Kiitos, että kävit Nature.com-sivustolla. Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki. Parhaan käyttökokemuksen saavuttamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan yhteensopivuustilan käytöstä Internet Explorerissa). Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Näyttää kolmen dian karusellin kerralla. Siirry kolmen dian läpi kerrallaan Edellinen- ja Seuraava-painikkeilla tai siirry kolmen dian läpi kerrallaan lopussa olevilla liukusäätimen painikkeilla.
Uusien ultrapehmeiden materiaalien kehittämisen myötä lääkinnällisiin laitteisiin ja biolääketieteellisiin sovelluksiin niiden fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien kattava karakterisointi on sekä tärkeää että haastavaa. Modifioitua atomivoimamikroskopiaa (AFM) käyttäen tehtyä nanoindentaatiotekniikkaa käytettiin uuden lehfilcon A -biomimeettisen silikonihydrogeelipiilolinssin erittäin alhaisen pintamoduulin karakterisoimiseen. Linssi on päällystetty haaroittuneella polymeeriharjakerroksella. Tämä menetelmä mahdollistaa kosketuspisteiden tarkan määrittämisen ilman viskoosin pursuman vaikutuksia haaroittuneita polymeerejä lähestyttäessä. Lisäksi se mahdollistaa yksittäisten harjaelementtien mekaanisten ominaisuuksien määrittämisen ilman poroelastisuuden vaikutusta. Tämä saavutetaan valitsemalla AFM-anturi, jonka rakenne (kärjen koko, geometria ja jousijännitys) soveltuu erityisesti pehmeiden materiaalien ja biologisten näytteiden ominaisuuksien mittaamiseen. Tämä menetelmä parantaa herkkyyttä ja tarkkuutta erittäin pehmeän lehfilcon A -materiaalin tarkassa mittauksessa, sillä sen pinta-alalla on erittäin alhainen kimmomoduuli (jopa 2 kPa) ja erittäin korkea elastisuus sisäisessä (lähes 100 %) vesipitoisessa ympäristössä. Pintatutkimuksen tulokset paljastivat paitsi lehfilcon A -linssin ultrapehmeät pintaominaisuudet, myös haaroittuneiden polymeeriharjojen moduulin olevan verrattavissa pii-vety-substraatin moduuliin. Tätä pinnan karakterisointitekniikkaa voidaan soveltaa muihin ultrapehmeisiin materiaaleihin ja lääkinnällisiin laitteisiin.
Elävän kudoksen kanssa suoraan kosketukseen tarkoitettujen materiaalien mekaaniset ominaisuudet määräytyvät usein biologisen ympäristön mukaan. Näiden materiaaliominaisuuksien täydellinen yhteensopivuus auttaa saavuttamaan materiaalin halutut kliiniset ominaisuudet aiheuttamatta haitallisia soluvasteita1,2,3. Irtomateriaalien mekaanisten ominaisuuksien karakterisointi on suhteellisen helppoa standardimenetelmien ja testausmenetelmien (esim. mikrosisennys4,5,6) saatavuuden ansiosta. Erittäin pehmeille materiaaleille, kuten geeleille, hydrogeeleille, biopolymeereille, eläville soluille jne., nämä testausmenetelmät eivät kuitenkaan yleensä sovellu mittaustarkkuuden rajoitusten ja joidenkin materiaalien epähomogeenisuuden vuoksi7. Vuosien varrella perinteisiä sisennysmenetelmiä on muokattu ja mukautettu karakterisoimaan monenlaisia ​​pehmeitä materiaaleja, mutta monet menetelmät kärsivät edelleen vakavista puutteista, jotka rajoittavat niiden käyttöä8,9,10,11,12,13. Erikoistuneiden testausmenetelmien puute, jotka pystyvät tarkasti ja luotettavasti karakterisoimaan erittäin pehmeiden materiaalien ja pintakerrosten mekaanisia ominaisuuksia, rajoittaa vakavasti niiden käyttöä erilaisissa sovelluksissa.
Edellisessä työssämme esittelimme lehfilcon A (CL) -piilolinssin, pehmeän heterogeenisen materiaalin, jonka kaikki ultrapehmeät pintaominaisuudet ovat peräisin silmän sarveiskalvon pinnasta inspiroituneista, mahdollisesti biomimeettisistä malleista. Tämä biomateriaali kehitettiin liittämällä haaroittunut, silloitettu poly(2-metakryloyylioksietyylifosforyylikoliini (MPC)) (PMPC) -polymeerikerros silikonihydrogeeliin (SiHy)15, joka on suunniteltu lääketieteellisiin laitteisiin. Tämä liitosprosessi luo pinnalle kerroksen, joka koostuu erittäin pehmeästä ja erittäin elastisesta haaroittuneesta polymeeriharjarakenteesta. Aiempi työmme on vahvistanut, että lehfilcon A CL:n biomimeettinen rakenne tarjoaa erinomaiset pintaominaisuudet, kuten paremman kostutuksen ja likaantumisen eston, lisääntyneen voitelevuuden ja vähentyneen solujen ja bakteerien tarttumisen15,16. Lisäksi tämän biomimeettisen materiaalin käyttö ja kehitys viittaavat myös jatkolaajennukseen muihin biolääketieteellisiin laitteisiin. Siksi on tärkeää karakterisoida tämän ultrapehmeän materiaalin pintaominaisuudet ja ymmärtää sen mekaaninen vuorovaikutus silmän kanssa, jotta voidaan luoda kattava tietopohja tulevan kehityksen ja sovellusten tueksi. Useimmat kaupallisesti saatavilla olevat SiHy-piilolinssit koostuvat homogeenisesta hydrofiilisten ja hydrofobisten polymeerien seoksesta, joka muodostaa yhtenäisen materiaalirakenteen17. Useita tutkimuksia on tehty niiden mekaanisten ominaisuuksien tutkimiseksi käyttäen perinteisiä puristus-, veto- ja mikroindentaatiokoemenetelmiä18,19,20,21. Lehfilcon A CL:n uudenlainen biomimeettinen rakenne tekee siitä kuitenkin ainutlaatuisen heterogeenisen materiaalin, jossa haaroittuneiden polymeeriharjarakenteiden mekaaniset ominaisuudet eroavat merkittävästi SiHy-perusmateriaalin ominaisuuksista. Siksi näiden ominaisuuksien tarkka kvantifiointi perinteisillä ja sisennysmenetelmillä on erittäin vaikeaa. Lupaava menetelmä käyttää atomivoimamikroskopiassa (AFM) toteutettua nanoindentaatiotestausmenetelmää, jota on käytetty pehmeiden viskoelastisten materiaalien, kuten biologisten solujen ja kudosten, sekä pehmeiden polymeerien mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseen22,23,24,25.,26,27,28,29,30. AFM-nanosisennyksessä nanosisennystestauksen perusteet yhdistetään AFM-teknologian uusimpiin edistysaskeliin, mikä parantaa mittausherkkyyttä ja mahdollistaa laajan valikoiman luonnostaan ​​superpehmeitä materiaaleja31,32,33,34,35,36. Lisäksi teknologia tarjoaa muita tärkeitä etuja erilaisten geometrioiden, sisennyslaitteen ja koettimen käytön sekä testausmahdollisuuden ansiosta erilaisissa nestemäisissä väliaineissa.
AFM-nanosisennys voidaan ehdollisesti jakaa kolmeen pääkomponenttiin: (1) laitteet (anturit, ilmaisimet, luotaimet jne.); (2) mittausparametrit (kuten voima, siirtymä, nopeus, rampin koko jne.); (3) tiedonkäsittely (perusviivan korjaus, kosketuspisteen arviointi, datan sovitus, mallinnus jne.). Merkittävä ongelma tässä menetelmässä on, että useat kirjallisuudessa julkaistut AFM-nanosisennystä käyttävät tutkimukset raportoivat hyvin erilaisia ​​kvantitatiivisia tuloksia samalle näyte-/solu-/materiaalityypille37,38,39,40,41. Esimerkiksi Lekka ym. tutkivat ja vertailivat AFM-luotimen geometrian vaikutusta mekaanisesti homogeenisen hydrogeelin ja heterogeenisten solujen näytteiden mitattuun Youngin moduuliin. He raportoivat, että moduuliarvot riippuvat suuresti ulokkeen valinnasta ja kärjen muodosta, ja suurin arvo on pyramidin muotoisella luotaimella ja pienin arvo 42 pallomaisella luotaimella. Vastaavasti Selhuber-Unkel ym. On osoitettu, miten polyakryyliamidinäytteiden (PAAM) sisennyslaitteen nopeus, sisennyslaitteen koko ja paksuus vaikuttavat ACM43-nanosisennyksellä mitattuun Youngin moduuliin. Toinen monimutkainen tekijä on erittäin matalan moduulin standardoitujen testimateriaalien ja vapaiden testimenetelmien puute. Tämä tekee tarkkojen ja luotettavien tulosten saamisen erittäin vaikeaksi. Menetelmä on kuitenkin erittäin hyödyllinen suhteellisiin mittauksiin ja vertaileviin arviointeihin samanlaisten näytetyyppien välillä, esimerkiksi AFM-nanosisennyksen avulla normaalien solujen erottamiseksi syöpäsoluista 44, 45.
Pehmeitä materiaaleja AFM-nanosisennyksellä testattaessa yleisenä nyrkkisääntönä on käyttää anturia, jolla on alhainen jousivakio (k) ja joka vastaa tarkasti näytteen moduulia, sekä puolipallon/pyöreä kärki, jotta ensimmäinen anturi ei lävistä näytepintoja ensimmäisessä kosketuksessa pehmeiden materiaalien kanssa. On myös tärkeää, että anturin tuottama taipumasignaali on riittävän voimakas, jotta laserilmaisinjärjestelmä voi havaita sen24,34,46,47. Erittäin pehmeiden heterogeenisten solujen, kudosten ja geelien tapauksessa toinen haaste on anturin ja näytteen pinnan välisen tarttumisvoiman voittaminen toistettavuuden ja luotettavuuden varmistamiseksi48,49,50. Viime aikoihin asti suurin osa AFM-nanosisennystä koskevasta työstä on keskittynyt biologisten solujen, kudosten, geelien, hydrogeelien ja biomolekyylien mekaanisen käyttäytymisen tutkimukseen käyttämällä suhteellisen suuria pallomaisia ​​anturia, joita yleisesti kutsutaan kolloidisiksi anturiksi (CP). , 47, 51, 52, 53, 54, 55. Näiden kärkien säde on 1–50 µm, ja ne on yleensä valmistettu borosilikaattilasista, polymetyylimetakrylaatista (PMMA), polystyreenistä (PS), piidioksidista (SiO2) ja timantin kaltaisesta hiilestä (DLC). Vaikka CP-AFM-nanoindentaatio on usein ensisijainen valinta pehmeiden näytteiden karakterisointiin, sillä on omat ongelmansa ja rajoituksensa. Suurten, mikronikokoisten pallomaisten kärkien käyttö lisää kärjen ja näytteen kokonaiskosketuspinta-alaa ja johtaa merkittävään spatiaalisen resoluution menetykseen. Pehmeissä, epähomogeenisissa näytteissä, joissa paikallisten alkuaineiden mekaaniset ominaisuudet voivat poiketa merkittävästi keskiarvosta laajemmalla alueella, CP-indentaatio voi peittää mahdolliset ominaisuuksien epähomogeenisuudet paikallisella tasolla52. Kolloidiset luotaimet valmistetaan tyypillisesti kiinnittämällä mikronikokoisia kolloidisia palloja kärjettömiin ulokepalkkeihin epoksiliimoilla. Itse valmistusprosessi on täynnä monia ongelmia ja voi johtaa epäjohdonmukaisuuksiin luotainten kalibrointiprosessissa. Lisäksi kolloidisten hiukkasten koko ja massa vaikuttavat suoraan ulokkeen tärkeimpiin kalibrointiparametreihin, kuten resonanssitaajuuteen, jousen jäykkyyteen ja taipumaherkkyyteen56,57,58. Näin ollen perinteisissä AFM-antureissa yleisesti käytetyt menetelmät, kuten lämpötilakalibrointi, eivät välttämättä tarjoa tarkkaa CP-kalibrointia, ja näiden korjausten suorittamiseen saatetaan tarvita muita menetelmiä57, 59, 60, 61. Tyypillisissä CP-sisennyskokeissa käytetään suuripoikkeamien uloketta pehmeiden näytteiden ominaisuuksien tutkimiseen, mikä aiheuttaa toisen ongelman ulokkeen epälineaarisen käyttäytymisen kalibroinnissa suhteellisen suurilla poikkeamilla62,63,64. Nykyaikaiset kolloidisten luotainten sisennysmenetelmät ottavat yleensä huomioon anturin kalibroinnissa käytetyn ulokkeen geometrian, mutta jättävät huomiotta kolloidisten hiukkasten vaikutuksen, mikä luo lisäepävarmuutta menetelmän tarkkuuteen38,61. Vastaavasti kontaktimallin sovituksella lasketut elastiset moduulit riippuvat suoraan sisennysmittausanturin geometriasta, ja kärjen ja näytteen pinnan ominaisuuksien välinen epäsuhta voi johtaa epätarkkuuksiin27, 65, 66, 67, 68. Spencerin ym. viimeaikaisessa tutkimuksessa korostetaan tekijöitä, jotka tulisi ottaa huomioon pehmeitä polymeeriharjoja karakterisoitaessa CP-AFM-nanoindentaatiomenetelmällä. He raportoivat, että viskoosin nesteen pidättyminen polymeeriharjoihin nopeuden funktiona johtaa pään kuormituksen kasvuun ja siten nopeudesta riippuvien ominaisuuksien erilaisiin mittauksiin30,69,70,71.
Tässä tutkimuksessa olemme karakterisoineet ultrapehmeän ja erittäin elastisen lehfilcon A CL -materiaalin pintamoduulia käyttämällä modifioitua AFM-nanoindentaatiomenetelmää. Materiaalin ominaisuuksien ja uuden rakenteen vuoksi perinteisen sisennysmenetelmän herkkyysalue on selvästi riittämätön tämän erittäin pehmeän materiaalin moduulin karakterisointiin, joten on tarpeen käyttää sekä korkeampaa että matalampaa herkkyyttä tarjoavaa AFM-nanoindentaatiomenetelmää. Tarkasteltuamme olemassa olevien kolloidisten AFM-koettimien nanoindentaatiotekniikoiden puutteita ja ongelmia osoitamme, miksi valitsimme pienemmän, mittatilaustyönä suunnitellun AFM-anturin herkkyyden, taustakohinan, kosketuspisteen paikantamisen, pehmeiden heterogeenisten materiaalien nopeusmoduulin, kuten nesteenpidätysriippuvuuden, mittaamisen ja tarkan kvantifioinnin poistamiseksi. Lisäksi pystyimme mittaamaan tarkasti sisennyskärjen muodon ja mitat, minkä ansiosta voimme käyttää kartio-pallo-sovitusmallia kimmomoduulin määrittämiseen arvioimatta kärjen ja materiaalin kosketuspinta-alaa. Tässä työssä kvantifioidaan kaksi implisiittistä oletusta, jotka ovat täysin elastisen materiaalin ominaisuudet ja sisennyssyvyydestä riippumaton moduuli. Tällä menetelmällä testasimme ensin tunnetun moduulin omaavia ultrapehmeitä standardeja menetelmän kvantifioimiseksi ja käytimme sitten tätä menetelmää kahden eri piilolinssimateriaalin pintojen karakterisointiin. Tämän AFM-nanosisennyspintojen karakterisointimenetelmän lisääntyneellä herkkyydellä odotetaan soveltuvan laajaan valikoimaan biomimeettisiä heterogeenisiä ultrapehmeitä materiaaleja, joilla on potentiaalista käyttöä lääketieteellisissä laitteissa ja biolääketieteellisissä sovelluksissa.
Nanoindentaatiokokeisiin valittiin Lehfilcon A -piilolinssit (Alcon, Fort Worth, Texas, USA) ja niiden silikonihydrogeelialustat. Kokeessa käytettiin erityisesti suunniteltua linssikiinnitystä. Linssi asennettiin testausta varten varovasti kupumaiselle jalustalle varmistaen, ettei sisään päässyt ilmakuplia, ja kiinnitettiin sitten reunoilla. Linssipidikkeen yläosassa olevassa kiinnikkeessä oleva reikä mahdollistaa pääsyn linssin optiseen keskikohtaan nanoindentaatiokokeita varten pitäen nesteen paikallaan. Tämä pitää linssit täysin kosteutettuina. Testiliuoksena käytettiin 500 μl piilolinssien pakkausliuosta. Kvantitatiivisten tulosten varmistamiseksi valmistettiin kaupallisesti saatavilla olevia aktivoimattomia polyakryyliamidi (PAAM) -hydrogeelejä polyakryyliamidi-ko-metyleeni-bisakryyliamidikoostumuksesta (100 mm:n Petrisoft-petrimaljat, Matrigen, Irvine, CA, USA), joiden tunnettu kimmokerroin on 1 kPa. Käytä 4–5 tippaa (noin 125 µl) fosfaattipuskuroitua suolaliuosta (PBS, Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, USA) ja 1 tippa OPTI-FREE Puremoist -piilolinssinestettä (Alcon, Vaud, TX, USA) AFM-hydrogeeli-anturirajapinnassa.
Lehfilcon A CL- ja SiHy-substraattien näytteet visualisoitiin käyttämällä FEI Quanta 250 -kenttäemissiopyyhkäisyelektronimikroskooppijärjestelmää (FEG SEM), joka oli varustettu pyyhkäisyläpäisyelektronimikroskooppidetektorilla (STEM). Näytteiden valmistelua varten linssit pestiin ensin vedellä ja leikattiin piirakanmuotoisiksi kiiloiksi. Näytteiden hydrofiilisten ja hydrofobisten komponenttien välisen erilaisen kontrastin saavuttamiseksi käytettiin väriaineena 0,10-prosenttista stabiloitua RuO4-liuosta, johon näytteet upotettiin 30 minuutiksi. Lehfilcon A CL RuO4-värjäys on tärkeää paitsi paremman erilaisen kontrastin saavuttamiseksi, myös haaroittuneiden polymeerisiveltimien rakenteen säilyttämiseksi alkuperäisessä muodossaan, joka näkyy sitten STEM-kuvissa. Sen jälkeen ne pestiin ja kuivattiin useissa etanoli/vesiseoksissa, joiden etanolipitoisuus kasvoi. Näytteet valettiin sitten EMBed 812/araldiittiepoksilla, joka kovetettiin yön yli 70 °C:ssa. Hartsipolymeroinnilla saadut näytelohkot leikattiin ultramikrotomilla, ja tuloksena olevat ohuet leikkeet visualisoitiin STEM-detektorilla matalatyhjiötilassa 30 kV:n kiihtyvyysjännitteellä. Samaa SEM-järjestelmää käytettiin PFQNM-LC-A-CAL AFM -anturin (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) yksityiskohtaiseen karakterisointiin. AFM-anturin SEM-kuvat saatiin tyypillisessä korkeatyhjiötilassa 30 kV:n kiihtyvyysjännitteellä. Ota kuvia eri kulmilla ja suurennuksilla AFM-anturin kärjen muodon ja koon kaikkien yksityiskohtien tallentamiseksi. Kaikki kuvissa kiinnostuksen kohteena olevat kärjen mitat mitattiin digitaalisesti.
Lehfilcon A CL-, SiHy-substraatti- ja PAAm-hydrogeelinäytteiden visualisointiin ja nano-hampaiden muodostamiseen käytettiin Dimension FastScan Bio Icon -atomivoimamikroskooppia (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) ”PeakForce QNM in Fluid” -tilassa. Kuvantamiskokeissa käytettiin PEAKFORCE-HIRS-FA-anturia (Bruker), jonka nimellinen kärkisäde oli 1 nm, näytteen korkearesoluutioisten kuvien ottamiseksi 0,50 Hz:n skannausnopeudella. Kaikki kuvat otettiin vesiliuoksessa.
AFM-nanosisennyskokeet tehtiin käyttämällä PFQNM-LC-A-CAL-anturia (Bruker). AFM-anturissa on piikärkinen kärki nitridikannattimessa, joka on 345 nm paksu, 54 µm pitkä ja 4,5 µm leveä ja jonka resonanssitaajuus on 45 kHz. Se on erityisesti suunniteltu pehmeiden biologisten näytteiden karakterisointiin ja kvantitatiivisten nanomekaanisten mittausten suorittamiseen. Anturit kalibroidaan yksittäin tehtaalla esikalibroiduilla jousiasetuksilla. Tässä tutkimuksessa käytettyjen antureiden jousivakiot olivat välillä 0,05–0,1 N/m. Kärjen muodon ja koon tarkkaan määrittämiseen anturi karakterisoitiin yksityiskohtaisesti SEM-elektronmikroskooppikuvalla. Kuvassa 1a on PFQNM-LC-A-CAL-anturin korkearesoluutioinen, pienisuurennosinen pyyhkäisyelektronimikroskooppikuva, joka tarjoaa kokonaisvaltaisen kuvan anturin suunnittelusta. Kuvassa 1b on suurennettu näkymä anturin kärjen yläosasta, joka antaa tietoa kärjen muodosta ja koosta. Äärimmäisessä päässä neula on puolipallo, jonka halkaisija on noin 140 nm (kuva 1c). Tämän alapuolella kärki kapenee kartiomaiseksi, saavuttaen noin 500 nm:n mitatun pituuden. Kapenevan alueen ulkopuolella kärki on sylinterimäinen ja päättyy kärjen kokonaispituuteen 1,18 µm. Tämä on koettimen kärjen tärkein toiminnallinen osa. Lisäksi kolloidisena koettimena käytettiin testauksessa myös suurta pallomaista polystyreeni (PS) -koetinta (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, USA), jonka kärjen halkaisija oli 45 µm ja jousivakio 2 N/m, ja vertailun vuoksi PFQNM-LC-A-CAL 140 nm -koetinta.
On raportoitu, että nestettä voi jäädä loukkuun AFM-anturin ja polymeeriharjarakenteen väliin nanoindentaation aikana, mikä kohdistaa AFM-anturiin ylöspäin suuntautuvan voiman ennen kuin se varsinaisesti koskettaa pintaa69. Tämä nesteen kertymisestä johtuva viskoosinen pursotusvaikutus voi muuttaa näennäistä kosketuspistettä ja siten vaikuttaa pintamoduulimittauksiin. Anturin geometrian ja sisennysnopeuden vaikutuksen nesteen kertymiseen tutkimiseksi piirrettiin sisennysvoimakäyrät lehfilcon A CL -näytteille käyttämällä 140 nm:n halkaisijan omaavaa anturia vakionopeuksilla 1 µm/s ja 2 µm/s. Anturin halkaisija oli 45 µm, kiinteä voima-asetus 6 nN, ja se saavutettiin nopeudella 1 µm/s. Kokeet 140 nm:n halkaisijan omaavalla anturilla suoritettiin sisennysnopeudella 1 µm/s ja asetetulla voimalla 300 pN, jotka valittiin luomaan kosketuspaine yläluomen fysiologiselle alueelle (1–8 kPa). paine 72. Pehmeitä, valmiita PAA-hydrogeelinäytteitä testattiin 1 kPa:n paineessa 50 pN:n sisennysvoimalla 1 μm/s nopeudella käyttäen 140 nm:n halkaisijaltaan olevaa anturia.
Koska PFQNM-LC-A-CAL-koettimen kärjen kartiomaisen osan pituus on noin 500 nm, voidaan alle 500 nm:n sisennyssyvyydellä turvallisesti olettaa, että koettimen geometria sisennyksen aikana pysyy kartion muotoisena. Lisäksi oletetaan, että testattavan materiaalin pinta osoittaa palautuvaa elastista vastetta, mikä myös vahvistetaan seuraavissa osioissa. Siksi kärjen muodosta ja koosta riippuen valitsimme AFM-nanosisennyskokeiden (NanoScope) käsittelyyn Briscoen, Sebastianin ja Adamsin kehittämän kartio-pallo-sovitusmallin, joka on saatavilla valmistajan ohjelmistossa. Erotusdatan analyysiohjelmisto, Bruker) 73. Malli kuvaa voima-siirtymäsuhteen F(δ) kartiolle, jossa on pallomainen kärkivirhe. Kuvassa. Kuva 2 esittää kosketusgeometriaa jäykän kartion ja pallomaisen kärjen vuorovaikutuksessa, missä R on pallomaisen kärjen säde, a on kosketussäde, b on pallomaisen kärjen päässä oleva kosketussäde ja δ on kosketussäde. Painumasyvyys ja θ on kartion puolikulma. Tämän luotaimen SEM-kuva osoittaa selvästi, että 140 nm:n halkaisijaltaan oleva pallomainen kärki sulautuu tangentiaalisesti kartioon, joten tässä b määritellään vain R:n kautta, eli b = R cos θ. Valmistajan toimittama ohjelmisto tarjoaa kartio-pallosuhteen Youngin moduulin (E) arvojen laskemiseksi voimaerotusdatasta olettaen, että a > b. Suhde:
jossa F on sisennysvoima, E on Youngin moduuli ja ν on Poissonin luku. Kosketussäde a voidaan arvioida seuraavasti:
Kaavio jäykän kartion kontaktigeometriasta, jossa on pallomainen kärki, joka on puristettu Lefilcon-piilolinssin materiaaliin, jonka pintakerros on haarautunut polymeeriharjoista.
Jos a ≤ b, suhde pelkistyy tavanomaisen pallomaisen sisennyksen yhtälöksi;
Uskomme, että sisennysanturin vuorovaikutus PMPC-polymeeriharjan haarautuneen rakenteen kanssa aiheuttaa sen, että kosketussäde a on suurempi kuin pallomainen kosketussäde b. Siksi käytimme tässä tutkimuksessa suoritetuissa kimmomoduulin kvantitatiivisissa mittauksissa tapaukselle a > b saatua riippuvuutta.
Tässä tutkimuksessa tutkitut ultrapehmeät biomimeettiset materiaalit kuvannettiin kattavasti pyyhkäisyelektronimikroskopialla (STEM) näytteen poikkileikkauksesta ja atomivoimamikroskopialla (AFM) pinnasta. Tämä yksityiskohtainen pinnan karakterisointi tehtiin aiemmin julkaistun työmme jatkeena, jossa havaitsimme, että PMPC-modifioidun lehfilcon A CL -pinnan dynaamisesti haaroittunut polymeerinen harjarakenne omasi samanlaisia ​​mekaanisia ominaisuuksia kuin natiivi sarveiskalvokudos 14. Tästä syystä kutsumme piilolinssien pintoja biomimeettisiksi materiaaleiksi 14. Kuvassa 3a, b on esitetty haaroittuneiden PMPC-polymeeriharjarakenteiden poikkileikkauksia lehfilcon A CL -substraatin ja käsittelemättömän SiHy-substraatin pinnalla. Molempien näytteiden pintoja analysoitiin edelleen käyttämällä korkean resoluution AFM-kuvia, jotka vahvistivat STEM-analyysin tuloksia (kuva 3c, d). Yhdessä nämä kuvat antavat PMPC:n haaroittuneen polymeeriharjarakenteen likimääräisen pituuden aallonpituudella 300–400 nm, mikä on ratkaisevan tärkeää AFM-nanoindentaatiomittausten tulkinnassa. Toinen kuvista johdettu keskeinen havainto on, että CL-biomimeettisen materiaalin yleinen pintarakenne on morfologisesti erilainen kuin SiHy-substraattimateriaalin. Tämä pintamorfologian ero voi ilmetä niiden mekaanisen vuorovaikutuksen aikana sisennys-AFM-anturin kanssa ja myöhemmin mitatuissa moduuliarvoissa.
Poikkileikkaus-STEM-kuvat (a) lehfilcon A CL:stä ja (b) SiHy-substraatista. Skaalapalkki, 500 nm. AFM-kuvat lehfilcon A CL -substraatin (c) ja SiHy-perussubstraatin (d) pinnasta (3 µm × 3 µm).
Bioinspiroidut polymeerit ja polymeeriharjarakenteet ovat luonnostaan ​​pehmeitä, ja niitä on tutkittu ja käytetty laajasti erilaisissa biolääketieteellisissä sovelluksissa74,75,76,77. Siksi on tärkeää käyttää AFM-nanosisennysmenetelmää, jolla voidaan mitata tarkasti ja luotettavasti niiden mekaanisia ominaisuuksia. Mutta samaan aikaan näiden ultrapehmeiden materiaalien ainutlaatuiset ominaisuudet, kuten erittäin alhainen kimmokerroin, korkea nestepitoisuus ja korkea elastisuus, tekevät usein vaikeaksi oikean materiaalin, muodon ja sisennysanturin koon valinnan. Tämä on tärkeää, jotta sisennyslaite ei lävistä näytteen pehmeää pintaa, mikä johtaisi virheisiin pinnan kosketuspisteen ja kosketusalueen määrittämisessä.
Tätä varten on välttämätöntä ymmärtää kattavasti ultrapehmeiden biomimeettisten materiaalien (lehfilcon A CL) morfologia. Tiedot kuvantamismenetelmällä saatujen haaroittuneiden polymeeriharjojen koosta ja rakenteesta tarjoavat perustan pinnan mekaaniselle karakterisoinnille AFM-nanoindentaatiotekniikoilla. Mikronikokoisten pallomaisten kolloidisten luotainten sijaan valitsimme PFQNM-LC-A-CAL-piintridi-luottimen (Bruker), jonka kärjen halkaisija on 140 nm ja joka on erityisesti suunniteltu biologisten näytteiden mekaanisten ominaisuuksien kvantitatiiviseen kartoitukseen 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84. Syy suhteellisen terävien luotainten käyttöön perinteisiin kolloidisiin luotaimiin verrattuna voidaan selittää materiaalin rakenteellisilla ominaisuuksilla. Vertaamalla luotaimen kärjen kokoa (~140 nm) CL lehfilcon A:n pinnalla oleviin haaroittuneisiin polymeeriharjoihin, kuten kuvassa 3a on esitetty, voidaan päätellä, että kärki on riittävän suuri joutuakseen suoraan kosketukseen näiden harjarakenteiden kanssa, mikä vähentää kärjen lävistymisen mahdollisuutta. Tämän havainnollistamiseksi kuvassa 4 on STEM-kuva lehfilcon A CL:stä ja AFM-anturin sisennyskärjestä (mittakaavassa).
Kaaviokuva, joka esittää lehfilcon A CL:n ja ACM-sisennysanturin STEM-kuvaa (mittakaavassa).
Lisäksi kärjen koko, 140 nm, on riittävän pieni välttämään aiemmin CP-AFM-nanoindentaatiomenetelmällä tuotettujen polymeerisiveltimien yhteydessä raportoitujen tahmeiden pursotusvaikutusten riskin69,71. Oletamme, että tämän AFM-kärjen erityisen kartiopallomaisen muodon ja suhteellisen pienen koon vuoksi (kuva 1) lehfilcon A CL -nanondensaation luoman voimakäyrän luonne ei riipu sisennysnopeudesta tai lataus-/purkunopeudesta. Siksi poroelastiset vaikutukset eivät vaikuta siihen. Tämän hypoteesin testaamiseksi lehfilcon A CL -näytteitä sisennettiin kiinteällä maksimivoimalla PFQNM-LC-A-CAL-anturilla, mutta kahdella eri nopeudella, ja tuloksena olevia veto- ja vetäytymisvoimakäyriä käytettiin voiman (nN) piirtämiseen etäisyydessä (µm), kuten kuvassa 5a on esitetty. On selvää, että kuormituksen ja purkamisen aikaiset voimakäyrät ovat täysin päällekkäin, eikä kuvassa ole selkeää näyttöä siitä, että leikkausvoima kasvaisi sisennyssyvyydellä nolla sisennysnopeuden mukana. Tämä viittaa siihen, että yksittäiset harjaelementit karakterisoitiin ilman poroelastisuutta. Sitä vastoin nesteenpidätysvaikutukset (viskoosin ekstruusion ja poroelastisuuden vaikutukset) ovat ilmeisiä 45 µm:n halkaisijan omaavalla AFM-anturilla samalla sisennysnopeudella, ja ne korostuvat venytys- ja supistumiskäyrien välisenä hystereesinä, kuten kuvassa 5b on esitetty. Nämä tulokset tukevat hypoteesia ja viittaavat siihen, että 140 nm:n halkaisijan omaavat anturit ovat hyvä valinta tällaisten pehmeiden pintojen karakterisointiin.
lehfilcon A CL -sisennysvoimakäyrät ACM:llä; (a) käyttäen 140 nm:n halkaisijan omaavaa anturia kahdella kuormitusnopeudella, mikä osoittaa poroelastisuuden puuttumisen pinnan sisennyksen aikana; (b) käyttäen 45 µm:n ja 140 nm:n halkaisijan omaavia antureita. Kuvat osoittavat viskoosin ekstruusion ja poroelastisuuden vaikutukset suurilla antureilla verrattuna pienempiin antureihin.
Ultrapehmeiden pintojen karakterisoimiseksi AFM-nanoindentaatiomenetelmissä on oltava paras anturi tutkittavan materiaalin ominaisuuksien tutkimiseen. Kärjen muodon ja koon lisäksi AFM-ilmaisinjärjestelmän herkkyys, kärjen taipuman herkkyys testiympäristössä ja ulokkeen jäykkyys ovat tärkeitä nanoindentaatiomittausten tarkkuuden ja luotettavuuden määrittämisessä. AFM-järjestelmässämme asentoherkän ilmaisimen (PSD) havaitsemisraja on noin 0,5 mV ja perustuu esikalibroituun jousivahvuuteen, ja PFQNM-LC-A-CAL-anturin laskettu nesteen taipumaherkkyys, joka vastaa teoreettista kuormitusherkkyyttä, on alle 0,1 pN. Siksi tämä menetelmä mahdollistaa ≤ 0,1 pN:n pienimmän sisennysvoiman mittaamisen ilman ääreiskohinakomponenttia. AFM-järjestelmän on kuitenkin lähes mahdotonta vähentää ääreiskohinaa tälle tasolle esimerkiksi mekaanisen värähtelyn ja nestedynamiikan kaltaisten tekijöiden vuoksi. Nämä tekijät rajoittavat AFM-nanoindentaatiomenetelmän kokonaisherkkyyttä ja johtavat myös noin ≤ 10 pN:n taustakohinasignaaliin. Pinnan karakterisointia varten lehfilcon A CL- ja SiHy-substraattinäytteitä sisennettiin täysin hydratoiduissa olosuhteissa käyttämällä 140 nm:n SEM-anturia, ja tuloksena saadut voimakäyrät asetettiin päällekkäin voiman (pN) ja paineen välille. Erotuskäyrä (µm) on esitetty kuvassa 6a. Verrattuna SiHy-perussubstraattiin, lehfilcon A CL -voimakäyrä osoittaa selvästi siirtymävaiheen, joka alkaa haarautuneen polymeeriharjan kosketuspisteestä ja päättyy jyrkkään muutokseen kärjen ja alla olevan materiaalin välisessä kaltevuusmerkinnässä. Tämä voimakäyrän siirtymäosa korostaa haaroittuneen polymeeriharjan todella elastista käyttäytymistä pinnalla, mistä on osoituksena jännityskäyrää tarkasti seuraava puristuskäyrä ja harjarakenteen ja kookkaan SiHy-materiaalin mekaanisten ominaisuuksien ero. Lefilconia verrattaessa... Haaroittuneen polymeeriharjan keskimääräisen pituuden erottelu PCS:n STEM-kuvassa (kuva 3a) ja sen voimakäyrän ero abskissaa pitkin kuvassa 3a. Kuva 6a osoittaa, että menetelmä pystyy havaitsemaan kärjen ja haaroittuneen polymeerin saavuttavan pinnan aivan yläosan. Harjarakenteiden välinen kosketus. Lisäksi voimakäyrien läheinen päällekkäisyys osoittaa, ettei nestettä pidätetä. Tässä tapauksessa neulan ja näytteen pinnan välillä ole lainkaan tarttuvuutta. Kahden näytteen voimakäyrien ylimmät osiot ovat päällekkäin, mikä heijastaa alustamateriaalien mekaanisten ominaisuuksien samankaltaisuutta.
(a) Lehfilcon A CL -alustojen ja SiHy-alustojen AFM-nanosisennysvoimakäyrät, (b) voimakäyrät, jotka esittävät kosketuspisteen estimoinnin taustakohinan kynnysmenetelmällä.
Voimakäyrän tarkempien yksityiskohtien tutkimiseksi lehfilcon A CL -näytteen vetojännityskäyrä piirretään uudelleen kuvassa 6b, jossa maksimivoima on 50 pN y-akselilla. Tämä kuvaaja antaa tärkeää tietoa alkuperäisestä taustakohinasta. Kohina on ±10 pN:n alueella, ja sitä käytetään kosketuspisteen tarkkaan määrittämiseen ja painuman syvyyden laskemiseen. Kuten kirjallisuudessa on raportoitu, kosketuspisteiden tunnistaminen on kriittistä materiaalien ominaisuuksien, kuten moduulin, tarkalle arvioinnille85. Lähestymistapa, jossa voimakäyrädata käsitellään automaattisesti, on osoittanut parantuneen sopivuuden datan sovituksen ja kvantitatiivisten mittausten välillä pehmeillä materiaaleilla86. Tässä työssä kosketuspisteiden valintamme on suhteellisen yksinkertainen ja objektiivinen, mutta sillä on rajoituksensa. Konservatiivinen lähestymistapamme kosketuspisteen määrittämiseen voi johtaa hieman yliarvioituihin moduuliarvoihin pienemmillä painuman syvyyksillä (< 100 nm). Algoritmipohjaisen kosketuspisteiden tunnistuksen ja automaattisen datankäsittelyn käyttö voisi olla tämän työn jatkoa tulevaisuudessa menetelmämme parantamiseksi edelleen. Näin ollen, jos taustamelun arvo on ±10 pN, määrittelemme kosketuspisteen kuvan 6b x-akselin ensimmäiseksi datapisteeksi, jonka arvo on ≥10 pN. Sitten, 10 pN:n kohinakynnyksen mukaisesti, pystysuora viiva noin 0,27 µm:n tasolla merkitsee kosketuspisteen pinnan kanssa, minkä jälkeen venytyskäyrä jatkuu, kunnes alusta saavuttaa noin 270 nm:n sisennyssyvyyden. Mielenkiintoista on, että haaroittuneiden polymeeriharjarakenteiden koon (300–400 nm) perusteella, joka on mitattu kuvantamismenetelmällä, CL lehfilcon A -näytteen sisennyssyvyys taustamelun kynnysmenetelmällä on noin 270 nm, mikä on hyvin lähellä STEM:llä mitattua kokoa. Nämä tulokset vahvistavat edelleen AFM-anturin kärjen muodon ja koon yhteensopivuuden ja sovellettavuuden tämän erittäin pehmeän ja erittäin elastisen haaroittuneen polymeeriharjarakenteen sisennykseen. Nämä tiedot tarjoavat myös vahvaa näyttöä taustamelun käyttämisestä kynnysarvona kosketuspisteiden paikantamiseen. Näin ollen matemaattisesta mallinnuksesta ja voimakäyrän sovituksesta saatujen kvantitatiivisten tulosten tulisi olla suhteellisen tarkkoja.
AFM-nanosisennysmenetelmillä tehtävät kvantitatiiviset mittaukset riippuvat täysin datan valinnassa ja sitä seuraavassa analyysissä käytetyistä matemaattisista malleista. Siksi on tärkeää ottaa huomioon kaikki sisennyslaitteen valintaan, materiaalin ominaisuuksiin ja niiden vuorovaikutusmekanismiin liittyvät tekijät ennen tietyn mallin valintaa. Tässä tapauksessa kärjen geometria karakterisoitiin huolellisesti SEM-mikrokuvien avulla (kuva 1), ja tulosten perusteella 140 nm:n halkaisijaltaan oleva AFM-nanosisennysanturi, jossa on kova kartio ja pallomainen kärkigeometria, on hyvä valinta lehfilcon A CL79 -näytteiden karakterisointiin. Toinen tärkeä tekijä, jota on arvioitava huolellisesti, on testattavan polymeerimateriaalin elastisuus. Vaikka nanosisennyksen lähtötiedot (kuvat 5a ja 6a) hahmottelevat selvästi jännitys- ja puristuskäyrien päällekkäisyyden piirteet eli materiaalin täydellisen elastisen palautumisen, on erittäin tärkeää varmistaa kontaktien puhtaasti elastinen luonne. Tätä varten lehfilcon A CL -näytteen pinnalle tehtiin kaksi peräkkäistä sisennystä samaan kohtaan 1 µm/s sisennysnopeudella täydessä hydraatiossa. Tuloksena oleva voimakäyrädata on esitetty kuvassa 7, ja odotetusti kahden tulosteen laajenemis- ja puristuskäyrät ovat lähes identtiset, mikä korostaa haaroittuneen polymeeriharjarakenteen suurta elastisuutta.
Kaksi samassa kohdassa lehfilcon A CL -linssin pinnalla olevaa sisennysvoimakäyrää osoittavat linssin pinnan ihanteellisen elastisuuden.
Anturin kärjen SEM- ja STEM-kuvista sekä lehfilcon A CL -pinnasta saatujen tietojen perusteella kartio-pallomalli on kohtuullinen matemaattinen esitys AFM-anturin kärjen ja testattavan pehmeän polymeerimateriaalin välisestä vuorovaikutuksesta. Lisäksi tässä kartio-pallomallissa painetun materiaalin elastisia ominaisuuksia koskevat perusoletukset pitävät paikkansa myös tämän uuden biomimeettisen materiaalin osalta, ja niitä käytetään kimmomoduulin kvantifiointiin.
AFM-nanosisennysmenetelmän ja sen komponenttien, mukaan lukien sisennysanturin ominaisuudet (muoto, koko ja jousen jäykkyys), herkkyys (taustekohina ja kosketuspisteen arviointi) ja datan sovitusmallit (kvantitatiiviset moduulimittaukset), kattavan arvioinnin jälkeen menetelmää käytettiin karakterisoimaan kaupallisesti saatavilla olevia ultrapehmeitä näytteitä kvantitatiivisten tulosten varmistamiseksi. Kaupallista polyakryyliamidihydrogeeliä (PAAM), jonka kimmomoduuli oli 1 kPa, testattiin hydratoiduissa olosuhteissa käyttämällä 140 nm:n anturia. Yksityiskohdat moduulitestauksesta ja laskelmista on esitetty lisätiedoissa. Tulokset osoittivat, että mitattu keskimääräinen moduuli oli 0,92 kPa ja %RSD ja prosentuaalinen (%) poikkeama tunnetusta moduulista olivat alle 10 %. Nämä tulokset vahvistavat tässä työssä käytetyn AFM-nanosisennysmenetelmän tarkkuuden ja toistettavuuden ultrapehmeiden materiaalien moduulien mittaamiseen. Lehfilcon A CL -näytteiden ja SiHy-perussubstraatin pintoja karakterisoitiin edelleen käyttämällä samaa AFM-nanosisennysmenetelmää ultrapehmeän pinnan näennäisen kosketusmoduulin tutkimiseksi sisennyssyvyyden funktiona. Painumavoiman jakautumiskäyrät luotiin kolmelle kunkin tyypin näytteelle (n = 3; yksi painuma näytettä kohden) 300 pN:n voimalla, 1 µm/s nopeudella ja täydellä hydraatiolla. Painumavoiman jakautumiskäyrä approksimoitiin käyttämällä kartio-pallomallia. Painuma-syvyydestä riippuvan moduulin saamiseksi asetettiin 40 nm leveä osa voimakäyrästä jokaiselle 20 nm:n lisäykselle alkaen kosketuspisteestä ja mitattiin moduulin arvot voimakäyrän jokaisella askeleella. Spin Cy ym. Samanlaista lähestymistapaa on käytetty poly(lauryylimetakrylaatti) (P12MA) -polymeerisiveltimien moduuligradientin karakterisointiin käyttämällä kolloidista AFM-koettimen nanopainumausta, ja tulokset ovat yhdenmukaisia ​​Hertzin kosketusmallilla saatujen tietojen kanssa. Tämä lähestymistapa tarjoaa kuvaajan näennäisestä kosketusmoduulista (kPa) painuma-syvyyden (nm) funktiona, kuten kuvassa 8 on esitetty, joka havainnollistaa näennäistä kosketusmoduulia/syvyysgradienttia. CL lehfilcon A -näytteen laskettu kimmokerroin on 2–3 kPa:n välillä näytteen yläosan 100 nm:n sisällä, minkä jälkeen se alkaa kasvaa syvyyden myötä. Toisaalta testattaessa SiHy-pohjaista alustaa ilman harjamaista kalvoa pinnalla, 300 pN:n voimalla saavutettu suurin painaumasyvyys on alle 50 nm, ja datasta saatu moduuliarvo on noin 400 kPa, mikä on verrattavissa bulkkimateriaalien Youngin moduulin arvoihin.
Näennäinen kosketusmoduuli (kPa) vs. sisennyssyvyyden (nm) suhde lehfilcon A CL- ja SiHy-alustoille käyttäen AFM-nanosisennysmenetelmää kartio-pallogeometrialla moduulin mittaamiseen.
Uuden biomimeettisen haarautuneen polymeeriharjarakenteen ylimmällä pinnalla on erittäin alhainen kimmokerroin (2–3 kPa). Tämä vastaa STEM-kuvassa näkyvää haarukkaisen polymeeriharjan vapaasti roikkuvaa päätä. Vaikka CL:n ulkoreunalla on jonkin verran merkkejä moduuligradientista, tärkein korkean moduulin omaava alusta on vaikuttavampi. Pinnan ylin 100 nm on kuitenkin 20 %:n sisällä haarautuneen polymeeriharjan kokonaispituudesta, joten on kohtuullista olettaa, että mitatut moduuliarvot tällä sisennyssyvyysalueella ovat suhteellisen tarkkoja eivätkä riipu voimakkaasti pohjassa olevan esineen vaikutuksesta.
Lehfilcon A -piilolinssien ainutlaatuisen biomimeettisen rakenteen vuoksi, jotka koostuvat haaroittuneista PMPC-polymeeriharjarakenteista, jotka on oksastettu SiHy-alustojen pinnalle, niiden pintarakenteiden mekaanisten ominaisuuksien luotettava karakterisointi perinteisillä mittausmenetelmillä on erittäin vaikeaa. Tässä esittelemme edistyneen AFM-nanoindentaatiomenetelmän erittäin pehmeiden materiaalien, kuten lefilcon A:n, joilla on korkea vesipitoisuus ja erittäin suuri elastisuus, tarkkaan karakterisointiin. Tämä menetelmä perustuu AFM-anturin käyttöön, jonka kärjen koko ja geometria valitaan huolellisesti vastaamaan painettavien erittäin pehmeiden pintaominaisuuksien rakenteellisia mittoja. Tämä anturin ja rakenteen mittojen yhdistelmä lisää herkkyyttä, minkä ansiosta voimme mitata haaroittuneiden polymeeriharjaelementtien matalaa moduulia ja luontaisia ​​elastisia ominaisuuksia poroelastisista vaikutuksista riippumatta. Tulokset osoittivat, että linssin pinnalle ominaisilla ainutlaatuisilla haaroittuneilla PMPC-polymeeriharjoilla oli erittäin alhainen kimmomoduuli (jopa 2 kPa) ja erittäin korkea elastisuus (lähes 100 %) testattaessa vesipitoisessa ympäristössä. AFM-nanoindentaation tulokset mahdollistivat myös biomimeettisen linssipinnan näennäisen kosketusmoduulin/syvyysgradientin (30 kPa/200 nm) karakterisoinnin. Tämä gradientti voi johtua haaroittuneiden polymeeriharjojen ja SiHy-substraatin välisestä moduulierosta tai polymeeriharjojen haaroittuneesta rakenteesta/tiheydestä tai näiden yhdistelmästä. Tarvitaan kuitenkin perusteellisempia lisätutkimuksia rakenteen ja ominaisuuksien välisen suhteen, erityisesti harjojen haarautumisen vaikutuksen mekaanisiin ominaisuuksiin, ymmärtämiseksi täysin. Samankaltaiset mittaukset voivat auttaa karakterisoimaan muiden ultrapehmeiden materiaalien ja lääkinnällisten laitteiden pinnan mekaanisia ominaisuuksia.
Tämän tutkimuksen aikana luodut ja/tai analysoidut aineistot ovat saatavilla tekijöiltä kohtuullisesta pyynnöstä.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. ja Haugen, HJ Biologiset reaktiot biomateriaalien pintojen fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin. Chemical. Society. Ed. 49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM ja Liu, X. Ihmisperäisten biomateriaalien parantaminen kudosteknologiaa varten. Programming. Polymer. The Science. 53, 86 (2016).
Sadtler, K. ym. Biomateriaalien suunnittelu, kliininen toteutus ja immuunivaste regeneratiivisessa lääketieteessä. National Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK ja Farr GM. Parannettu menetelmä kovuuden ja kimmomoduulin määrittämiseksi sisennyskokeilla kuormitus- ja siirtymämittausten avulla. J. Alma mater. Storage Tank. 7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Sisennyskovuusmittausten historiallinen alkuperä. alma mater. the science. technologies. 28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Painumakovuuden mittaukset makro-, mikro- ja nanoskaalalla: Kriittinen katsaus. tribe. Wright. 65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD ja Clapperich, SM Pinnan tunnistusvirheet johtavat moduulin yliarviointiin pehmeiden materiaalien nanosisennyksessä. J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollakhi MR, Bushroa AR ja Yahya M.Yu. Nanosisennysmenetelmän arviointi heterogeenisten nanokomposiittien mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseksi kokeellisilla ja laskennallisilla menetelmillä. The Science. House 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, ja Owart, TS. Pehmeiden viskoelastisten geelien mekaaninen karakterisointi sisennykseen ja optimointiin perustuvalla käänteisellä äärelliselementtimenetelmällä. J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J ja Chaneler D. Viskoelastisuuden määrityksen optimointi yhteensopivia mittausjärjestelmiä käyttäen. Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. ja Pellillo, E. Polymeeripintojen nanoindentaatio. J. Physics. D. Apply for physics. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. ja Van Vliet KJ. Erittäin elastisten polymeerien ja biologisten kudosten viskoelastisten mekaanisten ominaisuuksien karakterisointi iskupainumamenetelmällä. Journal of Biomaterials. 71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Pehmeiden materiaalien kimmomoduulin ja adheesiotyön arviointi laajennetulla Borodich-Galanov (BG) -menetelmällä ja syväpainatuksella. fur. alma mater. 129, 198–213 (2019).
Shi, X. ym. Silikonihydrogeelipiilolinssien biomimeettisten polymeeripintojen nanomittakaavan morfologia ja mekaaniset ominaisuudet. Langmuir 37, 13961–13967 (2021).