شكرًا لزيارتكم موقع Nature.com. أنتم تستخدمون إصدار متصفح يدعم CSS بشكل محدود. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح مُحدّث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). ولضمان استمرارية الدعم، نعرض الموقع بدون أنماط أو جافا سكريبت.
يعرض عرضًا دائريًا لثلاث شرائح دفعةً واحدة. استخدم زري "السابق" و"التالي" للتنقل بين ثلاث شرائح في آنٍ واحد، أو استخدم أزرار التمرير في النهاية للتنقل بين ثلاث شرائح في آنٍ واحد.
مع تطور مواد جديدة فائقة النعومة للأجهزة الطبية والتطبيقات الطبية الحيوية، يُعدّ التوصيف الشامل لخصائصها الفيزيائية والميكانيكية أمرًا بالغ الأهمية وتحديًا في آنٍ واحد. طُبّقت تقنية النانو المُعدّلة بمجهر القوة الذرية (AFM) لتحديد معامل المرونة السطحي المنخفض للغاية لعدسة Lehfilcon A اللاصقة الجديدة المصنوعة من هيدروجيل السيليكون المُحاكي للحيوية، والمُغطاة بطبقة من هياكل فرش بوليمرية متفرعة. تتيح هذه الطريقة تحديدًا دقيقًا لنقاط التلامس دون تأثيرات البثق اللزج عند الاقتراب من البوليمرات المتفرعة. بالإضافة إلى ذلك، تُمكّن من تحديد الخصائص الميكانيكية لعناصر الفرشاة الفردية دون تأثير مرونة المسام. يتحقق ذلك باختيار مسبار AFM بتصميم (حجم الطرف، والهندسة، ومعدل الزنبرك) مناسب بشكل خاص لقياس خصائص المواد اللينة والعينات البيولوجية. تُحسّن هذه الطريقة حساسية ودقة القياس الدقيق لمادة lehfilcon A شديدة النعومة، والتي تتميز بمعامل مرونة منخفض للغاية على مساحة السطح (يصل إلى 2 كيلو باسكال) ومرونة عالية للغاية في البيئة المائية الداخلية (تقترب من 100%). لم تكشف نتائج دراسة السطح عن خصائص السطح فائقة النعومة لعدسة lehfilcon A فحسب، بل أظهرت أيضًا أن معامل مرونة فرش البوليمر المتفرعة يُضاهي معامل مرونة ركيزة السيليكون والهيدروجين. يمكن تطبيق تقنية توصيف السطح هذه على مواد فائقة النعومة أخرى وأجهزة طبية.
غالبًا ما تُحدد الخصائص الميكانيكية للمواد المصممة للتلامس المباشر مع الأنسجة الحية من خلال البيئة البيولوجية. يساعد التوافق المثالي لخصائص هذه المواد على تحقيق الخصائص السريرية المطلوبة دون التسبب في استجابات خلوية سلبية1،2،3. بالنسبة للمواد المتجانسة السائبة، يُعد توصيف الخصائص الميكانيكية سهلًا نسبيًا نظرًا لتوافر الإجراءات وطرق الاختبار القياسية (مثل التجويف المجهري4،5،6). ومع ذلك، بالنسبة للمواد فائقة النعومة، مثل الهلام والهيدروجيل والبوليمرات الحيوية والخلايا الحية، فإن طرق الاختبار هذه غير قابلة للتطبيق عمومًا نظرًا لقيود دقة القياس وعدم تجانس بعض المواد7. على مر السنين، تم تعديل طرق التجويف التقليدية وتكييفها لتوصيف مجموعة واسعة من المواد اللينة، إلا أن العديد منها لا يزال يعاني من عيوب خطيرة تحد من استخدامها8،9،10،11،12،13. إن نقص طرق الاختبار المتخصصة التي يمكنها توصيف الخصائص الميكانيكية للمواد فائقة النعومة والطبقات السطحية بدقة وموثوقية يحد بشدة من استخدامها في تطبيقات مختلفة.
في عملنا السابق، قدّمنا عدسات Lehfilcon A (CL) اللاصقة، وهي مادة ناعمة غير متجانسة تتميز بخصائص سطح فائقة النعومة، مستمدة من تصميمات تحاكي الطبيعة مستوحاة من سطح قرنية العين. طُوّرت هذه المادة الحيوية عن طريق تطعيم طبقة بوليمرية متفرعة ومتشابكة من بولي (2-ميثاكريلويلوكسي إيثيل فوسفوريل كولين (MPC)) (PMPC) على هيدروجيل سيليكون (SiHy) 15 مصمم للأجهزة الطبية. تُنشئ عملية التطعيم هذه طبقة على السطح تتكون من بنية فرشاة بوليمرية متفرعة فائقة النعومة والمرونة. وقد أكد عملنا السابق أن البنية المحاكية للطبيعة لعدسات Lehfilcon A CL توفر خصائص سطحية فائقة، مثل تحسين منع البلل والتراكم، وزيادة التزييت، وتقليل التصاق الخلايا والبكتيريا15،16. بالإضافة إلى ذلك، يشير استخدام وتطوير هذه المادة المحاكية للطبيعة إلى مزيد من التوسع في الأجهزة الطبية الحيوية الأخرى. لذلك، من الضروري تحديد خصائص سطح هذه المادة فائقة النعومة وفهم تفاعلها الميكانيكي مع العين، وذلك لإنشاء قاعدة معرفية شاملة تدعم التطورات والتطبيقات المستقبلية. تتكون معظم عدسات السيليكون هيدروكربون اللاصقة المتوفرة تجاريًا من خليط متجانس من البوليمرات المحبة للماء والكارهة للماء، والتي تُشكل بنية مادية موحدة.17 وقد أُجريت العديد من الدراسات للتحقق من خصائصها الميكانيكية باستخدام طرق اختبار الضغط والشد والانبعاج الدقيق التقليدية.18،19،20،21. ومع ذلك، فإن التصميم الحيوي الجديد لـ lehfilcon A CL يجعلها مادة فريدة غير متجانسة، حيث تختلف الخصائص الميكانيكية لهياكل فرشاة البوليمر المتفرعة اختلافًا كبيرًا عن خصائص ركيزة السيليكون هيدروكربون. لذلك، من الصعب جدًا تحديد هذه الخصائص بدقة باستخدام الطرق التقليدية وطرق الانبعاج. تستخدم إحدى الطرق الواعدة اختبار الانبعاج النانوي المُطبّق في مجهر القوة الذرية (AFM)، وهي طريقة استُخدمت لتحديد الخواص الميكانيكية للمواد اللزجة المرنة اللينة، مثل الخلايا والأنسجة البيولوجية، بالإضافة إلى البوليمرات اللينة22،23،24،25. 26،27،28،29،30. في اختبار الانبعاج النانوي باستخدام مجهر القوة الذرية، تُدمج أساسيات اختبار الانبعاج النانوي مع أحدث التطورات في تقنية AFM لتوفير حساسية قياس واختبار مُحسّنين لمجموعة واسعة من المواد فائقة الليونة بطبيعتها31،32،33،34،35،36. بالإضافة إلى ذلك، تُقدّم هذه التقنية مزايا مهمة أخرى من خلال استخدام أشكال هندسية مُختلفة، مثل المِسْنَد والمِسْبَر، وإمكانية الاختبار في أوساط سائلة مُختلفة.
يمكن تقسيم الانبعاج النانوي للـ AFM بشكل مشروط إلى ثلاثة مكونات رئيسية: (1) المعدات (أجهزة الاستشعار، الكواشف، المجسات، إلخ)؛ (2) معلمات القياس (مثل القوة، الإزاحة، السرعة، حجم المنحدر، إلخ)؛ (3) معالجة البيانات (تصحيح خط الأساس، تقدير نقطة اللمس، ملاءمة البيانات، النمذجة، إلخ). إحدى المشكلات المهمة في هذه الطريقة هي أن العديد من الدراسات في الأدبيات التي تستخدم الانبعاج النانوي للـ AFM أفادت بنتائج كمية مختلفة جدًا لنفس نوع العينة/الخلية/المادة37،38،39،40،41. على سبيل المثال، Lekka et al. تمت دراسة ومقارنة تأثير هندسة مسبار AFM على معامل يونغ المقاس لعينات من خلايا الهيدروجيل المتجانسة ميكانيكيًا وغير المتجانسة. أفادوا أن قيم المعامل تعتمد بشكل كبير على اختيار الكابولي وشكل الطرف، مع أعلى قيمة للمسبار على شكل هرمي وأدنى قيمة 42 للمسبار الكروي. وبالمثل، Selhuber-Unkel et al. لقد ثبت أن سرعة وحجم وسمك المثقب في عينات بولي أكريلاميد (PAAM) تؤثر على معامل يونغ المُقاس بتقنية ACM43 النانوية. ومن العوامل المُعقّدة الأخرى عدم توفر مواد اختبار قياسية منخفضة للغاية في معامل المرونة، بالإضافة إلى إجراءات اختبار مجانية. هذا يُصعّب الحصول على نتائج دقيقة وموثوقة. مع ذلك، تُعدّ هذه الطريقة مفيدة جدًا للقياسات النسبية والتقييمات المُقارنة بين أنواع العينات المُتشابهة، على سبيل المثال، باستخدام تقنية AFM النانوية لتمييز الخلايا الطبيعية عن الخلايا السرطانية 44، 45.
عند اختبار المواد اللينة باستخدام تقنية النانو في المجهر الذري (AFM)، تُعدّ القاعدة العامة استخدام مسبار ذي ثابت زنبركي منخفض (k) يطابق معامل مرونة العينة، وطرف نصف كروي/دائري، بحيث لا يخترق المسبار الأول أسطح العينة عند أول ملامسة للمواد اللينة. من المهم أيضًا أن تكون إشارة الانحراف التي يولدها المسبار قوية بما يكفي لاكتشافها بواسطة نظام الكشف بالليزر24،34،46،47. في حالة الخلايا والأنسجة والمواد الهلامية فائقة النعومة، يتمثل أحد التحديات في التغلب على قوة الالتصاق بين المسبار وسطح العينة لضمان قياسات قابلة للتكرار وموثوقة48،49،50. حتى وقت قريب، ركزت معظم الأبحاث المتعلقة بتقنية النانو في المجهر الذري على دراسة السلوك الميكانيكي للخلايا والأنسجة والمواد الهلامية والهيدروجيل والجزيئات الحيوية باستخدام مجسات كروية كبيرة نسبيًا، تُعرف عادةً بالمجسات الغروانية (CPs). ، 47، 51، 52، 53، 54، 55. يبلغ نصف قطر هذه الأطراف من 1 إلى 50 ميكرومترًا وهي مصنوعة عادةً من زجاج البوروسيليكات وبولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) والبوليسترين (PS) وثاني أكسيد السيليكون (SiO2) والكربون الشبيه بالماس (DLC). على الرغم من أن تقنية النانو CP-AFM غالبًا ما تكون الخيار الأول لتوصيف العينات اللينة، إلا أنها لها مشاكلها وقيودها الخاصة. يزيد استخدام أطراف كروية كبيرة الحجم بالميكرون من إجمالي مساحة التلامس بين الطرف والعينة وينتج عنه فقدان كبير في الدقة المكانية. بالنسبة للعينات اللينة غير المتجانسة، حيث قد تختلف الخصائص الميكانيكية للعناصر المحلية بشكل كبير عن المتوسط ​​على مساحة أوسع، يمكن أن تخفي تقنية CP indentation أي عدم تجانس في الخصائص على نطاق محلي52. عادةً ما تُصنع المجسات الغروانية عن طريق ربط كرات غروانية بحجم الميكرون بأذرع كابولية بدون أطراف باستخدام مواد لاصقة إيبوكسي. عملية التصنيع نفسها محفوفة بالعديد من المشاكل، وقد تؤدي إلى تناقضات في عملية معايرة المسبار. إضافةً إلى ذلك، يؤثر حجم وكتلة الجسيمات الغروانية بشكل مباشر على معايير المعايرة الرئيسية للرافعة، مثل تردد الرنين، وصلابة الزنبرك، وحساسية الانحراف 56،57،58. وبالتالي، فإن الطرق الشائعة الاستخدام لمسبارات AFM التقليدية، مثل معايرة درجة الحرارة، قد لا توفر معايرة دقيقة لـ CP، وقد يلزم استخدام طرق أخرى لإجراء هذه التصحيحات 57،59،60،61. تستخدم تجارب تسطيح CP النموذجية رافعة ذات انحرافات كبيرة لدراسة خصائص العينات اللينة، مما يُشكل مشكلة أخرى عند معايرة السلوك غير الخطي للرافعة عند انحرافات كبيرة نسبيًا 62،63،64. عادةً ما تأخذ طرق تحديد انبعاج المسبار الغرواني الحديثة في الاعتبار هندسة الكابولي المستخدم لمعايرة المسبار، لكنها تتجاهل تأثير الجسيمات الغروانية، مما يُسبب مزيدًا من عدم اليقين في دقة الطريقة38،61. وبالمثل، تعتمد معاملات المرونة المحسوبة من خلال ملاءمة نموذج التلامس بشكل مباشر على هندسة مسبار الانبعاج، ويمكن أن يؤدي عدم التوافق بين خصائص الطرف وسطح العينة إلى عدم دقة27،65،66،67،68. وقد سلّطت بعض الأعمال الحديثة التي أجراها سبنسر وآخرون الضوء على العوامل التي يجب مراعاتها عند توصيف فرش البوليمر الناعمة باستخدام طريقة تحديد الانبعاج النانوي CP-AFM. وقد أفادوا بأن احتباس سائل لزج في فرش البوليمر كدالة للسرعة يؤدي إلى زيادة في حمل الرأس، وبالتالي قياسات مختلفة للخصائص المعتمدة على السرعة30،69،70،71.
في هذه الدراسة، قمنا بتوصيف معامل مرونة السطح للمادة فائقة النعومة والمرنة للغاية lehfilcon A CL باستخدام طريقة AFM nanoindentation المعدلة. ونظرًا لخصائص هذه المادة وبنيتها الجديدة، فإن نطاق حساسية طريقة التباعد التقليدية غير كافٍ بشكل واضح لتوصيف معامل مرونة هذه المادة شديدة النعومة، لذلك من الضروري استخدام طريقة AFM nanoindentation بحساسية أعلى ومستوى حساسية أقل. بعد مراجعة أوجه القصور والمشاكل في تقنيات التباعد النانوي لمسبار AFM الغرواني الحالية، نوضح سبب اختيارنا لمسبار AFM أصغر حجمًا ومصمم خصيصًا للتخلص من الحساسية والضوضاء الخلفية وتحديد نقطة التلامس بدقة وقياس معامل السرعة للمواد غير المتجانسة الناعمة مثل اعتماد احتباس السوائل. والقياس الكمي الدقيق. بالإضافة إلى ذلك، تمكنا من قياس شكل وأبعاد طرف التباعد بدقة، مما يسمح لنا باستخدام نموذج ملاءمة المخروط والكرة لتحديد معامل المرونة دون تقييم مساحة تلامس الطرف مع المادة. الافتراضان الضمنيان اللذان تم تحديدهما كميًا في هذا العمل هما خصائص المادة المرنة بالكامل ومعامل المرونة المستقل عن عمق الانبعاج. باستخدام هذه الطريقة، اختبرنا أولًا معايير فائقة النعومة بمعامل مرونة معروف لتحديد هذه الطريقة كميًا، ثم استخدمناها لتوصيف أسطح مادتين مختلفتين من مواد العدسات اللاصقة. من المتوقع أن تكون هذه الطريقة لتوصيف أسطح الانبعاج النانوي لمجهر القوة الذرية (AFM) ذات الحساسية العالية قابلة للتطبيق على مجموعة واسعة من المواد فائقة النعومة غير المتجانسة المحاكية للبيولوجيا، مع إمكانية استخدامها في الأجهزة الطبية والتطبيقات الطبية الحيوية.
تم اختيار عدسات Lehfilcon A اللاصقة (Alcon، فورت وورث، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية) وركائزها من هيدروجيل السيليكوني لتجارب الانبعاج النانوي. تم استخدام حامل عدسة مصمم خصيصًا في التجربة. لتثبيت العدسة للاختبار، تم وضعها بعناية على الحامل على شكل قبة، مع التأكد من عدم دخول فقاعات الهواء إلى الداخل، ثم تم تثبيتها بالحواف. يوفر ثقب في التركيب الموجود في الجزء العلوي من حامل العدسة إمكانية الوصول إلى المركز البصري للعدسة لتجارب الانبعاج النانوي مع تثبيت السائل في مكانه. هذا يحافظ على ترطيب العدسات تمامًا. تم استخدام 500 ميكرولتر من محلول تغليف العدسات اللاصقة كمحلول اختبار. للتحقق من النتائج الكمية، تم تحضير هيدروجيل بولي أكريلاميد غير نشط (PAAM) متوفر تجاريًا من تركيبة بولي أكريلاميد-كو-ميثيلين-بيساكريلاميد (أطباق بتري بتريسوفت 100 مم، ماتريجين، إيرفين، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية)، ومعامل مرونة معروف يبلغ 1 كيلو باسكال. استخدم 4-5 قطرات (125 ميكرولتر تقريبًا) من محلول ملحي فوسفاتي (PBS من Corning Life Sciences، Tewkesbury، MA، الولايات المتحدة الأمريكية) وقطرة واحدة من محلول العدسات اللاصقة OPTI-FREE Puremoist (Alcon، Vaud، TX، الولايات المتحدة الأمريكية). ) عند واجهة مسبار الهيدروجيل AFM.
تم تصوير عينات من ركائز Lehfilcon A CL وSiHy باستخدام نظام مجهر مسح إلكتروني بالانبعاث الميداني FEI Quanta 250 (FEG SEM) المزود بكاشف مجهر مسح إلكتروني ناقل (STEM). لتحضير العينات، غُسلت العدسات أولًا بالماء وقُطعت إلى أسافين على شكل فطيرة. لتحقيق تباين تفاضلي بين المكونات المحبة للماء والكارهة للماء في العينات، استُخدم محلول RuO4 مُثبّت بنسبة 0.10% كصبغة، حيث غُمر العينات لمدة 30 دقيقة. يُعدّ تلطيخ lehfilcon A CL RuO4 مهمًا ليس فقط لتحقيق تباين تفاضلي مُحسّن، بل يُساعد أيضًا في الحفاظ على بنية فرش البوليمر المتفرعة في شكلها الأصلي، والتي تظهر بعد ذلك في صور STEM. ثم غُسلت وجففت في سلسلة من مخاليط الإيثانول/الماء مع زيادة تركيز الإيثانول. صُبِّغت العينات بعد ذلك باستخدام إيبوكسي EMBed 812/Araldite، الذي جفَّ طوال الليل عند درجة حرارة 70 درجة مئوية. قُطِّعت كتل العينات المُحصَّلة عن طريق بلمرة الراتنج باستخدام جهاز فائق الميكروتوم، وحُدِّدت المقاطع الرقيقة الناتجة باستخدام كاشف STEM في وضع الفراغ المنخفض بجهد تسريع 30 كيلو فولت. استُخدِم نظام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) نفسه للتوصيف التفصيلي لمسبار AFM PFQNM-LC-A-CAL (شركة بروكر نانو، سانتا باربرا، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية). حُصِّلت صور المجهر الإلكتروني الماسح لمسبار AFM في وضع فراغ عالٍ نموذجي بجهد تسريع 30 كيلو فولت. التقط صورًا بزوايا وتكبيرات مختلفة لتسجيل جميع تفاصيل شكل وحجم طرف مسبار AFM. قيست جميع أبعاد الطرف المهمة في الصور رقميًا.
استُخدم مجهر القوة الذرية Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano، سانتا باربرا، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية) بنمط "PeakForce QNM في السوائل" لتصوير عينات lehfilcon A CL، وركيزة SiHy، وPAAm المائية، وقياس سُمكها النانوي. لإجراء تجارب التصوير، استُخدم مسبار PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) بنصف قطر طرف اسمي يبلغ 1 نانومتر لالتقاط صور عالية الدقة للعينة بمعدل مسح 0.50 هرتز. التُقطت جميع الصور في محلول مائي.
أُجريت تجارب تجويف نانوي لمجهر القوة الذرية (AFM) باستخدام مسبار PFQNM-LC-A-CAL (Bruker). يحتوي مسبار AFM على طرف سيليكون مثبت على ذراع نتريد بسمك 345 نانومتر، وطول 54 ميكرومتر، وعرض 4.5 ميكرومتر، وتردد رنين 45 كيلوهرتز. صُمم خصيصًا لتوصيف وإجراء قياسات نانوميكانيكية كمية على عينات بيولوجية لينة. تمت معايرة المستشعرات بشكل فردي في المصنع باستخدام إعدادات زنبركية معايرة مسبقًا. تراوحت ثوابت زنبرك المجسات المستخدمة في هذه الدراسة بين 0.05 و0.1 نيوتن/متر. لتحديد شكل وحجم الطرف بدقة، وُصف المسبار بالتفصيل باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح. يوضح الشكل 1أ صورة مجهرية إلكترونية عالية الدقة ومنخفضة التكبير لمسبار PFQNM-LC-A-CAL، مما يوفر رؤية شاملة لتصميم المسبار. يوضح الشكل يوضح الشكل 1ب صورة مكبرة لأعلى طرف المسبار، موضحًا شكله وحجمه. في أقصى طرفه، تكون الإبرة نصف كرة قطرها حوالي 140 نانومتر (الشكل 1ج). أسفل هذا، يتناقص الطرف إلى شكل مخروطي، ليصل طوله المقاس إلى حوالي 500 نانومتر. خارج منطقة التناقص، يكون الطرف أسطوانيًا وينتهي بطول إجمالي قدره 1.18 ميكرومتر. هذا هو الجزء الوظيفي الرئيسي لطرف المسبار. بالإضافة إلى ذلك، استُخدم مسبار كروي كبير من البوليسترين (PS) (شركة نوفاسكان تكنولوجيز، بون، أيوا، الولايات المتحدة الأمريكية) بقطر طرف يبلغ 45 ميكرومتر وثابت زنبركي قدره 2 نيوتن/متر للاختبار كمسبار غرواني. مع مسبار PFQNM-LC-A-CAL بطول 140 نانومتر للمقارنة.
وقد أُفيدَ بإمكانية احتجاز سائل بين مسبار AFM وهيكل فرشاة البوليمر أثناء الانبعاج النانوي، مما يُمارس قوةً تصاعديةً على مسبار AFM قبل أن يلامس السطح فعليًا69. ويمكن أن يُغيّر تأثير البثق اللزج هذا الناتج عن احتباس السوائل نقطة التلامس الظاهرة، مما يؤثر على قياسات معامل مرونة السطح. ولدراسة تأثير هندسة المسبار وسرعة الانبعاج على احتباس السوائل، رُسِمَت منحنيات قوة الانبعاج لعينات lehfilcon A CL باستخدام مسبار قطره 140 نانومتر بمعدلات إزاحة ثابتة تبلغ 1 ميكرومتر/ثانية و2 ميكرومتر/ثانية. قطر المسبار 45 ميكرومتر، وضبط قوة ثابتة 6 نانونيوتن تم تحقيقه عند 1 ميكرومتر/ثانية. أُجريت تجارب باستخدام مسبار قطره 140 نانومتر بسرعة انبعاج تبلغ 1 ميكرومتر/ثانية وقوة ضبط تبلغ 300 بيكو نيوتن، وتم اختيارها لإنشاء ضغط تلامس ضمن النطاق الفسيولوجي (1-8 كيلو باسكال) للجفن العلوي. 72. تم اختبار عينات جاهزة ناعمة من هيدروجيل PAA بضغط 1 كيلو باسكال لقوة انبعاج 50 بيكو نيوتن بسرعة 1 ميكرومتر/ثانية باستخدام مسبار بقطر 140 نانومتر.
بما أن طول الجزء المخروطي من طرف مسبار PFQNM-LC-A-CAL يبلغ حوالي 500 نانومتر، فإنه لأي عمق انبعاج أقل من 500 نانومتر، يُمكن افتراض أن هندسة المسبار أثناء الانبعاج ستبقى مطابقة لشكله المخروطي. بالإضافة إلى ذلك، يُفترض أن سطح المادة قيد الاختبار سيُظهر استجابة مرنة عكسية، وهو ما سيتم تأكيده أيضًا في الأقسام التالية. لذلك، وبناءً على شكل وحجم الطرف، اخترنا نموذج تركيب المخروط-الكرة الذي طوره بريسكو وسيباستيان وآدامز، والمتوفر في برنامج البائع، لمعالجة تجاربنا النانوية باستخدام المجهر الذري (AFM) (NanoScope). برنامج تحليل بيانات الفصل، Bruker) 73. يصف النموذج علاقة القوة-الإزاحة F(δ) لمخروط ذي عيب في القمة الكروية. في الشكل. يوضح الشكل 2 هندسة التلامس أثناء تفاعل مخروط صلب مع طرف كروي، حيث R هو نصف قطر الطرف الكروي، a هو نصف قطر التلامس، b هو نصف قطر التلامس عند طرف الطرف الكروي، δ هو نصف قطر التلامس. عمق الانبعاج، θ هو نصف زاوية المخروط. تُظهر صورة المجهر الإلكتروني الماسح لهذا المسبار بوضوح أن الطرف الكروي بقطر 140 نانومتر يندمج بشكل مماسي في المخروط، لذا فإن b هنا مُعرّف فقط من خلال R، أي b = R cos θ. يوفر البرنامج المُقدم من المورد علاقة مخروط-كرة لحساب قيم معامل يونغ (E) من بيانات فصل القوى بافتراض أن a > b. العلاقة:
حيث F هي قوة الانبعاج، وE هي معامل يونغ، وν هي نسبة بواسون. يمكن تقدير نصف قطر التلامس a باستخدام:
مخطط هندسة الاتصال لمخروط صلب ذو طرف كروي مضغوط في مادة عدسة Lefilcon اللاصقة بطبقة سطحية من فرش البوليمر المتفرعة.
إذا كانت a ≤ b، فإن العلاقة تنحصر في معادلة المسنن الكروي التقليدي؛
نعتقد أن تفاعل مسبار التجويف مع البنية المتفرعة لفرشاة بوليمر PMPC سيؤدي إلى أن يكون نصف قطر التلامس (أ) أكبر من نصف قطر التلامس الكروي (ب). لذلك، في جميع القياسات الكمية لمعامل المرونة التي أُجريت في هذه الدراسة، استخدمنا التبعية الناتجة للحالة (أ > ب).
تم تصوير المواد الحيوية فائقة النعومة التي تمت دراستها في هذه الدراسة بشكل شامل باستخدام مجهر مسح إلكتروني ناقل (STEM) للمقطع العرضي للعينة ومجهر القوة الذرية (AFM) للسطح. تم إجراء هذا التوصيف التفصيلي للسطح كامتداد لعملنا المنشور سابقًا، والذي حددنا فيه أن بنية الفرشاة البوليمرية المتفرعة ديناميكيًا لسطح lehfilcon A CL المعدل بـ PMPC أظهرت خصائص ميكانيكية مماثلة للأنسجة القرنية الأصلية 14. لهذا السبب، نشير إلى أسطح العدسات اللاصقة كمواد حيوية 14. يوضح الشكل 3 أ، ب المقاطع العرضية لهياكل فرشاة بوليمر PMPC المتفرعة على سطح ركيزة lehfilcon A CL وركيزة SiHy غير المعالجة، على التوالي. تم تحليل أسطح كلتا العينتين بشكل أكبر باستخدام صور AFM عالية الدقة، مما أكد بشكل أكبر نتائج تحليل STEM (الشكل 3 ج، د). عند جمع هذه الصور، تُعطي طولًا تقريبيًا لبنية فرشاة البوليمر المتفرعة PMPC عند طول موجي يتراوح بين 300 و400 نانومتر، وهو أمر بالغ الأهمية لتفسير قياسات الانبعاج النانوي لمجهر القوة الذرية (AFM). ومن الملاحظات الرئيسية الأخرى المُستقاة من الصور أن البنية السطحية الكلية للمادة المُحاكيّة للبيولوجيا CL تختلف شكليًا عن بنية مادة الركيزة SiHy. ويمكن أن يتضح هذا الاختلاف في شكل سطحها أثناء تفاعلها الميكانيكي مع مسبار AFM المُثبّت، وبالتالي في قيم معامل المرونة المقاسة.
صور مقطعية جذعية لـ (أ) ركيزة lehfilcon A CL و(ب) ركيزة SiHy. شريط المقياس، 500 نانومتر. صور مجهر القوة الذرية (AFM) لسطح ركيزة lehfilcon A CL (ج) وركيزة SiHy الأساسية (د) (3 ميكرومتر × 3 ميكرومتر).
تتميز البوليمرات المستوحاة من المواد الحيوية وهياكل الفرشاة البوليمرية بنعومتها بطبيعتها، وقد خضعت لدراسات واسعة النطاق واستُخدمت في تطبيقات طبية حيوية متنوعة74،75،76،77. لذلك، من المهم استخدام طريقة قياس النانو المجهري القوة الذرية (AFM)، التي تُمكّن من قياس خصائصها الميكانيكية بدقة وموثوقية. في الوقت نفسه، تُصعّب الخصائص الفريدة لهذه المواد فائقة النعومة، مثل معامل المرونة المنخفض للغاية، ومحتوى السوائل العالي، والمرونة العالية، اختيار المادة والشكل والحجم المناسبين لمسبار القياس. هذا مهم لمنع المسبار من اختراق السطح الناعم للعينة، مما قد يؤدي إلى أخطاء في تحديد نقطة التلامس مع السطح ومساحة التلامس.
لهذا، يُعدّ الفهم الشامل لشكل المواد المُحاكيّة الحيوية فائقة النعومة (lehfilcon A CL) أمرًا أساسيًا. تُشكّل المعلومات المتعلقة بحجم وبنية فرش البوليمر المتفرعة، المُستقاة باستخدام طريقة التصوير، أساسًا للتوصيف الميكانيكي للسطح باستخدام تقنيات النانو المجهري للقوة الذرية (AFM). وبدلًا من المجسات الغروانية الكروية ذات الحجم الميكروني، اخترنا مجس نيتريد السيليكون PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) بقطر طرف يبلغ 140 نانومتر، وهو مُصمّم خصيصًا لرسم خرائط كمية للخصائص الميكانيكية للعينات البيولوجية 78، 79، 80، 81، 82، 83، 84. ويمكن تفسير سبب استخدام مجسات حادة نسبيًا مقارنةً بالمجسات الغروانية التقليدية بالخصائص الهيكلية للمادة. بمقارنة حجم رأس المسبار (~140 نانومتر) مع فرش البوليمر المتفرعة على سطح CL lehfilcon A، الموضحة في الشكل 3أ، يمكن استنتاج أن حجم الرأس كافٍ للتلامس المباشر مع هياكل الفرشاة هذه، مما يقلل من احتمال اختراقه لها. لتوضيح هذه النقطة، في الشكل 4 صورة جذعية (STEM) لـ lehfilcon A CL ورأس المسبار AFM المسنن (مرسومة بمقياس الرسم).
مخطط يوضح صورة STEM لـ lehfilcon A CL ومسبار المسافة البادئة ACM (مرسوم حسب المقياس).
بالإضافة إلى ذلك، فإن حجم الطرف البالغ 140 نانومتر صغير بما يكفي لتجنب خطر أي من تأثيرات البثق اللزج التي تم الإبلاغ عنها سابقًا لفرش البوليمر المنتجة بطريقة CP-AFM nanoindentation 69،71. نفترض أنه نظرًا للشكل المخروطي الكروي الخاص والحجم الصغير نسبيًا لطرف AFM هذا (الشكل 1)، فإن طبيعة منحنى القوة الناتج عن البصمة النانوية لـ lehfilcon A CL لن تعتمد على سرعة البصمة أو سرعة التحميل/التفريغ. لذلك، لا تتأثر بالتأثيرات المسامية المرنة. لاختبار هذه الفرضية، تم بصمة عينات lehfilcon A CL عند أقصى قوة ثابتة باستخدام مسبار PFQNM-LC-A-CAL، ولكن بسرعتين مختلفتين، واستُخدمت منحنيات قوة الشد والانكماش الناتجة لرسم القوة (nN) في الانفصال (ميكرومتر) كما هو موضح في الشكل 5أ. من الواضح أن منحنيات القوة أثناء التحميل والتفريغ تتداخل تمامًا، ولا يوجد دليل واضح على أن قوة القص عند عمق انبعاج صفري تزداد مع سرعة الانبعاج في الشكل، مما يشير إلى أن عناصر الفرشاة الفردية وُصفت دون تأثير مسامي مرن. في المقابل، تتضح تأثيرات احتباس السوائل (البثق اللزج وتأثيرات المرونة المسامية) لمسبار AFM بقطر 45 ميكرومتر عند نفس سرعة الانبعاج، ويتجلى ذلك من خلال التباطؤ بين منحنيات التمدد والانكماش، كما هو موضح في الشكل 5ب. تدعم هذه النتائج الفرضية وتشير إلى أن المسابير بقطر 140 نانومتر تُعد خيارًا جيدًا لتوصيف هذه الأسطح الناعمة.
منحنيات قوة الانبعاج باستخدام ACM؛ (أ) باستخدام مسبار بقطر 140 نانومتر بمعدلين للتحميل، مما يدل على غياب تأثير المسام المرنة أثناء الانبعاج السطحي؛ (ب) باستخدام مجسات بقطر 45 ميكرومتر و140 نانومتر. تظهر ثانية تأثيرات البثق اللزج والمرونة المسامية للمجسات الكبيرة مقارنة بالمجسات الأصغر.
لتوصيف الأسطح فائقة النعومة، يجب أن تحتوي طرق قياس الانبعاج النانوي باستخدام المجهر الذري (AFM) على أفضل مسبار لدراسة خصائص المادة قيد الدراسة. بالإضافة إلى شكل وحجم الطرف، تلعب حساسية نظام كاشف المجهر الذري (AFM)، وحساسية انحراف الطرف في بيئة الاختبار، وصلابة الكابولي دورًا مهمًا في تحديد دقة وموثوقية قياسات الانبعاج النانوي. بالنسبة لنظام المجهر الذري (AFM) الخاص بنا، يبلغ حد الكشف لكاشف حساسية الموضع (PSD) حوالي 0.5 مللي فولت، ويستند إلى معدل الزنبرك المُعاير مسبقًا وحساسية انحراف السائل المحسوبة لمسبار PFQNM-LC-A-CAL، والتي تتوافق مع حساسية الحمل النظرية. أقل من 0.1 بيكو نيوتن. لذلك، تسمح هذه الطريقة بقياس قوة انبعاج دنيا ≤ 0.1 بيكو نيوتن دون أي مكون ضوضاء محيطية. ومع ذلك، يكاد يكون من المستحيل على نظام المجهر الذري (AFM) تقليل الضوضاء المحيطية إلى هذا المستوى بسبب عوامل مثل الاهتزاز الميكانيكي وديناميكيات السوائل. تحد هذه العوامل من الحساسية الكلية لطريقة النانو indentation الخاصة بـ AFM وتؤدي أيضًا إلى إشارة ضوضاء خلفية تبلغ حوالي ≤ 10 بيكو نيوتن. لتوصيف السطح، تم تعريض عينات ركيزة lehfilcon A CL و SiHy في ظل ظروف رطبة بالكامل باستخدام مسبار 140 نانومتر لتوصيف المجهر الإلكتروني الماسح، وتم فرض منحنيات القوة الناتجة بين القوة (pN) والضغط. يظهر مخطط الفصل (ميكرومتر) في الشكل 6أ. بالمقارنة مع ركيزة قاعدة SiHy، يُظهر منحنى قوة lehfilcon A CL بوضوح مرحلة انتقالية تبدأ من نقطة التلامس مع فرشاة البوليمر المتشعبة وتنتهي بتغير حاد في منحدر علامة التلامس بين الطرف والمادة الأساسية. يسلط هذا الجزء الانتقالي من منحنى القوة الضوء على السلوك المرن الحقيقي لفرشاة البوليمر المتفرعة على السطح، كما يتضح من منحنى الضغط الذي يتبع منحنى الشد عن كثب والتباين في الخصائص الميكانيكية بين بنية الفرشاة ومادة SiHy الضخمة. عند مقارنة lefilcon. يُظهر فصل متوسط ​​طول فرشاة بوليمر متفرعة في صورة STEM لجهاز PCS (الشكل 3أ) ومنحنى قوتها على طول المحور السيني في الشكلين 3أ و6أ أن الطريقة قادرة على كشف وصول الطرف والبوليمر المتفرع إلى أعلى السطح. التلامس بين هياكل الفرشاة. بالإضافة إلى ذلك، يُشير التداخل الدقيق لمنحنيات القوة إلى عدم وجود تأثير لاحتباس السوائل. في هذه الحالة، لا يوجد أي التصاق على الإطلاق بين الإبرة وسطح العينة. تتداخل المقاطع العلوية لمنحنيات القوة للعينتين، مما يعكس تشابه الخصائص الميكانيكية لمواد الركيزة.
(أ) منحنيات قوة الانبعاج النانوي لـ AFM لركائز lehfilcon A CL وركائز SiHy، (ب) منحنيات القوة التي توضح تقدير نقطة الاتصال باستخدام طريقة عتبة الضوضاء الخلفية.
لدراسة التفاصيل الدقيقة لمنحنى القوة، أُعيد رسم منحنى الشد لعينة lehfilcon A CL في الشكل 6ب بقوة قصوى تبلغ 50 بيكو نيوتن على طول المحور الصادي. يوفر هذا الرسم البياني معلومات مهمة حول ضوضاء الخلفية الأصلية. تتراوح الضوضاء في نطاق ±10 بيكو نيوتن، والتي تُستخدم لتحديد نقطة التلامس بدقة وحساب عمق الانبعاج. وكما ورد في الأدبيات، فإن تحديد نقاط التلامس أمر بالغ الأهمية لتقييم خصائص المواد بدقة مثل معامل المرونة85. وقد أظهر نهج يتضمن المعالجة التلقائية لبيانات منحنى القوة ملاءمة مُحسّنة بين ملاءمة البيانات والقياسات الكمية للمواد اللينة86. في هذا العمل، يُعد اختيارنا لنقاط التلامس بسيطًا وموضوعيًا نسبيًا، ولكن له حدوده. قد يؤدي نهجنا المحافظ في تحديد نقطة التلامس إلى قيم معامل مرونة مبالغ فيها قليلاً لأعماق انبعاج أصغر (<100 نانومتر). يمكن أن يكون استخدام اكتشاف نقطة اللمس القائم على الخوارزمية والمعالجة الآلية للبيانات استمرارًا لهذا العمل في المستقبل لتحسين طريقتنا بشكل أكبر. وبالتالي، بالنسبة للضوضاء الخلفية الجوهرية في حدود ±10 بيكو نيوتن، فإننا نحدد نقطة الاتصال كأول نقطة بيانات على المحور السيني في الشكل 6ب بقيمة ≥10 بيكو نيوتن. بعد ذلك، ووفقًا لعتبة الضوضاء البالغة 10 بيكو نيوتن، فإن خطًا رأسيًا عند مستوى ~0.27 ميكرومتر يمثل نقطة الاتصال بالسطح، وبعد ذلك يستمر منحنى التمدد حتى تلتقي الركيزة بعمق المسافة البادئة البالغ ~270 نانومتر. ومن المثير للاهتمام، بناءً على حجم سمات فرشاة البوليمر المتفرعة (300-400 نانومتر) المقاسة باستخدام طريقة التصوير، فإن عمق المسافة البادئة لعينة CL lehfilcon A التي لوحظت باستخدام طريقة عتبة الضوضاء الخلفية يبلغ حوالي 270 نانومتر، وهو قريب جدًا من حجم القياس باستخدام STEM. تؤكد هذه النتائج أيضًا توافق شكل وحجم رأس مسبار AFM وقابلية تطبيقهما في تحديد انحناءات بنية الفرشاة البوليمرية المتفرعة شديدة النعومة والمرونة. كما تُقدم هذه البيانات دليلاً قويًا يدعم طريقتنا في استخدام الضوضاء الخلفية كعتبة لتحديد نقاط التلامس بدقة. وبالتالي، يُفترض أن تكون أي نتائج كمية يتم الحصول عليها من النمذجة الرياضية وملاءمة منحنى القوة دقيقة نسبيًا.
تعتمد القياسات الكمية باستخدام طرق قياس النانو المجهري AFM بشكل كامل على النماذج الرياضية المستخدمة لاختيار البيانات وتحليلها لاحقًا. لذلك، من المهم مراعاة جميع العوامل المتعلقة باختيار المثقب وخصائص المادة وآليات تفاعلها قبل اختيار نموذج معين. في هذه الحالة، تم وصف هندسة الطرف بعناية باستخدام مجهر المسح الإلكتروني (الشكل 1)، وبناءً على النتائج، فإن مسبار قياس النانو المجهري AFM بقطر 140 نانومتر مع مخروط صلب وهندسة طرف كروية هو خيار جيد لتوصيف عينات lehfilcon A CL79. عامل مهم آخر يجب تقييمه بعناية هو مرونة مادة البوليمر قيد الاختبار. على الرغم من أن البيانات الأولية لقياس النانو (الشكلان 5أ و6أ) تحدد بوضوح سمات تداخل منحنيات الشد والضغط، أي الاستعادة المرنة الكاملة للمادة، فمن المهم للغاية تأكيد الطبيعة المرنة البحتة للتلامسات. ولتحقيق هذه الغاية، أُجريت انبعاجتان متتاليتان في نفس الموقع على سطح عينة lehfilcon A CL بمعدل انبعاج قدره 1 ميكرومتر/ثانية في ظل ظروف ترطيب كامل. يوضح الشكل 7 بيانات منحنى القوة الناتجة، وكما هو متوقع، فإن منحنيات التمدد والضغط للطبعتين متطابقة تقريبًا، مما يُبرز المرونة العالية لبنية فرشاة البوليمر المتفرعة.
يشير منحنيان قوة الانبعاج في نفس الموقع على سطح lehfilcon A CL إلى المرونة المثالية لسطح العدسة.
بناءً على المعلومات المُستقاة من صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وصور المجهر الإلكتروني الجذعي الهندسي (STEM) لطرف المسبار وسطح lehfilcon A CL، على التوالي، يُمثل نموذج الكرة المخروطية تمثيلًا رياضيًا منطقيًا للتفاعل بين طرف مسبار AFM والمادة البوليمرية اللينة قيد الاختبار. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لهذا النموذج، فإن الافتراضات الأساسية المتعلقة بخصائص مرونة المادة المطبوعة تنطبق على هذه المادة الجديدة المُحاكيّة للطبيعة، وتُستخدم لتحديد معامل المرونة.
بعد تقييم شامل لطريقة قياس الانبعاج النانوي باستخدام المجهر الذري (AFM) ومكوناتها، بما في ذلك خصائص مسبار الانبعاج (الشكل والحجم وصلابة الزنبرك)، والحساسية (تقدير الضوضاء الخلفية ونقطة التلامس)، ونماذج ملاءمة البيانات (قياسات معامل المرونة الكمي)، استُخدمت هذه الطريقة لتوصيف عينات فائقة النعومة متوفرة تجاريًا للتحقق من النتائج الكمية. تم اختبار هيدروجيل بولي أكريلاميد (PAAM) تجاري بمعامل مرونة قدره 1 كيلو باسكال في ظروف رطبة باستخدام مسبار بطول موجة 140 نانومتر. ترد تفاصيل اختبار الوحدة والحسابات في المعلومات التكميلية. أظهرت النتائج أن متوسط ​​معامل المرونة المقاس كان 0.92 كيلو باسكال، وأن الانحراف المعياري النسبي (٪) والانحراف النسبي (٪) عن معامل المرونة المعروف كانا أقل من 10%. تؤكد هذه النتائج دقة وإمكانية تكرار طريقة قياس الانبعاج النانوي باستخدام المجهر الذري (AFM) المستخدمة في هذا العمل لقياس معامل مرونة المواد فائقة النعومة. تم توصيف أسطح عينات lehfilcon A CL وركيزة قاعدة SiHy بشكل أكبر باستخدام نفس طريقة AFM nanoindentation لدراسة معامل التلامس الظاهري للسطح فائق النعومة كدالة لعمق الانبعاج. تم إنشاء منحنيات فصل قوة الانبعاج لثلاث عينات من كل نوع (n = 3؛ انبعاج واحد لكل عينة) بقوة 300 بيكو نيوتن وسرعة 1 ميكرومتر/ثانية وترطيب كامل. تم تقريب منحنى مشاركة قوة الانبعاج باستخدام نموذج مخروطي كروي. للحصول على معامل يعتمد على عمق الانبعاج، تم ضبط جزء من منحنى القوة بعرض 40 نانومتر عند كل زيادة قدرها 20 نانومتر بدءًا من نقطة التلامس، وقياس قيم معامل التلامس في كل خطوة من منحنى القوة. Spin Cy et al. تم استخدام نهج مماثل لتوصيف تدرج معامل المرونة لفرش بوليمر بولي (لوريل ميثاكريلات) (P12MA) باستخدام انبعاج نانوي لمسبار AFM الغرواني، وهي متوافقة مع البيانات باستخدام نموذج اتصال هرتز. يوفر هذا النهج رسمًا بيانيًا لمعامل المرونة الظاهري (kPa) مقابل عمق الانبعاج (nm)، كما هو موضح في الشكل 8، والذي يوضح تدرج معامل المرونة الظاهري/العمق. يقع معامل المرونة المحسوب لعينة CL lehfilcon A في نطاق 2-3 كيلو باسكال ضمن أعلى 100 نانومتر من العينة، وبعد ذلك يبدأ في الزيادة مع العمق. من ناحية أخرى، عند اختبار ركيزة قاعدة SiHy بدون غشاء يشبه الفرشاة على السطح، يكون أقصى عمق انبعاج يتم تحقيقه بقوة 300 بيكو نيوتن أقل من 50 نانومتر، وتكون قيمة معامل المرونة التي تم الحصول عليها من البيانات حوالي 400 كيلو باسكال، وهو ما يضاهي قيم معامل يونغ للمواد السائبة.
معامل التلامس الظاهري (كيلو باسكال) مقابل عمق الانبعاج (نانومتر) لركائز lehfilcon A CL وSiHy باستخدام طريقة الانبعاج النانوي AFM مع هندسة المخروط والكرة لقياس معامل التلامس.
يُظهر السطح العلوي لهيكل فرشاة البوليمر المتفرعة المُحاكي للحيوية الجديد معامل مرونة منخفضًا للغاية (2-3 كيلو باسكال). وهذا يُطابق الطرف المُعلق بحرية لفرشاة البوليمر المُتشعبة كما هو موضح في صورة STEM. على الرغم من وجود بعض الدلائل على وجود تدرج في معامل المرونة عند الحافة الخارجية لطبقة CL، إلا أن الركيزة الرئيسية ذات معامل المرونة العالي أكثر تأثيرًا. ومع ذلك، فإن الجزء العلوي من السطح بطول 100 نانومتر يقع ضمن 20% من الطول الإجمالي لفرشاة البوليمر المتفرعة، لذا من المنطقي افتراض أن قيم معامل المرونة المُقاسة في نطاق عمق الانبعاج هذا دقيقة نسبيًا ولا تعتمد بشكل كبير على تأثير الجسم السفلي.
نظرًا للتصميم الحيوي الفريد لعدسات Lehfilcon A اللاصقة، والمكون من هياكل فرشاة بوليمرية PMPC متفرعة مُطعّمة على سطح ركائز SiHy، يصعب جدًا توصيف الخصائص الميكانيكية لهياكل أسطحها بدقة باستخدام طرق القياس التقليدية. نقدم هنا طريقة متقدمة للحفر النانوي باستخدام المجهر الذري (AFM) لتوصيف المواد فائقة النعومة بدقة، مثل Lefilcon A، ذات المحتوى المائي العالي والمرونة العالية جدًا. تعتمد هذه الطريقة على استخدام مسبار AFM، الذي يُختار حجم طرفه وهندسته بعناية ليتناسب مع الأبعاد الهيكلية لخصائص السطح فائقة النعومة المراد طباعتها. يوفر هذا المزيج من الأبعاد بين المسبار والهيكل حساسية متزايدة، مما يسمح لنا بقياس معامل المرونة المنخفض وخصائص المرونة الكامنة لعناصر فرشاة البوليمر المتفرعة، بغض النظر عن تأثيرات المرونة المسامية. أظهرت النتائج أن فرش البوليمر PMPC المتفرعة الفريدة، المميزة لسطح العدسة، تتمتع بمعامل مرونة منخفض للغاية (يصل إلى 2 كيلو باسكال) ومرونة عالية جدًا (حوالي 100%) عند اختبارها في بيئة مائية. أتاحت لنا نتائج التجويف النانوي لمجهر القوة الذرية (AFM) أيضًا توصيف معامل التلامس/تدرج العمق الظاهري (30 كيلو باسكال/200 نانومتر) لسطح العدسة المُحاكي للطبيعة. قد يُعزى هذا التدرج إلى اختلاف معامل التلامس بين فرش البوليمر المتفرعة وركيزة السيليكون هيدروليك، أو إلى البنية/الكثافة المتفرعة لفرش البوليمر، أو إلى مزيج منهما. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات المتعمقة لفهم العلاقة بين البنية والخصائص بشكل كامل، وخاصةً تأثير تفرّع الفرشاة على الخصائص الميكانيكية. يمكن أن تُساعد قياسات مماثلة في توصيف الخصائص الميكانيكية لسطح مواد فائقة النعومة وأجهزة طبية أخرى.
تتوفر مجموعات البيانات التي تم إنشاؤها و/أو تحليلها أثناء الدراسة الحالية من المؤلفين المعنيين عند الطلب المعقول.
رحمتي، م.، سيلفا، إي. إيه.، ريسلاند، جي. إي.، هايوارد، ك.، هاوجن، إتش. جيه. التفاعلات البيولوجية للخصائص الفيزيائية والكيميائية لأسطح المواد الحيوية. الجمعية الكيميائية. الإصدار 49، 5178-5224 (2020).
تشين، FM وليو، X. تحسين المواد الحيوية المشتقة من الإنسان للهندسة النسيجية. البرمجة. البوليمر. العلم. 53، 86 (2016).
سادلر، ك. وآخرون. تصميم المواد الحيوية وتطبيقها سريريًا والاستجابة المناعية لها في الطب التجديدي. مجلة ناشيونال مات ريف. 1، 16040 (2016).
أوليفر دبليو كيه وفار جي إم: طريقة مُحسّنة لتحديد الصلابة ومعامل المرونة باستخدام تجارب الانبعاج مع قياسات الحمل والإزاحة. مجلة خزانات التخزين، المجلد 7، 1564-1583 (2011).
والي، SM الأصول التاريخية لاختبار صلابة الانبعاج. الجامعة الأم. العلم. التكنولوجيات. 28، 1028-1044 (2012).
برويتمان، إي. قياسات صلابة الانبعاج على المستوى الكبير والصغير والنانوي: مراجعة نقدية. ترايب. رايت. 65، 1-18 (2017).
كوفمان، ج. د. وكلابيريتش، س. م. أخطاء الكشف عن الأسطح تؤدي إلى المبالغة في تقدير معامل المرونة في الانبعاج النانوي للمواد اللينة. مجلة الميكا. السلوك. العلوم الطبية الحيوية. الجامعة الأم. 2، 312-317 (2009).
كريم زاده أ.، كولور س. س. ر.، آياتولخي م. ر.، بشرى ع.، ويحيى م. يو. تقييم طريقة التجويف النانوي لتحديد الخصائص الميكانيكية للمركبات النانوية غير المتجانسة باستخدام أساليب تجريبية وحسابية. مجلة العلوم. دار 9، 15763 (2019).
ليو، ك.، فان ليندينغهام، م.ر.، أوارت، ت.س. التوصيف الميكانيكي للهلاميات اللزجة المرنة اللينة باستخدام تحليل العناصر المحدودة العكسية القائم على الانبعاج والتحسين. مجلة الميكانيكا. السلوك. العلوم الطبية الحيوية. الجامعة الأم. 2، 355-363 (2009).
أندروز جيه دبليو، بوين جيه، وتشانلر دي. تحسين تحديد اللزوجة المرنة باستخدام أنظمة قياس متوافقة. مجلة المواد الناعمة، العدد 9، 5581-5593 (2013).
بريسكوي، بي جيه، فيوري، إل. وبيليلو، إي. الانبعاج النانوي للأسطح البوليمرية. مجلة الفيزياء. دي. التقدم للفيزياء. 31، 2395 (1998).
ميايلوفيتش أ.س، تسين ب.، فورتوناتو د.، فان فليت ك.ج. توصيف الخواص الميكانيكية اللزجة المرنة للبوليمرات عالية المرونة والأنسجة البيولوجية باستخدام تقنية البصمة الصدمية. مجلة المواد الحيوية. 71، 388-397 (2018).
بيريبلكين ن.ف.، كوفاليف أيه. إي، جورب إس. إن، بوروديتش إف. إم. تقييم معامل المرونة وعملية الالتصاق للمواد اللينة باستخدام طريقة بوروديتش-جالانوف الممتدة (بي جي) والتباعد العميق. فور. ألما ماتر. 129، 198-213 (2019).
شي، إكس وآخرون. مورفولوجيا النانو والخصائص الميكانيكية للأسطح البوليمرية المحاكية للبيولوجيا لعدسات السيليكون الهيدروجيل اللاصقة. لانجموير 37، 13961-13967 (2021).