning uchun yuqori sezuvchanlik va past sezgirlik bilan AFM nanoindentatsiya usulidan foydalanish kerak.Daraja.Mavjud kolloid AFM zondlarini nanoindentatsiya qilish usullarining kamchiliklari va muammolarini ko'rib chiqqach, biz sezgirlikni, fon shovqinini, aniq aloqa nuqtasini yo'q qilish, suyuqlikni ushlab turish kabi yumshoq heterojen materiallarning tezlik modulini o'lchash uchun nima uchun kichikroq, maxsus mo'ljallangan AFM probini tanlaganimizni ko'rsatamiz. qaramlik.va aniq miqdorni aniqlash.Bundan tashqari, biz cho'zilgan uchining shakli va o'lchamlarini aniq o'lchashga muvaffaq bo'ldik, bu uchning material bilan aloqa qilish maydonini baholamasdan, elastiklik modulini aniqlash uchun konus-sfera mos modelidan foydalanishga imkon berdi.Ushbu ishda aniqlangan ikkita yashirin taxminlar to'liq elastik material xususiyatlari va chuqurlik chuqurligiga bog'liq bo'lmagan moduldir.Ushbu usuldan foydalanib, biz birinchi navbatda usulni miqdoriy aniqlash uchun ma'lum modulli ultra-yumshoq standartlarni sinab ko'rdik va keyin bu usuldan ikki xil kontakt linzalari materiallarining sirtlarini tavsiflash uchun foydalandik.Yuqori sezuvchanlik bilan AFM nanoindentatsiya yuzalarini tavsiflashning ushbu usuli tibbiy asboblar va biomedikal ilovalarda potentsial foydalanish mumkin bo'lgan biomimetik heterojen ultrasoft materiallarining keng doirasiga qo'llanilishi kutilmoqda.
Lehfilcon A kontakt linzalari (Alcon, Fort-Uort, Texas, AQSh) va ularning silikon gidrogel substratlari nanoindentatsiya tajribalari uchun tanlangan.Tajribada maxsus ishlab chiqilgan linza moslamasi ishlatilgan.Sinov uchun ob'ektivni o'rnatish uchun u gumbaz shaklidagi stendga ehtiyotkorlik bilan joylashtirildi, ichkariga havo pufakchalari kirmasligiga ishonch hosil qildi va keyin qirralar bilan mahkamlandi.Ob'ektiv ushlagichining yuqori qismidagi armaturadagi teshik suyuqlikni joyida ushlab turganda nanoindentatsiya tajribalari uchun linzaning optik markaziga kirish imkonini beradi.Bu linzalarning to'liq namlanishini ta'minlaydi.Sinov eritmasi sifatida 500 mkl kontaktli linzalarni qadoqlash eritmasi ishlatilgan.Miqdoriy natijalarni tekshirish uchun poliakrilamid-ko-metilen-bisakrilamid tarkibidan (100 mm Petrisoft Petri idishlari, Matrigen, Irvine, CA, AQSh) sotuvda sotiladigan faollashtirilmagan poliakrilamid (PAAM) gidrogellari tayyorlandi, elastik moduli 1 ga teng. kPa.4-5 tomchi (taxminan 125 µl) fosfat tamponli tuz (PBS, Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, AQSh) va 1 tomchi OPTI-FREE Puremoist kontakt linzalari eritmasidan (Alcon, Vaud, TX, AQSh) foydalaning.) AFM gidrogel-zond interfeysida.
Lehfilcon A CL va SiHy substratlarining namunalari Skanerli uzatuvchi elektron mikroskop (STEM) detektori bilan jihozlangan FEI Quanta 250 dala emissiyasini skanerlovchi elektron mikroskop (FEG SEM) tizimi yordamida vizualizatsiya qilindi.Namunalarni tayyorlash uchun linzalar birinchi navbatda suv bilan yuvilgan va pirog shaklidagi takozlarga kesilgan.Namunalarning hidrofilik va hidrofobik komponentlari o'rtasidagi farqli kontrastga erishish uchun bo'yoq sifatida RuO4 ning 0,10% stabillashgan eritmasi ishlatilgan, unda namunalar 30 daqiqaga cho'mdirilgan.Lehfilcon A CL RuO4 bo'yalishi nafaqat yaxshilangan differentsial kontrastga erishish uchun muhim, balki tarvaqaylab ketgan polimer cho'tkalarining tuzilishini asl shaklida saqlab qolishga yordam beradi, keyinchalik ular STEM tasvirlarida ko'rinadi.Keyin ular yuvilib, etanol konsentratsiyasi ortib borayotgan bir qator etanol/suv aralashmalarida suvsizlandi.Keyin namunalar EMBed 812/Araldite epoksi bilan quyiladi, ular bir kechada 70 ° C da qattiqlashadi.Qatronlar polimerizatsiyasi natijasida olingan namuna bloklari ultramikrotom bilan kesilgan va natijada olingan ingichka bo'laklar STEM detektori bilan past vakuum rejimida 30 kV tezlashuvchi kuchlanishda ingl.Xuddi shu SEM tizimi PFQNM-LC-A-CAL AFM probining batafsil tavsifi uchun ishlatilgan (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, AQSh).AFM probining SEM tasvirlari 30 kV tezlashtiruvchi kuchlanish bilan odatiy yuqori vakuum rejimida olingan.AFM prob uchining shakli va o'lchamining barcha tafsilotlarini yozib olish uchun turli burchak va kattalashtirishdagi tasvirlarni oling.Tasvirlarni qiziqtirgan barcha uchi o'lchovlari raqamli ravishda o'lchandi.
Lehfilkon A CL, SiHy substrati va PAAm gidrogel namunalarini ko‘rish va nanoindentat qilish uchun “Suyuqlikda PeakForce QNM” rejimiga ega Dimension FastScan Bio Icon atom kuch mikroskopi (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, AQSH) ishlatilgan.Tasvirlash tajribalari uchun 0,50 Gts skanerlash tezligida namunaning yuqori aniqlikdagi tasvirlarini olish uchun nominal uchi radiusi 1 nm bo'lgan PEAKFORCE-HIRS-FA probi (Bruker) ishlatilgan.Barcha tasvirlar suvli eritmada olingan.
AFM nanoindentatsiya tajribalari PFQNM-LC-A-CAL probi (Bruker) yordamida amalga oshirildi.AFM probi qalinligi 345 nm, uzunligi 54 mkm va kengligi 4,5 mkm, rezonans chastotasi 45 kHz bo'lgan nitrid konsolida kremniy uchiga ega.U yumshoq biologik namunalarda miqdoriy nanomexanik o'lchovlarni tavsiflash va amalga oshirish uchun maxsus ishlab chiqilgan.Datchiklar zavodda oldindan sozlangan bahor sozlamalari bilan individual ravishda sozlanadi.Ushbu tadqiqotda ishlatiladigan problarning bahor konstantalari 0,05-0,1 N / m oralig'ida edi.Uchining shakli va o'lchamini aniq aniqlash uchun SEM yordamida prob batafsil tavsiflangan.Shaklda.1a-rasmda PFQNM-LC-A-CAL probining yuqori aniqlikdagi, past kattalashtirilgan skanerlash elektron mikrografi ko'rsatilgan bo'lib, prob dizaynining yaxlit ko'rinishini ta'minlaydi.Shaklda.1b prob uchining yuqori qismining kattalashtirilgan ko'rinishini ko'rsatadi, uchining shakli va o'lchami haqida ma'lumot beradi.Ekstremal uchida igna diametri taxminan 140 nm bo'lgan yarim shardir (1c-rasm).Buning ostida uchi konussimon shaklga kirib, o'lchangan uzunligi taxminan 500 nm ga etadi.Toraygan hududdan tashqarida uchi silindrsimon bo'lib, umumiy uchi uzunligi 1,18 mkm bilan tugaydi.Bu prob uchining asosiy funktsional qismidir.Bundan tashqari, kolloid zond sifatida sinov uchun uchi diametri 45 mkm va bahor doimiysi 2 N/m bo'lgan katta sharsimon polistirol (PS) zond (Novascan Technologies, Inc., Boone, Ayova, AQSh) ham ishlatilgan.solishtirish uchun PFQNM-LC-A-CAL 140 nm prob bilan.
Nanoindentatsiya paytida suyuqlik AFM zondi va polimer cho'tkasi tuzilishi o'rtasida ushlanib qolishi mumkinligi haqida xabar berilgan, bu esa AFM probi yuzasiga tegmasdan oldin unga yuqoriga qarab kuch ta'sir qiladi69.Suyuqlikni ushlab turish tufayli bu yopishqoq ekstruziya effekti ko'rinadigan aloqa nuqtasini o'zgartirishi mumkin va shu bilan sirt moduli o'lchovlariga ta'sir qiladi.Zond geometriyasi va chuqurchaga tushish tezligining suyuqlikni ushlab turishga ta'sirini o'rganish uchun lehfilkon A CL namunalari uchun 1 mkm/s va 2 mkm/s doimiy siljish tezligida 140 nm diametrli zond yordamida chuqurchaga kirish kuchi egri chizilgan.zond diametri 45 mkm, sobit quvvat sozlamalari 6 nN 1 mkm/s tezlikda erishiladi.Diametri 140 nm bo'lgan zond bilan tajribalar yuqori ko'z qovog'ining fiziologik diapazonida (1-8 kPa) kontakt bosimini yaratish uchun tanlangan, 1 mkm / s chuqurlik tezligida va 300 pN o'rnatilgan quvvatda o'tkazildi.bosim 72. 1 kPa bosimli PAA gidrogelining yumshoq tayyor namunalari diametri 140 nm bo'lgan zond yordamida 1 mkm / s tezlikda 50 pN chuqurlik kuchi uchun sinovdan o'tkazildi.
PFQNM-LC-A-CAL zondi uchining konussimon qismining uzunligi taxminan 500 nm bo'lganligi sababli, har qanday chuqurlik < 500 nm uchun chuqurlik paytida zondning geometriyasi uning geometriyasiga sodiq qoladi deb ishonch bilan taxmin qilish mumkin. konus shakli.Bundan tashqari, sinovdan o'tkazilayotgan materialning yuzasi qaytariladigan elastik reaktsiyani namoyon qiladi, deb taxmin qilinadi, bu keyingi bo'limlarda ham tasdiqlanadi.Shuning uchun, uchining shakli va o'lchamiga qarab, biz AFM nanoindentatsiya tajribalarimizni (NanoScope) qayta ishlash uchun sotuvchining dasturiy ta'minotida mavjud bo'lgan Brisko, Sebastyan va Adams tomonidan ishlab chiqilgan konus-sfera moslama modelini tanladik.Ajratish ma'lumotlarini tahlil qilish dasturi, Bruker) 73. Model sharsimon cho'qqi nuqsoni bo'lgan konus uchun F(d) kuch-o'zgarish munosabatlarini tavsiflaydi.Shaklda.2-rasmda qattiq konusning sharsimon uchi bilan o'zaro ta'sirida kontakt geometriyasi ko'rsatilgan, bu erda R - sharsimon uchining radiusi, a - aloqa radiusi, b - sharsimon uchining uchidagi kontakt radiusi, d - aloqa radiusi.girinti chuqurligi, th - konusning yarim burchagi.Ushbu zondning SEM tasviri 140 nm diametrli sferik uchi konusga tangensial ravishda birlashishini aniq ko'rsatadi, shuning uchun bu erda b faqat R orqali aniqlanadi, ya'ni b = R cos th.Sotuvchi tomonidan taqdim etilgan dasturiy ta'minot a > b qabul qilgan holda kuch ajratish ma'lumotlaridan Young moduli (E) qiymatlarini hisoblash uchun konus-sfera munosabatlarini ta'minlaydi.Aloqa:
Bu erda F - chekinish kuchi, E - Young moduli, n - Puasson nisbati.Kontakt radiusi a ni quyidagicha hisoblash mumkin:
Tarmoqlangan polimer cho'tkalarining sirt qatlami bilan Lefilcon kontakt linzalari materialiga bosilgan sharsimon uchli qattiq konusning kontakt geometriyasining sxemasi.
Agar a ≤ b bo'lsa, munosabat an'anaviy sferik indenter uchun tenglamaga kamayadi;
Biz ishonamizki, chuqurlashtiruvchi probning PMPC polimer cho'tkasining tarvaqaylab ketgan tuzilishi bilan o'zaro ta'siri a aloqa radiusi sharsimon kontakt radiusi b dan kattaroq bo'lishiga olib keladi.Shuning uchun, ushbu tadqiqotda bajarilgan elastik modulning barcha miqdoriy o'lchovlari uchun biz a > b holati uchun olingan bog'liqlikdan foydalandik.
Ushbu tadqiqotda o'rganilgan ultrasoft biomimetik materiallar namuna kesmasining skanerlash transmissiya elektron mikroskopiyasi (STEM) va sirtning atom kuchi mikroskopiyasi (AFM) yordamida har tomonlama tasvirlangan.Ushbu batafsil sirt tavsifi ilgari nashr etilgan ishimizning kengaytmasi sifatida amalga oshirildi, unda biz PMPC-modifikatsiyalangan lehfilkon A CL yuzasining dinamik tarvaqaylab ketgan polimerik cho'tkasi tuzilishi mahalliy kornea to'qimalariga 14 o'xshash mexanik xususiyatlarni namoyish etganligini aniqladik.Shuning uchun biz kontakt linzalari sirtini biomimetik materiallar deb ataymiz14.Shaklda.3a, b, mos ravishda lehfilkon A CL substrati va ishlov berilmagan SiHy substrati yuzasida tarvaqaylab ketgan PMPC polimer cho'tkasi tuzilmalarining kesmalarini ko'rsatadi.Ikkala namunaning sirtlari yuqori aniqlikdagi AFM tasvirlari yordamida qo'shimcha tahlil qilindi, bu esa STEM tahlilining natijalarini yanada tasdiqladi (3c, d-rasm).Birgalikda olingan ushbu tasvirlar 300-400 nm da PMPC tarvaqaylab ketgan polimer cho'tkasi tuzilishining taxminiy uzunligini beradi, bu AFM nanoindentsiya o'lchovlarini talqin qilish uchun juda muhimdir.Tasvirlardan olingan yana bir muhim kuzatuv shundan iboratki, CL biomimetik materialining umumiy sirt tuzilishi SiHy substrat materialidan morfologik jihatdan farq qiladi.Ularning sirt morfologiyasidagi bu farq AFM probi bilan mexanik o'zaro ta'sirida va keyinchalik o'lchangan modul qiymatlarida aniq bo'lishi mumkin.
(a) lehfilkon A CL va (b) SiHy substratining kesma STEM tasvirlari.O'lchov paneli, 500 nm.Lehfilkon A CL substratining (c) va asosiy SiHy substratining (d) yuzasining AFM tasvirlari (3 mkm × 3 mkm).
Bioinspired polimerlari va polimer cho'tkasi tuzilmalari tabiatan yumshoq bo'lib, keng o'rganilgan va turli biomedikal ilovalarda qo'llanilgan74,75,76,77.Shuning uchun ularning mexanik xususiyatlarini aniq va ishonchli o'lchashi mumkin bo'lgan AFM nanoindentatsiya usulidan foydalanish muhimdir.Biroq, shu bilan birga, ushbu ultra yumshoq materiallarning o'ziga xos xususiyatlari, masalan, juda past elastiklik moduli, yuqori suyuqlik miqdori va yuqori elastiklik, ko'pincha to'g'ri materialni, chuqurlik probining shakli va shaklini tanlashni qiyinlashtiradi.hajmi.Bu indenter namunaning yumshoq yuzasini teshib qo'ymasligi uchun juda muhim, bu sirt bilan aloqa nuqtasini va aloqa maydonini aniqlashda xatolarga olib keladi.
Buning uchun ultra yumshoq biomimetik materiallarning (lehfilcon A CL) morfologiyasini har tomonlama tushunish juda muhimdir.Tasvirlash usuli yordamida olingan tarvaqaylab ketgan polimer cho'tkalarining o'lchamlari va tuzilishi haqidagi ma'lumotlar AFM nanoindentatsiya texnikasi yordamida sirtni mexanik tavsiflash uchun asos bo'lib xizmat qiladi.Mikron o'lchamdagi sferik kolloid zondlar o'rniga biz 78, 79, 80 biologik namunalarning mexanik xususiyatlarini miqdoriy xaritalash uchun maxsus mo'ljallangan uchi diametri 140 nm bo'lgan PFQNM-LC-A-CAL silikon nitridi probini (Bruker) tanladik. , 81, 82, 83, 84 An'anaviy kolloid zondlar bilan solishtirganda nisbatan o'tkir problardan foydalanishning mantiqiy asosini materialning strukturaviy xususiyatlari bilan izohlash mumkin.Zond uchi o‘lchamini (~ 140 nm) 3a-rasmda ko‘rsatilgan CL lehfilkon A yuzasidagi tarvaqaylab ketgan polimer cho‘tkalari bilan taqqoslab, uchi bu cho‘tka tuzilmalari bilan to‘g‘ridan-to‘g‘ri aloqa qilish uchun etarlicha katta degan xulosaga kelish mumkin. ular orqali uchini teshish imkoniyatini kamaytiradi.Bu fikrni tasvirlash uchun 4-rasmda lehfilkon A CL ning STEM tasviri va AFM zondining chekinish uchi (masshtabga qarab chizilgan) keltirilgan.
Lehfilcon A CL va ACM indentatsiya zondining STEM tasvirini ko'rsatadigan sxema (miqyosda chizilgan).
Bundan tashqari, 140 nm uchi o'lchami CP-AFM nanoindentatsiya usuli69,71 tomonidan ishlab chiqarilgan polimer cho'tkalari uchun ilgari xabar qilingan yopishqoq ekstruziya effektlari xavfini oldini olish uchun etarlicha kichikdir.Ushbu AFM uchining maxsus konus-sferik shakli va nisbatan kichik o'lchami (1-rasm) tufayli lehfilkon A CL nanoindentatsiyasi tomonidan yaratilgan kuch egri chizig'ining tabiati chekinish tezligiga yoki yuklash / tushirish tezligiga bog'liq bo'lmaydi deb taxmin qilamiz. .Shuning uchun u poroelastik ta'sirlardan ta'sirlanmaydi.Ushbu gipotezani sinab ko'rish uchun lehfilkon A CL namunalari PFQNM-LC-A-CAL probi yordamida belgilangan maksimal quvvatda, lekin ikki xil tezlikda chizilgan va natijada paydo bo'lgan kuchlanish va tortishish kuchi egri chizig'i kuch (nN) ni chizish uchun ishlatilgan. ajratishda (mkm) 5a-rasmda ko'rsatilgan.Ko'rinib turibdiki, yuklash va tushirish paytida kuch egri chiziqlari to'liq bir-biriga mos keladi va nol chuqurlikdagi kuchning kesishishi rasmdagi chuqurlik tezligi bilan ortib borishi haqida aniq dalillar yo'q, bu alohida cho'tka elementlari poroelastik ta'sirsiz xarakterlanganligini ko'rsatadi.Aksincha, suyuqlikni ushlab turish effektlari (yopishqoq ekstruziya va poroelastiklik effektlari) 45 mkm diametrli AFM probi uchun bir xil chuqurlik tezligida namoyon bo'ladi va 5b-rasmda ko'rsatilganidek, cho'zish va tortib olish egri chiziqlari orasidagi histerezis bilan ta'kidlanadi.Ushbu natijalar gipotezani qo'llab-quvvatlaydi va 140 nm diametrli zondlar bunday yumshoq yuzalarni tavsiflash uchun yaxshi tanlov ekanligini ko'rsatadi.
lehfilcon A CL indentation kuch egri ACM yordamida;(a) ikki yuklash tezligida diametri 140 nm bo'lgan zonddan foydalanib, sirt chuqurligi paytida poroelastik ta'sir yo'qligini ko'rsatadi;(b) diametri 45 mkm va 140 nm bo'lgan zondlar yordamida.s kichikroq zondlarga nisbatan katta problar uchun viskoz ekstruziya va poroelastiklikning ta'sirini ko'rsatadi.
Ultrasoft sirtlarni tavsiflash uchun AFM nanoindentatsiya usullari o'rganilayotgan materialning xususiyatlarini o'rganish uchun eng yaxshi zondga ega bo'lishi kerak.Nanoindentatsiyaning aniqligi va ishonchliligini aniqlashda uchi shakli va o'lchamiga qo'shimcha ravishda, AFM detektor tizimining sezgirligi, sinov muhitida uchi burilish sezuvchanligi va konsolning qattiqligi muhim rol o'ynaydi.o'lchovlar.Bizning AFM tizimimiz uchun Position Sensitive Detector (PSD) aniqlash chegarasi taxminan 0,5 mV ni tashkil qiladi va PFQNM-LC-A-CAL probining oldindan kalibrlangan bahor tezligiga va hisoblangan suyuqlik burilish sezgirligiga asoslanadi. nazariy yuk sezuvchanligi.0,1 pN dan kam.Shuning uchun, bu usul hech qanday periferik shovqin komponentisiz ≤ 0,1 pN minimal bo'shliq kuchini o'lchash imkonini beradi.Biroq, mexanik tebranish va suyuqlik dinamikasi kabi omillar tufayli AFM tizimi uchun periferik shovqinni bu darajaga kamaytirish deyarli mumkin emas.Ushbu omillar AFM nanoindentatsiya usulining umumiy sezgirligini cheklaydi va shuningdek, taxminan ≤ 10 pN fon shovqin signaliga olib keladi.Sirt tavsifi uchun lehfilkon A CL va SiHy substrat namunalari SEM tavsifi uchun 140 nm zond yordamida to'liq gidratlangan sharoitda chuqurlashtirildi va natijada paydo bo'lgan kuch egri chiziqlari kuch (pN) va bosim o'rtasida qo'shildi.Ajratish sxemasi (mkm) 6a-rasmda ko'rsatilgan.SiHy asosli substrat bilan solishtirganda, lehfilkon A CL kuch egri chizig'i vilkalar polimer cho'tkasi bilan aloqa qilish joyidan boshlanib, uchining asosiy material bilan nishab belgilarining keskin o'zgarishi bilan yakunlanadigan o'tish bosqichini aniq ko'rsatadi.Quvvat egri chizig'ining bu o'tish qismi shoxlangan polimer cho'tkasining sirtdagi chinakam egiluvchanligini ta'kidlaydi, bu kuchlanish egri chizig'idan yaqindan keyingi siqilish egri chizig'i va cho'tka tuzilishi va katta hajmli SiHy materiali o'rtasidagi mexanik xususiyatlarning kontrastidan dalolat beradi.Lefilkonni solishtirganda.PCS ning STEM tasviridagi tarvaqaylab ketgan polimer cho'tkasining o'rtacha uzunligini ajratish (3a-rasm) va uning 3a-rasmdagi abscissa bo'ylab kuch egri chizig'i.Shakl 6a shuni ko'rsatadiki, usul sirtning eng yuqori qismiga etib boradigan uchi va tarvaqaylab ketgan polimerni aniqlashga qodir.Cho'tkasi tuzilmalari orasidagi aloqa.Bunga qo'shimcha ravishda, kuch egri chizig'ining yaqin bir-biriga yopishishi suyuqlikni ushlab turish ta'sirining yo'qligini ko'rsatadi.Bunday holda, igna va namunaning yuzasi o'rtasida mutlaqo yopishqoqlik yo'q.Ikki namuna uchun kuch egri chizig'ining eng yuqori qismlari bir-biriga mos keladi, bu substrat materiallarining mexanik xususiyatlarining o'xshashligini aks ettiradi.
(a) lehfilcon A CL substratlari va SiHy substratlari uchun AFM nanoindentatsiya kuchi egri chiziqlari, (b) fon shovqin chegarasi usuli yordamida aloqa nuqtasini baholashni ko'rsatadigan kuch egri chiziqlari.
Quvvat egri chizig'ining nozik detallarini o'rganish uchun lehfilkon A CL namunasining kuchlanish egri chizig'i 6b-rasmda y o'qi bo'ylab maksimal 50 pN kuch bilan qayta chizilgan.Ushbu grafik asl fon shovqini haqida muhim ma'lumotlarni taqdim etadi.Shovqin ±10 pN oralig'ida bo'lib, u aloqa nuqtasini aniq aniqlash va chuqurlik chuqurligini hisoblash uchun ishlatiladi.Adabiyotda xabar qilinganidek, aloqa nuqtalarini aniqlash modul85 kabi material xususiyatlarini to'g'ri baholash uchun juda muhimdir.Quvvat egri chizig'i ma'lumotlarini avtomatik qayta ishlashni o'z ichiga olgan yondashuv, yumshoq materiallar uchun ma'lumotlarni moslashtirish va miqdoriy o'lchovlar o'rtasidagi yaxshilangan muvofiqlikni ko'rsatdi86.Ushbu ishda bizning aloqa nuqtalarimizni tanlash nisbatan sodda va ob'ektiv, ammo uning cheklovlari mavjud.Aloqa nuqtasini aniqlashda bizning konservativ yondashuvimiz kichikroq chuqurlik (< 100 nm) uchun modul qiymatlarini biroz oshirib yuborishga olib kelishi mumkin.Algoritmga asoslangan teginish nuqtasini aniqlash va ma'lumotlarni avtomatlashtirilgan qayta ishlash usullaridan foydalanish kelajakda bizning uslubimizni yanada takomillashtirish uchun ushbu ishlarning davomi bo'lishi mumkin.Shunday qilib, ± 10 pN tartibida ichki fon shovqini uchun biz aloqa nuqtasini ≥10 pN qiymati bilan 6b-rasmdagi x o'qi bo'yicha birinchi ma'lumot nuqtasi sifatida belgilaymiz.Keyin, 10 pN shovqin chegarasiga muvofiq, ~ 0,27 mkm darajasidagi vertikal chiziq sirt bilan aloqa qilish nuqtasini belgilaydi, shundan so'ng cho'zish egri chizig'i substrat ~ 270 nm chuqurlik chuqurligiga mos kelguncha davom etadi.Qizig'i shundaki, ko'rish usuli yordamida o'lchangan tarvaqaylab ketgan polimer cho'tkasi xususiyatlarining (300-400 nm) o'lchamiga asoslanib, CL lehfilkonning chuqurlik chuqurligi fon shovqin chegarasi usuli yordamida kuzatilgan namuna taxminan 270 nm ni tashkil qiladi, bu juda yaqin. STEM bilan o'lchov hajmi.Ushbu natijalar AFM prob uchining shakli va o'lchamining mosligini va bu juda yumshoq va yuqori elastik tarvaqaylab ketgan polimer cho'tkasi tuzilishini chuqurlashtirish uchun qo'llanilishini yanada tasdiqlaydi.Ushbu ma'lumotlar, shuningdek, aloqa nuqtalarini aniqlash uchun chegara sifatida fon shovqinidan foydalanish usulini qo'llab-quvvatlash uchun kuchli dalillarni taqdim etadi.Shunday qilib, matematik modellashtirish va kuch egri chizig'ini moslashtirishdan olingan har qanday miqdoriy natijalar nisbatan aniq bo'lishi kerak.
AFM nanoindentatsiya usullari bilan miqdoriy o'lchovlar to'liq ma'lumotlarni tanlash va keyingi tahlil qilish uchun ishlatiladigan matematik modellarga bog'liq.Shuning uchun, ma'lum bir modelni tanlashdan oldin, indenterni, materialning xususiyatlarini va ularning o'zaro ta'sirining mexanikasini tanlash bilan bog'liq barcha omillarni hisobga olish muhimdir.Bunday holda, uchi geometriyasi SEM mikrografiyalari yordamida sinchkovlik bilan tavsiflangan (1-rasm) va natijalarga ko'ra, 140 nm diametrli qattiq konus va sharsimon uchi geometriyali AFM nanoindenting probi lehfilkon A CL79 namunalarini tavsiflash uchun yaxshi tanlovdir. .Ehtiyotkorlik bilan baholanishi kerak bo'lgan yana bir muhim omil - bu sinovdan o'tkazilayotgan polimer materialining elastikligi.Nanoindentatsiyaning dastlabki ma'lumotlari (5a va 6a-rasmlar) taranglik va siqish egri chizig'ining bir-birining ustiga chiqishi, ya'ni materialning to'liq elastik tiklanishi xususiyatlarini aniq ko'rsatgan bo'lsa-da, kontaktlarning sof elastikligini tasdiqlash juda muhimdir. .Shu maqsadda, lehfilkon A CL namunasi yuzasida bir xil joyda, to'liq hidratsiya sharoitida 1 mkm / s chuqurlik tezligida ikkita ketma-ket bo'shliq amalga oshirildi.Olingan kuch egri chizig'i ma'lumotlari shaklda ko'rsatilgan.7 va kutilganidek, ikkita nashrning kengayish va siqish egri chiziqlari deyarli bir xil bo'lib, tarvaqaylab ketgan polimer cho'tkasi strukturasining yuqori elastikligini ta'kidlaydi.
Lehfilkon A CL yuzasida bir xil joyda joylashgan ikkita chekinish kuchi egri linzalar yuzasining ideal elastikligini ko'rsatadi.
Zond uchi va lehfilkon A CL yuzasining SEM va STEM tasvirlaridan olingan ma'lumotlarga asoslanib, mos ravishda konus-sfera modeli AFM prob uchi va sinovdan o'tkazilayotgan yumshoq polimer material o'rtasidagi o'zaro ta'sirning oqilona matematik ifodasidir.Bundan tashqari, ushbu konus-sfera modeli uchun bosib chiqarilgan materialning elastik xususiyatlari haqidagi asosiy taxminlar ushbu yangi biomimetik material uchun to'g'ri keladi va elastik modulni hisoblash uchun ishlatiladi.
AFM nanoindentatsiya usulini va uning tarkibiy qismlarini, shu jumladan chuqurlik zond xususiyatlari (shakli, o'lchami va bahor qattiqligi), sezgirlik (fon shovqini va aloqa nuqtasini baholash) va ma'lumotlarni o'rnatish modellarini (miqdoriy modul o'lchovlari) har tomonlama baholashdan so'ng, usul ishlatilgan.miqdoriy natijalarni tekshirish uchun tijoratda mavjud bo'lgan ultra yumshoq namunalarni tavsiflang.Elastik moduli 1 kPa bo'lgan tijorat poliakrilamid (PAAM) gidrogel 140 nm zond yordamida gidratlangan sharoitda sinovdan o'tkazildi.Modul sinovlari va hisob-kitoblar tafsilotlari Qo'shimcha ma'lumotlarda keltirilgan.Natijalar shuni ko'rsatdiki, o'lchangan o'rtacha modul 0,92 kPa, va% RSD va ma'lum moduldan foiz (%) og'ish 10% dan kam edi.Ushbu natijalar ultrasoft materiallarning modullarini o'lchash uchun ushbu ishda qo'llaniladigan AFM nanoindentatsiya usulining aniqligi va takrorlanishini tasdiqlaydi.Lehfilcon A CL namunalari va SiHy asos substratining sirtlari chuqurlik chuqurligi funktsiyasi sifatida ultrasoft sirtining ko'rinadigan aloqa modulini o'rganish uchun bir xil AFM nanoindentatsiya usuli yordamida tavsiflangan.Har bir turdagi uchta namuna uchun (n = 3; har bir namunada bitta chiziq) 300 pN kuch, 1 mkm / s tezlik va to'liq hidratsiyada bo'linish kuchini ajratish egri chiziqlari yaratildi.Chuqurlik kuchini taqsimlash egri chizig'i konus-sfera modeli yordamida taxmin qilingan.Chuqurlik chuqurligiga bog'liq bo'lgan modulni olish uchun kuch egri chizig'ining 40 nm kengligidagi qismi aloqa nuqtasidan boshlab har bir 20 nm qadamda o'rnatildi va kuch egri chizig'ining har bir bosqichida modulning o'lchangan qiymatlari o'lchandi.Spin Cy va boshqalar.Shunga o'xshash yondashuv kolloid AFM probi nanoindentatsiyasi yordamida poli(lauril metakrilat) (P12MA) polimer cho'tkalarining modul gradientini tavsiflash uchun ishlatilgan va ular Hertz kontakt modeli yordamida ma'lumotlarga mos keladi.Ushbu yondashuv 8-rasmda ko'rsatilganidek, ko'rinadigan kontakt moduli (kPa) va chuqurlik chuqurligi (nm) sxemasini taqdim etadi, bu aniq kontakt moduli/chuqurlik gradientini ko'rsatadi.CL lehfilkon A namunasining hisoblangan elastik moduli namunaning yuqori 100 nm oralig'ida 2-3 kPa oralig'ida bo'lib, undan oshib ketganda u chuqurlik bilan o'sishni boshlaydi.Boshqa tomondan, SiHy asosli substratni sirtda cho'tkasimon plyonkasiz sinovdan o'tkazishda, 300 pN kuchida erishilgan maksimal chuqurlik chuqurligi 50 nm dan kam va ma'lumotlardan olingan modul qiymati taxminan 400 kPa ni tashkil qiladi. , bu quyma materiallar uchun Young modulining qiymatlari bilan solishtirish mumkin.
Modulni o'lchash uchun konus-sfera geometriyasi bilan AFM nanoindentatsiya usulidan foydalangan holda lehfilkon A CL va SiHy substratlari uchun ko'rinadigan aloqa moduli (kPa) va chuqurlik chuqurligi (nm).
Yangi biomimetik tarvaqaylab ketgan polimer cho'tkasi tuzilishining eng yuqori yuzasi juda past elastiklik moduliga ega (2-3 kPa).Bu STEM rasmida ko'rsatilganidek, vilkali polimer cho'tkaning erkin osilgan uchiga mos keladi.CL ning tashqi chetida modul gradientining ba'zi dalillari mavjud bo'lsa-da, asosiy yuqori modulli substrat ko'proq ta'sir qiladi.Shu bilan birga, sirtning yuqori 100 nm qismi tarvaqaylab ketgan polimer cho'tkasining umumiy uzunligining 20% ​​ni tashkil qiladi, shuning uchun bu chuqurlik oralig'ida modulning o'lchangan qiymatlari nisbatan aniq va kuchli emas deb taxmin qilish oqilona. pastki ob'ektning ta'siriga bog'liq.
SiHy substratlari yuzasiga payvandlangan tarvaqaylab ketgan PMPC polimer cho'tkasi tuzilmalaridan tashkil topgan lehfilcon A kontakt linzalarining noyob biomimetik dizayni tufayli an'anaviy o'lchash usullari yordamida ularning sirt tuzilmalarining mexanik xususiyatlarini ishonchli tarzda tavsiflash juda qiyin.Bu erda biz lefilkon A kabi o'ta yumshoq materiallarni yuqori suv miqdori va juda yuqori elastikligi bilan aniq tavsiflash uchun ilg'or AFM nanoindentatsiya usulini taqdim etamiz.Ushbu usul AFM probidan foydalanishga asoslangan, uning uchi o'lchami va geometriyasi bosiladigan ultra yumshoq sirt xususiyatlarining strukturaviy o'lchamlariga mos kelishi uchun ehtiyotkorlik bilan tanlangan.Zond va struktura o'rtasidagi o'lchamlarning bunday kombinatsiyasi yuqori sezuvchanlikni ta'minlaydi, bu bizga poroelastik ta'sirlardan qat'i nazar, tarvaqaylab ketgan polimer cho'tka elementlarining past moduli va o'ziga xos elastik xususiyatlarini o'lchash imkonini beradi.Natijalar shuni ko'rsatdiki, linzalar yuzasiga xos bo'lgan noyob tarvaqaylab ketgan PMPC polimer cho'tkalari suvli muhitda sinovdan o'tkazilganda juda past elastik modulga (2 kPa gacha) va juda yuqori elastiklikka ega (deyarli 100%).AFM nanoindentatsiyasi natijalari, shuningdek, biomimetik linzalar yuzasining aniq kontakt moduli / chuqurlik gradientini (30 kPa / 200 nm) tavsiflash imkonini berdi.Ushbu gradient tarvaqaylab ketgan polimer cho'tkalari va SiHy substrati o'rtasidagi modul farqi yoki polimer cho'tkalarining tarvaqaylab ketgan tuzilishi / zichligi yoki ularning kombinatsiyasi bilan bog'liq bo'lishi mumkin.Biroq, struktura va xususiyatlar o'rtasidagi bog'liqlikni, ayniqsa, cho'tkaning shoxlanishining mexanik xususiyatlarga ta'sirini to'liq tushunish uchun keyingi chuqur tadqiqotlar talab qilinadi.Shunga o'xshash o'lchovlar boshqa ultra yumshoq materiallar va tibbiy asboblar yuzasining mexanik xususiyatlarini tavsiflashga yordam beradi.
Joriy tadqiqot davomida yaratilgan va/yoki tahlil qilingan maʼlumotlar toʻplami tegishli mualliflardan asosli soʻrov boʻyicha mavjud.
Rahmati, M., Silva, EA, Reselland, JE, Hayward, K. va Haugen, HJ Biomateriallar sirtlarining fizik va kimyoviy xususiyatlariga biologik reaktsiyalar.Kimyoviy.jamiyat.Ed.49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM va Liu, X. To'qimachilik muhandisligi uchun inson tomonidan olingan biomateriallarni takomillashtirish.dasturlash.polimer.fan.53, 86 (2016 yil).
Sadtler, K. va boshqalar.Regenerativ tibbiyotda biomateriallarning dizayni, klinik tatbiq etilishi va immun javobi.Milliy Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK va Farr GM. Qattiqlik va elastik modulni aniqlash uchun takomillashtirilgan usul yuk va joy o'zgartirish o'lchovlari bilan chuqurchaga eksperimentlar yordamida.J. Alma mater.saqlash tanki.7, 1564–1583 (2011).
Uolli, SM. Qattiqlikni tekshirishning tarixiy kelib chiqishi.alma mater.fan.texnologiyalar.28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Makro-, mikro- va nano-miqyosdagi chuqurlikdagi qattiqlik o'lchovlari: tanqidiy sharh.qabila.Rayt.65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD va Clapperich, SM Yuzaki aniqlash xatolari yumshoq materiallarning nanoindentsiyasida modulni ortiqcha baholashga olib keladi.J. Mecha.Xulq-atvor.Biotibbiyot fanlari.alma mater.2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Oyatullaxi MR, Bushroa AR va Yahyo M.Yu.Eksperimental va hisoblash usullari yordamida heterojen nanokompozitlarning mexanik xususiyatlarini aniqlash uchun nanoindentatsiya usulini baholash.fan.9-uy, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR va Owart, TS. Yumshoq viskoelastik jellarni chuqurlash va optimallashtirishga asoslangan teskari chekli elementlar tahlili bilan mexanik tavsiflash.J. Mecha.Xulq-atvor.Biotibbiyot fanlari.alma mater.2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J va Chaneler D. Mos keladigan o'lchov tizimlari yordamida viskoelastiklikni aniqlashni optimallashtirish.Yumshoq materiya 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. va Pellillo, E. Polimer yuzalarning nanoindentatsiyasi.J. Fizika.D. Fizika fanidan hujjat topshirish.31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. va Van Vliet KJ. Shok indentsiyasi yordamida yuqori elastik polimerlar va biologik to'qimalarning viskoelastik mexanik xususiyatlarini tavsiflash.Biomateriallar jurnali.71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Kengaytirilgan Borodich-Galanov (BG) usuli va chuqur chuqurlikdan foydalangan holda yumshoq materiallarning elastik moduli va yopishish ishlarini baholash.mo'yna.alma mater.129, 198–213 (2019).
Shi, X. va boshqalar.Silikon gidrojel kontakt linzalarining biomimetik polimer yuzalarining nano o'lchovli morfologiyasi va mexanik xususiyatlari.Langmuir 37, 13961–13967 (2021).