Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com. Tá leagan brabhsálaí in úsáid agat le tacaíocht theoranta CSS. Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó Mód Comhoiriúnachta a dhíchumasú in Internet Explorer). Ina theannta sin, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, taispeánaimid an suíomh gan stíleanna ná JavaScript.
Taispeánann sé carúsal de thrí shleamhnán ag an am céanna. Úsáid na cnaipí Roimhe Seo agus Ar Aghaidh chun bogadh trí thrí shleamhnán ag an am céanna, nó úsáid na cnaipí sleamhnáin ag an deireadh chun bogadh trí thrí shleamhnán ag an am céanna.
Le forbairt ábhar nua thar a bheith bog le haghaidh feistí leighis agus feidhmeanna bithleighis, tá sé tábhachtach agus dúshlánach araon tréithriú cuimsitheach a dhéanamh ar a n-airíonna fisiceacha agus meicniúla. Cuireadh teicníc nana-indentation micreascópachta fórsa adamhach modhnaithe (AFM) i bhfeidhm chun tréithriú a dhéanamh ar mhodúl dromchla thar a bheith íseal an lionsa teagmhála hidrigin silicone bithmhíméiteach lehfilcon A nua atá brataithe le sraith de struchtúir scuaibe polaiméire brainseacha. Ligeann an modh seo cinneadh beacht a dhéanamh ar phointí teagmhála gan éifeachtaí easbhrú slaodach agus polaiméirí brainseacha á ndéanamh. Ina theannta sin, cuireann sé ar chumas tréithe meicniúla eilimintí scuaibe aonair a chinneadh gan éifeacht na poroelastachta. Baintear é seo amach trí tóireadóir AFM a roghnú le dearadh (méid barr, geoiméadracht agus ráta earraigh) atá oiriúnach go háirithe chun airíonna ábhar bog agus samplaí bitheolaíocha a thomhas. Feabhsaíonn an modh seo íogaireacht agus cruinneas le haghaidh tomhas cruinn ar an ábhar an-bhog lehfilcon A, a bhfuil modúl leaisteachais thar a bheith íseal aige ar an achar dromchla (suas le 2 kPa) agus leaisteachas thar a bheith ard sa timpeallacht uiscí inmheánach (beagnach 100%). Ní hamháin gur léirigh torthaí an staidéir dromchla airíonna dromchla thar a bheith bog lionsa lehfilcon A, ach léirigh siad freisin go raibh modúl na scuaba polaiméire brainseach inchomparáide le modúl an tsubstráit sileacain-hidrigine. Is féidir an teicníc tréithrithe dromchla seo a chur i bhfeidhm ar ábhair agus ar fheistí leighis thar a bheith boga eile.
Is minic a chinneann an timpeallacht bhitheolaíoch airíonna meicniúla ábhar atá deartha le haghaidh teagmhála dírí le fíochán beo. Cuidíonn meaitseáil fhoirfe na n-airíonna ábhair seo le tréithe cliniciúla inmhianaithe an ábhair a bhaint amach gan freagairtí ceallacha díobhálacha a chur faoi deara1,2,3. I gcás ábhar aonchineálach mórchóir, is réasúnta éasca airíonna meicniúla a thréithriú mar gheall ar infhaighteacht nósanna imeachta caighdeánacha agus modhanna tástála (m.sh., micrea-dhianú4,5,6). Mar sin féin, i gcás ábhar sár-bhog amhail glóthacha, hidrigéil, bithpholaiméirí, cealla beo, etc., ní bhíonn na modhanna tástála seo infheidhme go ginearálta mar gheall ar theorainneacha réitigh tomhais agus neamh-aonchineálacht roinnt ábhar7. Le blianta beaga anuas, rinneadh modhanna traidisiúnta díonúcháin a mhodhnú agus a oiriúnú chun raon leathan ábhar bog a thréithriú, ach tá easnaimh thromchúiseacha fós ag go leor modhanna a chuireann srian ar a n-úsáid8,9,10,11,12,13. Cuireann an easpa modhanna tástála speisialaithe ar féidir leo airíonna meicniúla ábhar sár-bhog agus sraitheanna dromchla a thréithriú go cruinn agus go hiontaofa teorainn mhór lena n-úsáid in iarratais éagsúla.
Inár gcuid oibre roimhe seo, thugamar isteach an lionsa teagmhála lehfilcon A (CL), ábhar bog ilchineálach a bhfuil na hairíonna dromchla thar a bheith bog go léir aige a dhíorthaítear ó dhearthaí bithmhímeacha féideartha spreagtha ag dromchla choirne na súile. Forbraíodh an bithábhar seo trí shraith polaiméire brainseach, trasnasctha de phola(2-meataicriloocsaieitilefosfarailchoilín (MPC)) (PMPC) a ghrafadh ar hidrogel silicone (SiHy) 15 atá deartha le haghaidh feistí leighis bunaithe ar. Cruthaíonn an próiseas grafála seo sraith ar an dromchla ina bhfuil struchtúr scuaibe polaiméireach brainseach an-bhog agus an-leaisteach. Dheimhnigh ár gcuid oibre roimhe seo go soláthraíonn struchtúr bithmhímeach lehfilcon A CL airíonna dromchla níos fearr amhail cosc ​​​​fhliuchra agus salachar feabhsaithe, bealaithe méadaithe, agus greamaitheacht cille agus baictéarach laghdaithe 15,16. Ina theannta sin, tugann úsáid agus forbairt an ábhair bhithmhímeach seo le fios go leathnófaí tuilleadh chuig feistí bithleighis eile. Dá bhrí sin, tá sé ríthábhachtach airíonna dromchla an ábhair thar a bheith bog seo a shainiú agus a idirghníomhaíocht mheicniúil leis an tsúil a thuiscint d’fhonn bonn eolais cuimsitheach a chruthú chun tacú le forbairtí agus feidhmeanna amach anseo. Tá an chuid is mó de lionsaí teagmhála SiHy atá ar fáil go tráchtála comhdhéanta de mheascán aonchineálach de pholaiméirí hidrofileacha agus hidrofóbach a chruthaíonn struchtúr ábhair aonfhoirmeach17. Rinneadh roinnt staidéar chun a n-airíonna meicniúla a imscrúdú ag baint úsáide as modhanna tástála comhbhrúite, teanntachta agus micrea-dhlúthaithe traidisiúnta18,19,20,21. Mar sin féin, déanann dearadh bithmhímeach úrnua lehfilcon A CL ábhar uathúil ilchineálach de ina bhfuil difríocht shuntasach idir airíonna meicniúla na struchtúr scuab polaiméir brainseach agus airíonna an tsubstráit bhoinn SiHy. Dá bhrí sin, tá sé an-deacair na hairíonna seo a chainníochtú go cruinn ag baint úsáide as modhanna traidisiúnta agus dhlúthaithe. Úsáideann modh gealladh fúthu an modh tástála nana-dhlúthaithe a cuireadh i bhfeidhm i micreascópacht fórsa adamhach (AFM), modh a úsáideadh chun airíonna meicniúla ábhar slaodachleaisteach bog amhail cealla agus fíocháin bhitheolaíocha, chomh maith le polaiméirí boga22,23,24,25, a chinneadh. ,26,27,28,29,30. I nanainéadú AFM, cuirtear bunghnéithe na tástála nanainéadú le chéile leis na dul chun cinn is déanaí i dteicneolaíocht AFM chun íogaireacht tomhais agus tástáil mhéadaithe a sholáthar ar raon leathan ábhar thar a bheith bog ó dhúchas31,32,33,34,35,36. Ina theannta sin, cuireann an teicneolaíocht buntáistí tábhachtacha eile ar fáil trí úsáid a bhaint as geoiméadrachtaí éagsúla, indiúscóir agus tóireadóir agus an fhéidearthacht tástáil a dhéanamh i meáin leachtacha éagsúla.
Is féidir nana-indentiú AFM a roinnt go coinníollach ina thrí phríomhchuid: (1) trealamh (braiteoirí, brathadóirí, tóireadóirí, srl.); (2) paraiméadair tomhais (amhail fórsa, díláithriú, luas, méid rampa, srl.); (3) Próiseáil sonraí (ceartú bunlíne, meastachán pointe tadhaill, feistiú sonraí, samhaltú, srl.). Fadhb shuntasach leis an modh seo is ea go dtuairiscíonn roinnt staidéar sa litríocht a úsáideann nana-indentiú AFM torthaí cainníochtúla an-difriúla don chineál céanna sampla/cealla/ábhair37,38,39,40,41. Mar shampla, Lekka et al. Rinneadh staidéar agus comparáid idir tionchar gheoiméadracht an tóireadóir AFM ar mhodúl Young tomhaiste samplaí de chealla hidrigineacha agus cealla héagsúla atá aonchineálach go meicniúil. Tuairiscíonn siad go bhfuil luachanna modúl ag brath go mór ar roghnú cantilever agus cruth barr, leis an luach is airde le haghaidh tóireadóir cruth pirimide agus an luach is ísle de 42 le haghaidh tóireadóir sféarúil. Ar an gcaoi chéanna, Selhuber-Unkel et al. Léiríodh an tionchar a bhíonn ag luas an innillitheora, méid an innillitheora agus tiús shamplaí pola-aicrilimíde (PAAM) ar mhodúl Young a thomhaistear le nana-innilliú ACM43. Fachtóir casta eile is ea easpa ábhar tástála caighdeánach modúl thar a bheith íseal agus nósanna imeachta tástála saor in aisce. Fágann sé seo go bhfuil sé an-deacair torthaí cruinne a fháil le muinín. Mar sin féin, tá an modh an-úsáideach le haghaidh tomhais choibhneasta agus meastóireachtaí comparáideacha idir cineálacha samplaí comhchosúla, mar shampla nana-innilliú AFM a úsáid chun cealla gnáth a idirdhealú ó chealla ailse 44, 45.
Agus ábhair bhoga á dtástáil le nanainéadú AFM, is riail ghinearálta í tóireadóir a úsáid le tairiseach earraigh íseal (k) a mheaitseálann go dlúth le modúl an tsampla agus barr leathsféarach/babhta ionas nach ndéanann an chéad tóireadóir poll i ndromchlaí an tsampla ar an gcéad teagmháil le hábhair bhoga. Tá sé tábhachtach freisin go bhfuil an comhartha diallta a ghineann an tóireadóir láidir go leor le go mbraithfidh an córas brathadóra léasair é24,34,46,47. I gcás cealla, fíochán agus glóthacha ilchineálacha thar a bheith bog, is dúshlán eile é an fórsa greamaitheach idir an tóireadóir agus dromchla an tsampla a shárú chun tomhais in-athchruthaithe agus iontaofa a chinntiú48,49,50. Go dtí le déanaí, dhírigh an chuid is mó den obair ar nanainéadú AFM ar staidéar a dhéanamh ar iompar meicniúil cealla bitheolaíocha, fíochán, glóthacha, hidrigéil, agus bithmhóilíní ag baint úsáide as tóireadóirí sféarúla réasúnta mór, ar a dtugtar tóireadóirí collóideacha (CPanna) go coitianta. , 47, 51, 52, 53, 54, 55. Tá ga idir 1 agus 50 µm ag na leideanna seo agus is gnách go ndéantar iad as gloine borosilicate, polaiméitil meataicrileáit (PMMA), polaistiréin (PS), dé-ocsaíd sileacain (SiO2) agus carbón cosúil le diamant (DLC). Cé gurb é nana-indentation CP-AFM an chéad rogha go minic le haghaidh tréithriú samplaí boga, tá a chuid fadhbanna agus teorainneacha féin aige. Méadaíonn úsáid leideanna sféarúla móra, micreonmhéide an limistéar teagmhála iomlán den leid leis an sampla agus bíonn caillteanas suntasach taifeach spásúil mar thoradh air. I gcás eiseamail bhoga, neamh-aonchineálacha, áit a bhféadfadh airíonna meicniúla na n-eilimintí áitiúla a bheith difriúil go suntasach ón meán thar limistéar níos leithne, is féidir le hindentation CP aon neamh-aonchineálacht in airíonna a cheilt ar scála áitiúil52. De ghnáth, déantar tóireadóirí collóideacha trí sféir collóideacha micreonmhéide a cheangal le cantaileabhair gan leid ag baint úsáide as greamacháin eapocsa. Tá go leor fadhbanna ag baint leis an bpróiseas monaraíochta féin agus is féidir leis neamhréireachtaí a bheith mar thoradh air i bpróiseas calabrúcháin an tóireadóir. Ina theannta sin, bíonn tionchar díreach ag méid agus mais na gcáithníní collóideacha ar phríomhpharaiméadair chalabrúcháin an chantaileabhair, amhail minicíocht athshondais, dolúbthacht an earraigh, agus íogaireacht diallta56,57,58. Dá bhrí sin, ní fhéadfaidh modhanna a úsáidtear go coitianta le haghaidh tóireadóirí AFM traidisiúnta, amhail calabrú teochta, calabrú cruinn a sholáthar do CP, agus d’fhéadfadh go mbeadh gá le modhanna eile chun na ceartúcháin seo a dhéanamh57, 59, 60, 61. Úsáideann turgnaimh tipiciúla indentiú CP cantaileabhair dialltaí móra chun airíonna samplaí boga a staidéar, rud a chruthaíonn fadhb eile agus iompar neamhlíneach an chantaileabhair á chalabrú ag dialltaí réasúnta mór62,63,64. De ghnáth, cuireann modhanna indentiú tóireadóir collóideach nua-aimseartha geoiméadracht an chantaileabhair a úsáidtear chun an tóireadóir a chalabrú san áireamh, ach ní dhéanann siad aird ar thionchar na gcáithníní collóideacha, rud a chruthaíonn éiginnteacht bhreise i gcruinneas na modhanna38,61. Ar an gcaoi chéanna, bíonn modúil leaisteacha a ríomhtar trí fheistiú samhail teagmhála ag brath go díreach ar gheoiméadracht an tóireadóir indiúscartha, agus is féidir le neamhréir idir tréithe an bharr agus dhromchla an tsampla míchruinneas a bheith mar thoradh air27, 65, 66, 67, 68. Leagtar béim ar roinnt oibre le déanaí le Spencer et al. Na tosca ba chóir a chur san áireamh agus scuaba boga polaiméire á dtréithriú ag baint úsáide as an modh nana-indiúscartha CP-AFM. Thuairiscigh siad go mbíonn méadú ar ualach an chinn mar thoradh ar choinneáil sreabhán slaodach i scuaba polaiméire mar fheidhm de luas agus dá bhrí sin tomhais éagsúla ar airíonna atá ag brath ar luas30,69,70,71.
Sa staidéar seo, rinneamar tréithriú ar mhodúl dromchla an ábhair thar a bheith bog lehfilcon A CL ag baint úsáide as modh nanaindú AFM modhnaithe. I bhfianaise airíonna agus struchtúr nua an ábhair seo, is léir nach leor raon íogaireachta an mhodha indiúscartha traidisiúnta chun modúl an ábhair thar a bheith bog seo a thréithriú, mar sin is gá modh nanaindúscartha AFM a úsáid le híogaireacht níos airde agus leibhéal íogaireachta níos ísle. Tar éis athbhreithniú a dhéanamh ar easnaimh agus fadhbanna na dteicnící nanaindúscartha tóireadóir collóideach AFM atá ann cheana féin, taispeánaimid cén fáth ar roghnaigh muid tóireadóir AFM níos lú, saincheaptha chun íogaireacht, torann cúlra a dhíchur, pointe teagmhála a thomhas go beacht, modúl luais ábhar ilchineálach bog amhail spleáchas coinneála sreabhán a thomhas, agus cainníochtú cruinn. Ina theannta sin, bhíomar in ann cruth agus toisí bharr an indiúscartha a thomhas go cruinn, rud a lig dúinn an tsamhail oiriúnachta cóin-sféir a úsáid chun modúl leaisteachais a chinneadh gan achar teagmhála an bharr leis an ábhar a mheas. Is iad an dá thoimhde intuigthe a chainníochtú sa saothar seo airíonna an ábhair lán-leaisteacha agus an modúl neamhspleách ar dhoimhneacht indiúscartha. Ag baint úsáide as an modh seo, rinneamar tástáil ar dtús ar chaighdeáin ultra-bhog le modúl aitheanta chun an modh a chainníochtú, agus ansin úsáideadh an modh seo chun dromchlaí dhá ábhar lionsaí teagmhála éagsúla a thréithriú. Meastar go mbeidh an modh seo chun dromchlaí nana-eangaithe AFM a thréithriú le híogaireacht mhéadaithe infheidhme maidir le raon leathan ábhar ultra-bhog ilchineálach bithmhímeach a bhfuil úsáid fhéideartha acu i bhfeistí leighis agus in iarratais bithleighis.
Roghnaíodh lionsaí teagmhála Lehfilcon A (Alcon, Fort Worth, Texas, SAM) agus a gcuid foshraitheanna hidrigineacha silicone le haghaidh turgnaimh nana-indentation. Baineadh úsáid as gléas lionsa atá deartha go speisialta sa turgnamh. Chun an lionsa a shuiteáil le haghaidh tástála, cuireadh go cúramach é ar an seastán cruinneach, ag cinntiú nach raibh aon bhoilgeoga aeir istigh ann, agus ansin socraíodh leis na himill é. Soláthraíonn poll sa daingneán ag barr shealbhóir an lionsa rochtain ar lár optúil an lionsa le haghaidh turgnaimh nana-indentation agus an leacht á choinneáil ina áit. Coinníonn sé seo na lionsaí hiodráitithe go hiomlán. Baineadh úsáid as 500 μl de thuaslagán pacáistithe lionsa teagmhála mar thuaslagán tástála. Chun na torthaí cainníochtúla a fhíorú, ullmhaíodh hidrigineacha polaicrilaimíde neamhghníomhachtaithe (PAAM) atá ar fáil go tráchtála ó chomhdhéanamh polaicrilaimíde-comh-meitiléin-bisaicrilaimíde (miasa Petrisoft Petri 100 mm, Matrigen, Irvine, CA, SAM), modúl leaisteach aitheanta de 1 kPa. Bain úsáid as 4-5 braon (thart ar 125 µl) de shalainn maolaithe fosfáite (PBS ó Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, SAM) agus 1 braon de thuaslagán lionsaí teagmhála OPTI-FREE Puremoist (Alcon, Vaud, TX, SAM). ) ag an gcomhéadan hidrigéil-tóireadóir AFM.
Rinneadh samplaí de foshraitheanna Lehfilcon A CL agus SiHy a léirshamhlú ag baint úsáide as córas Micreascóp Leictreon Scanadh Astaíochta Réimse FEI Quanta 250 (FEG SEM) atá feistithe le brathadóir Micreascóp Leictreon Tarchurtha Scanadh (STEM). Chun na samplaí a ullmhú, nigh na lionsaí le huisce ar dtús agus gearradh iad i dingeacha pióg-chruthacha. Chun codarsnacht dhifreálach a bhaint amach idir comhpháirteanna hidreafíleacha agus hidreafóbacha na samplaí, úsáideadh tuaslagán cobhsaithe 0.10% de RuO4 mar ruaim, inar tumadh na samplaí ar feadh 30 nóiméad. Tá an ruaimniú lehfilcon A CL RuO4 tábhachtach ní hamháin chun codarsnacht dhifreálach fheabhsaithe a bhaint amach, ach cuidíonn sé freisin le struchtúr na scuaba polaiméire brainseacha a chaomhnú ina bhfoirm bhunaidh, atá le feiceáil ansin ar íomhánna STEM. Ansin nigh agus díhiodráitíodh iad i sraith meascán eatánóil/uisce le tiúchan eatánóil méadaitheach. Ansin teilgthe na samplaí le heapocsa EMBed 812/Araldite, a leigheasadh thar oíche ag 70°C. Gearradh bloic shamplacha a fuarthas trí pholaiméiriú roisín le ultramhicrithom, agus rinneadh na codanna tanaí a eascraíonn as sin a léirshamhlú le brathadóir STEM i mód folúis íseal ag voltas luasghéaraithe 30 kV. Baineadh úsáid as an gcóras SEM céanna chun tréithriú mionsonraithe a dhéanamh ar an tóireadóir PFQNM-LC-A-CAL AFM (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, SAM). Fuarthas íomhánna SEM den tóireadóir AFM i mód folúis ard tipiciúil le voltas luasghéaraithe 30 kV. Faigh íomhánna ag uillinneacha agus formhéaduithe éagsúla chun gach mionsonra de chruth agus de mhéid bharr an tóireadóir AFM a thaifeadadh. Tomhaiseadh gach toise den bharr a raibh suim acu sna híomhánna go digiteach.
Baineadh úsáid as micreascóp fórsa adamhach Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, SAM) le mód “PeakForce QNM in Fluid” chun samplaí lehfilcon A CL, foshraith SiHy, agus hidrigéil PAAm a léirshamhlú agus a nana-dhianú. Le haghaidh turgnaimh íomháithe, baineadh úsáid as tóireadóir PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) le ga ainmniúil barr de 1 nm chun íomhánna ardtaifigh den sampla a ghabháil ag ráta scanadh de 0.50 Hz. Tógadh na híomhánna go léir i dtuaslagán uiscí.
Rinneadh turgnaimh nana-indentation AFM ag baint úsáide as tóireadóir PFQNM-LC-A-CAL (Bruker). Tá barr sileacain ag an tóireadóir AFM ar cantilever níotráide 345 nm ar tiús, 54 µm ar fhad agus 4.5 µm ar leithead le minicíocht athshondais de 45 kHz. Tá sé deartha go sonrach chun tomhais nanaimeicniúla cainníochtúla a dhéanamh ar shamplaí bitheolaíocha boga agus iad a charabrú. Déantar na braiteoirí a chalabrú ina n-aonar sa mhonarcha le socruithe earraigh réamh-chalabraithe. Bhí tairiseacha earraigh na tóireadóirí a úsáideadh sa staidéar seo sa raon 0.05–0.1 N/m. Chun cruth agus méid an bhairr a chinneadh go cruinn, rinneadh an tóireadóir a charachtarú go mion ag baint úsáide as SEM. Ar fhigiúr 1a, taispeánann Fígiúr 1a micreagraf leictreon scanadh ardtaifigh, íseal-mhéadúcháin den tóireadóir PFQNM-LC-A-CAL, ag soláthar léargas iomlánaíoch ar dhearadh an tóireadóir. Ar fhigiúr 1b, taispeánann sé radharc méadaithe de bharr bharr an tóireadóir, ag soláthar faisnéise faoi chruth agus méid an bhairr. Ag an taobh foircneach, is leathsféar é an tsnáthaid a bhfuil trastomhas de thart ar 140 nm aige (Fíor 1c). Faoi seo, caolaíonn an barr i gcruth cónúil, ag sroicheadh ​​fad tomhaiste de thart ar 500 nm. Lasmuigh den réigiún caolaithe, tá an barr sorcóireach agus críochnaíonn sé i bhfad iomlán de 1.18 µm. Seo í príomhchuid fheidhmiúil bharr an tóireadóir. Ina theannta sin, úsáideadh tóireadóir polaistiréin sféarúil (PS) mór (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, SAM) le trastomhas barr de 45 µm agus tairiseach earraigh de 2 N/m le haghaidh tástála mar tóireadóir collóideach. le tóireadóir PFQNM-LC-A-CAL 140 nm le haghaidh comparáide.
Tuairiscíodh gur féidir leacht a bheith gafa idir an tóireadóir AFM agus struchtúr scuaibe polaiméire le linn nana-indentation, rud a chuirfidh fórsa suas ar an tóireadóir AFM sula ndéanann sé teagmháil leis an dromchla i ndáiríre69. Is féidir leis an éifeacht easbhrúite slaodach seo mar gheall ar choinneáil sreabhán an pointe teagmhála dealraitheach a athrú, rud a théann i bhfeidhm ar thomhais mhodúil dromchla. Chun tionchar gheoiméadracht an tóireadóir agus luas indentation ar choinneáil sreabhán a staidéar, plotaíodh cuar fórsa indentation do shamplaí lehfilcon A CL ag baint úsáide as tóireadóir 140 nm ar trastomhas ag rátaí díláithrithe tairiseacha de 1 µm/s agus 2 µm/s. Trastomhas tóireadóir 45 µm, socrú fórsa seasta 6 nN bainte amach ag 1 µm/s. Rinneadh turgnaimh le tóireadóir 140 nm ar trastomhas ag luas indentation de 1 µm/s agus fórsa socraithe de 300 pN, a roghnaíodh chun brú teagmhála a chruthú laistigh den raon fiseolaíoch (1–8 kPa) den eyelid uachtarach. brú 72. Rinneadh tástáil ar shamplaí boga réamhdhéanta de hidrogel PAA le brú 1 kPa le haghaidh fórsa claonta 50 pN ag luas 1 μm/s ag baint úsáide as tóireadóir le trastomhas 140 nm.
Ós rud é go bhfuil fad chuid chónúil bharr an tóireadóir PFQNM-LC-A-CAL thart ar 500 nm, i gcás aon doimhneacht claonta < 500 nm, is féidir glacadh leis go sábháilte go bhfanfaidh geoiméadracht an tóireadóir le linn claonta dílis dá chruth cóin. Ina theannta sin, glactar leis go léireoidh dromchla an ábhair atá faoi thástáil freagairt leaisteach inchúlaithe, a dheimhneofar sna hailt seo a leanas freisin. Dá bhrí sin, ag brath ar chruth agus ar mhéid an bharr, roghnaíomar an tsamhail fheistiúcháin cóin-sféir arna forbairt ag Briscoe, Sebastian agus Adams, atá ar fáil i mbogearraí an díoltóra, chun ár dturgnaimh nana-chlaonta AFM (NanoScope) a phróiseáil. Bogearraí anailíse sonraí deighilte, Bruker) 73. Déanann an tsamhail cur síos ar an ngaol fórsa-díláithrithe F(δ) do chón le locht buaic sféarúil. Ar fhigiúr. Taispeánann Fíor 2 geoiméadracht an teagmhála le linn idirghníomhaíocht cóin dhocht le barr sféarúil, áit a seasann R do gha na barr sféarúla, a don gha teagmhála, b don gha teagmhála ag ceann na barr sféarúla, δ don gha teagmhála. Doimhneacht an chlaonadh, θ leathuillinn an chóin. Taispeánann íomhá SEM an tóireadóir seo go soiléir go gcomhcheanglaíonn an barr sféarúil 140 nm ar trastomhas go tadhlaíoch i gcón, mar sin níl b sainmhínithe anseo ach trí R, i.e. b = R cos θ. Soláthraíonn an bogearra arna sholáthar ag an díoltóir caidreamh cóin-sféir chun luachanna modúl Young (E) a ríomh ó shonraí scaradh fórsa ag glacadh leis go bhfuil a > b. Gaol:
áit a seasann F don fhórsa claonta, seasann E don mhodúl Young, agus seasann ν don chóimheas Poisson. Is féidir an ga teagmhála a a mheas trí úsáid a bhaint as:
Scéim de gheoiméadracht teagmhála cóin dhocht le barr sféarúil brúite isteach in ábhar lionsa teagmhála Lefilcon le ciseal dromchla de scuaba polaiméire brainseacha.
Más ≤ b atá a, laghdaítear an gaol go dtí an chothromóid le haghaidh indenteoir sféarúil traidisiúnta;
Creidimid go mbeidh an ga teagmhála a níos mó ná an ga teagmhála sféarúil b mar gheall ar idirghníomhaíocht an tóireadóir indentithe leis an struchtúr brainseach den scuab polaiméir PMPC. Dá bhrí sin, i gcás gach tomhas cainníochtúil ar an modúl leaisteach a rinneadh sa staidéar seo, d'úsáideamar an spleáchas a fuarthas don chás a > b.
Rinneadh íomháú cuimsitheach ar na hábhair bhithmhímeacha ultrabhog a ndearnadh staidéar orthu sa staidéar seo ag baint úsáide as micreascópacht leictreon tarchurtha scanadh (STEM) den trasghearradh samplach agus micreascópacht fórsa adamhach (AFM) den dromchla. Rinneadh an tréithriú dromchla mionsonraithe seo mar shíneadh ar ár gcuid oibre a foilsíodh roimhe seo, inar chinn muid go raibh airíonna meicniúla cosúil le fíochán coirne dúchasach ag struchtúr scuaibe polaiméireach brainseach dinimiciúil dhromchla lehfilcon A CL modhnaithe le PMPC agus a bhí ag fíochán dúchasach coirne 14. Ar an gcúis seo, tagraímid do dhromchlaí lionsaí teagmhála mar ábhair bhithmhímeacha 14. Ar fhigiúr 3a, b, taispeántar trasghearrthacha de struchtúir scuaibe polaiméireach PMPC brainseach ar dhromchla foshraith lehfilcon A CL agus foshraith SiHy neamhchóireáilte, faoi seach. Rinneadh anailís bhreise ar dhromchlaí an dá shampla ag baint úsáide as íomhánna AFM ardtaifigh, rud a dheimhnigh tuilleadh torthaí na hanailíse STEM (Fígiúr 3c, d). Le chéile, tugann na híomhánna seo fad garbh de struchtúr scuaibe polaiméireach brainseach PMPC ag 300–400 nm, atá ríthábhachtach chun tomhais nana-eangaithe AFM a léirmhíniú. Breathnóireacht thábhachtach eile a eascraíonn as na híomhánna ná go bhfuil struchtúr dromchla foriomlán an ábhair bhithmhímí CL difriúil ó thaobh moirfeolaíochta de ó struchtúr dromchla ábhar foshraithe SiHy. Is féidir an difríocht seo ina moirfeolaíocht dromchla a bheith soiléir le linn a n-idirghníomhaíochta meicniúla leis an tóireadóir AFM indentithe agus ina dhiaidh sin sna luachanna modúl tomhaiste.
Íomhánna trasghearrthacha STEM de (a) lehfilcon A CL agus (b) foshraith SiHy. Barra scála, 500 nm. Íomhánna AFM de dhromchla an foshraithe lehfilcon A CL (c) agus an foshraithe bonn SiHy (d) (3 µm × 3 µm).
Tá polaiméirí bithspreagtha agus struchtúir scuab polaiméire bog ó dhúchas agus tá staidéar agus úsáid fhorleathan déanta orthu i réimse feidhmeanna bithleighis74,75,76,77. Dá bhrí sin, tá sé tábhachtach an modh nanain-indentation AFM a úsáid, ar féidir leis a n-airíonna meicniúla a thomhas go cruinn agus go hiontaofa. Ach ag an am céanna, is minic a fhágann airíonna uathúla na n-ábhar ultra-bhog seo, amhail modúl leaisteach thar a bheith íseal, cion ard leachta agus leaisteachas ard, go bhfuil sé deacair an t-ábhar, an cruth agus an méid ceart a roghnú don tóireadóir indentation. Tá sé seo tábhachtach ionas nach ndéanann an indenter poll i ndromchla bog an tsampla, rud a d’fhéadfadh earráidí a bheith ann agus an pointe teagmhála leis an dromchla agus an limistéar teagmhála á chinneadh.
Chuige seo, tá tuiscint chuimsitheach ar mhórfhoirmiú ábhar bithmhíméiteach thar a bheith bog (lehfilcon A CL) riachtanach. Soláthraíonn faisnéis faoi mhéid agus struchtúr na scuaba polaiméire brainseacha a fhaightear trí úsáid a bhaint as an modh íomháithe an bunús le haghaidh tréithriú meicniúil an dromchla ag baint úsáide as teicnící nana-eangaithe AFM. In ionad tóireadóirí collóideacha sféarúla micrónmhéide, roghnaíomar an tóireadóir níotráit sileacain PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) le trastomhas barr de 140 nm, atá deartha go speisialta chun mapáil chainníochtúil a dhéanamh ar airíonna meicniúla samplaí bitheolaíocha 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84. Is féidir an réasúnaíocht maidir le tóireadóirí réasúnta géara a úsáid i gcomparáid le tóireadóirí collóideacha traidisiúnta a mhíniú le gnéithe struchtúracha an ábhair. Agus méid bharr an tóireadóir (~140 nm) á chur i gcomparáid leis na scuaba polaiméire brainseacha ar dhromchla CL lehfilcon A, a thaispeántar i bhFíor 3a, is féidir a thabhairt i gcrích go bhfuil an barr mór go leor chun teagmháil dhíreach a dhéanamh leis na struchtúir scuaibe seo, rud a laghdaíonn an seans go ngabhfaidh an barr tríothu. Chun an pointe seo a léiriú, tá íomhá STEM den lehfilcon A CL agus barr indentithe an tóireadóir AFM (tarraingthe de réir scála) i bhFíor 4.
Sceitseán a thaispeánann íomhá STEM de lehfilcon A CL agus tóireadóir claonta ACM (tarraingthe de réir scála).
Ina theannta sin, tá méid an bharra de 140 nm beag go leor chun an baol a bhaineann le haon cheann de na héifeachtaí easbhrúite greamaitheacha a tuairiscíodh roimhe seo do scuaba polaiméire a táirgeadh leis an modh nanaindú CP-AFM69,71 a sheachaint. Glacaimid leis, mar gheall ar an gcruth cón-sféarúil speisialta agus méid réasúnta beag an bharra AFM seo (Fíor 1), nach mbeidh nádúr na cuar fórsa a ghintear le nanaindú lehfilcon A CL ag brath ar an luas indiúchta ná ar an luas luchtaithe/díluchtaithe. Dá bhrí sin, ní dhéanann éifeachtaí poro-leaisteacha difear dó. Chun an hipitéis seo a thástáil, indiúchadh samplaí lehfilcon A CL ag fórsa uasta seasta ag baint úsáide as tóireadóir PFQNM-LC-A-CAL, ach ag dhá luas éagsúla, agus úsáideadh na cuar fórsa teanntachta agus aistarraingthe a lean as sin chun an fórsa (nN) i scaradh (µm) a phlotaáil a thaispeántar i bhFíor 5a. Is léir go bhfuil forluí iomlán ag na cuar fórsa le linn luchtaithe agus díluchtaithe, agus níl aon fhianaise shoiléir ann go méadaíonn an ciorrú fórsa ag doimhneacht nialasach claonta le luas claonta sa fhigiúr, rud a thugann le fios nár tréithríodh na heilimintí scuaibe aonair gan éifeacht phoireoleaisteach. I gcodarsnacht leis sin, tá éifeachtaí coinneála sreabhán (éifeachtaí easbhrúite slaodachta agus phoireoleaisteachta) soiléir don tóireadóir AFM 45 µm ar trastomhas ag an luas claonta céanna agus tugtar aird orthu leis an histéiréis idir na cuar sínte agus tarraingthe siar, mar a thaispeántar i bhFíor 5b. Tacaíonn na torthaí seo leis an hipitéis agus tugann siad le fios gur rogha mhaith iad tóireadóirí 140 nm ar trastomhas chun dromchlaí boga den sórt sin a thréithriú.
cuartha fórsa claonta lehfilcon A CL ag baint úsáide as ACM; (a) ag baint úsáide as tóireadóir le trastomhas 140 nm ag dhá ráta lódála, rud a léiríonn easpa éifeacht phoireoleaisteach le linn claonta dromchla; (b) ag baint úsáide as tóireadóirí le trastomhas 45 µm agus 140 nm. Léiríonn s éifeachtaí easbhrú slaodach agus phoireoleaisteachta do tóireadóirí móra i gcomparáid le tóireadóirí níos lú.
Chun dromchlaí ultra-bhog a shainiú, ní mór go mbeadh an tóireadóir is fearr ag modhanna nana-indentation AFM chun airíonna an ábhair atá faoi staidéar a scrúdú. Chomh maith le cruth agus méid an bharr, tá ról tábhachtach ag íogaireacht chóras brathadóra AFM, íogaireacht maidir le diall barr sa timpeallacht tástála, agus dolúbthacht an chrannchuir chun cruinneas agus iontaofacht na dtomhas nana-indentation a chinneadh. Maidir lenár gcóras AFM, is é thart ar 0.5 mV teorainn bhrath an Brathadóra Íogair Suímh (PSD) agus tá sé bunaithe ar an ráta earraigh réamh-chalabraithe agus ar íogaireacht diallta sreabhán ríofa an tóireadóir PFQNM-LC-A-CAL, a fhreagraíonn don íogaireacht ualaigh theoiriciúil. atá níos lú ná 0.1 pN. Dá bhrí sin, ceadaíonn an modh seo tomhas fórsa íosta indentation ≤ 0.1 pN gan aon chomhpháirt torainn imeallaigh. Mar sin féin, is beagnach dodhéanta do chóras AFM torann imeallach a laghdú go dtí an leibhéal seo mar gheall ar fhachtóirí amhail creathadh meicniúil agus dinimic sreabhán. Cuireann na tosca seo teorainn le híogaireacht fhoriomlán an mhodha nana-indentation AFM agus bíonn comhartha torainn chúlra de thart ar ≤ 10 pN mar thoradh orthu freisin. Chun tréithriú dromchla, rinneadh samplaí foshraithe lehfilcon A CL agus SiHy a indentú faoi choinníollacha lánhiodráitithe ag baint úsáide as tóireadóir 140 nm le haghaidh tréithriú SEM, agus cuireadh na cuar fórsa a eascraíonn as sin i leataobh idir fórsa (pN) agus brú. Taispeántar an plota deighilte (µm) i bhFíor 6a. I gcomparáid leis an foshraith bhunúsach SiHy, taispeánann cuar fórsa lehfilcon A CL go soiléir céim idirthréimhseach ag tosú ag an bpointe teagmhála leis an scuab polaiméire forcach agus ag críochnú le hathrú géar sa bhfána ag marcáil teagmhála an bharr leis an ábhar atá faoina bhun. Leagann an chuid idirthréimhseach seo den chuar fórsa béim ar iompar fíor-leaisteach an scuab polaiméire brainsithe ar an dromchla, mar is léir ón gcuar comhbhrúite a leanann go dlúth an cuar teannas agus an chodarsnacht in airíonna meicniúla idir struchtúr an scuaibe agus ábhar SiHy toirtiúil. Agus lefilcon á chur i gcomparáid. Léiríonn scaradh mheánfhad scuaibe polaiméire brainsithe san íomhá STEM den PCS (Fíor 3a) agus a cuar fórsa feadh an abscissa i bhFíor 3a. 6a go bhfuil an modh in ann an barr agus an polaiméir brainsithe a bhrath ag sroicheadh ​​barr an dromchla. Teagmháil idir struchtúir scuaibe. Ina theannta sin, léiríonn forluí dlúth na gcuar fórsa nach bhfuil aon éifeacht coinneála leachta ann. Sa chás seo, níl aon ghreamaitheacht idir an tsnáthaid agus dromchla an tsampla ar chor ar bith. Forluíonn na codanna is airde de na cuar fórsa don dá shampla, rud a léiríonn cosúlacht airíonna meicniúla na n-ábhar foshraithe.
(a) Cuar fórsa nana-indentation AFM do foshraitheanna lehfilcon A CL agus foshraitheanna SiHy, (b) cuar fórsa a thaispeánann meastachán pointe teagmhála ag baint úsáide as an modh tairsí torainn chúlra.
Chun mionsonraí níos míne an chuar fórsa a scrúdú, athphlotáiltear cuar teannas an tsampla lehfilcon A CL i bhFíor 6b le huasfhórsa de 50 pN feadh an ais-y. Soláthraíonn an graf seo faisnéis thábhachtach faoin torann cúlra bunaidh. Tá an torann sa raon ±10 pN, a úsáidtear chun an pointe teagmhála a chinneadh go cruinn agus doimhneacht an chlaonadh a ríomh. Mar a tuairiscíodh sa litríocht, tá sainaithint pointí teagmhála ríthábhachtach chun airíonna ábhartha amhail modúl85 a mheas go cruinn. Léirigh cur chuige lena mbaineann próiseáil uathoibríoch sonraí cuar fórsa feabhsú feabhsaithe idir feistiú sonraí agus tomhais chainníochtúla le haghaidh ábhar bog86. Sa saothar seo, tá ár rogha pointí teagmhála sách simplí agus oibiachtúil, ach tá a theorainneacha leis. D’fhéadfadh ár gcur chuige coimeádach chun an pointe teagmhála a chinneadh luachanna modúl beagán rómheasta a bheith mar thoradh air le haghaidh doimhneachtaí claonta níos lú (< 100 nm). D’fhéadfadh úsáid braite pointe teagmhála bunaithe ar algartam agus próiseáil sonraí uathoibrithe a bheith ina leanúint den obair seo amach anseo chun ár modh a fheabhsú tuilleadh. Dá bhrí sin, i gcás torainn chúlra intreach ar ord ±10 pN, sainmhínímid an pointe teagmhála mar an chéad phointe sonraí ar an ais-x i bhFíor 6b le luach ≥10 pN. Ansin, de réir na tairsí torainn de 10 pN, marcálann líne ingearach ag leibhéal ~0.27 µm an pointe teagmhála leis an dromchla, agus ina dhiaidh sin leanann an cuar síneadh ar aghaidh go dtí go sroicheann an tsubstráit doimhneacht indiúscartha ~270 nm. Is suimiúil é, bunaithe ar mhéid ghnéithe scuaibe polaiméir brainseach (300–400 nm) a tomhaiseadh ag baint úsáide as an modh íomháithe, go bhfuil doimhneacht indiúscartha an tsampla CL lehfilcon A a breathnaíodh ag baint úsáide as an modh tairsí torainn chúlra thart ar 270 nm, atá an-ghar don mhéid tomhais le STEM. Deimhníonn na torthaí seo tuilleadh comhoiriúnacht agus infheidhmeacht chruth agus mhéid bharr an tóireadóir AFM le haghaidh indiúscartha an struchtúir scuaibe polaiméir brainseach an-bhog agus an-leaisteach seo. Soláthraíonn na sonraí seo fianaise láidir freisin chun tacú lenár modh maidir le torann cúlra a úsáid mar thairseach chun pointí teagmhála a shainaithint. Dá bhrí sin, ba cheart go mbeadh aon torthaí cainníochtúla a fhaightear ó shamhaltú matamaiticiúil agus ó fheistiú cuar fórsa sách cruinn.
Tá tomhais chainníochtúla trí mhodhanna nana-indentála AFM ag brath go hiomlán ar na samhlacha matamaiticiúla a úsáidtear le haghaidh roghnú sonraí agus anailís ina dhiaidh sin. Dá bhrí sin, tá sé tábhachtach na fachtóirí go léir a bhaineann le rogha an indentóra, airíonna ábhair agus meicnic a n-idirghníomhaíochta a mheas sula roghnaítear samhail ar leith. Sa chás seo, rinneadh tréithriú cúramach ar gheoiméadracht an bharr ag baint úsáide as micreagraif SEM (Fíor 1), agus bunaithe ar na torthaí, is rogha mhaith é an tóireadóir nana-indentála AFM 140 nm ar trastomhas le cón crua agus geoiméadracht bharr sféarúil chun samplaí lehfilcon A CL79 a thréithriú. Fachtóir tábhachtach eile a chaithfear a mheas go cúramach ná leaisteachas an ábhair polaiméire atá á thástáil. Cé go leagann sonraí tosaigh an nana-indentála (Fíor 5a agus 6a) amach go soiléir gnéithe forluí na gcuar teannas agus comhbhrú, i.e., téarnamh leaisteach iomlán an ábhair, tá sé thar a bheith tábhachtach nádúr leaisteach amháin na dteagmhálacha a dhearbhú. Chun na críche seo, rinneadh dhá dhlúsú as a chéile ag an suíomh céanna ar dhromchla an tsampla lehfilcon A CL ag ráta dlúsúcháin de 1 µm/s faoi choinníollacha hiodráitithe iomlána. Taispeántar na sonraí cuar fórsa a eascraíonn as sin i bhfíor 7 agus, mar a bhíothas ag súil leis, tá cuar leathnúcháin agus comhbhrúcháin an dá phrionta beagnach mar an gcéanna, rud a aibhsíonn ardleaisteachas struchtúr scuaibe polaiméir brainsithe.
Léiríonn dhá chuar fórsa indentíochta ag an suíomh céanna ar dhromchla lehfilcon A CL leaisteachas idéalach dhromchla an lionsa.
Bunaithe ar fhaisnéis a fhaightear ó íomhánna SEM agus STEM de bharr an tóireadóir agus dhromchla lehfilcon A CL, faoi seach, is léiriú matamaiticiúil réasúnta é an tsamhail chón-sféir ar an idirghníomhaíocht idir barr an tóireadóir AFM agus an t-ábhar polaiméire bog atá á thástáil. Ina theannta sin, i gcás an tsamhail chón-sféir seo, tá na toimhdí bunúsacha faoi airíonna leaisteacha an ábhair atá priontáilte fíor don ábhar bithmhímeatach nua seo agus úsáidtear iad chun an modúl leaisteach a chainníochtú.
Tar éis meastóireacht chuimsitheach a dhéanamh ar an modh nana-indentation AFM agus a chomhpháirteanna, lena n-áirítear airíonna tóireadóir indentation (cruth, méid, agus dolúbthacht earraigh), íogaireacht (torann cúlra agus meastachán pointe teagmhála), agus samhlacha feistithe sonraí (tomhais modúl cainníochtúla), baineadh úsáid as an modh chun samplaí ultra-bhog atá ar fáil go tráchtála a shainiú chun torthaí cainníochtúla a fhíorú. Rinneadh tástáil ar hidrigéil pholaicrilaimíde tráchtála (PAAM) le modúl leaisteach de 1 kPa faoi choinníollacha hiodráitithe ag baint úsáide as tóireadóir 140 nm. Tá sonraí faoi thástáil agus ríomhanna modúl ar fáil san Fhaisnéis Fhorlíontach. Léirigh na torthaí gurbh é 0.92 kPa an meánmhodúl a tomhaiseadh, agus gur lú ná 10% an %RSD agus an diall céatadáin (%) ón modúl aitheanta. Deimhníonn na torthaí seo cruinneas agus in-atáirgtheacht an mhodha nana-indentation AFM a úsáideadh sa saothar seo chun modúil ábhar ultra-bhog a thomhas. Rinneadh dromchlaí na samplaí lehfilcon A CL agus an tsubstráit bonn SiHy a shainiú tuilleadh ag baint úsáide as an modh nana-indentation AFM céanna chun modúl teagmhála dealraitheach an dromchla ultra-bhog a staidéar mar fheidhm de dhoimhneacht indentation. Gineadh cuar scaradh fórsa claonta do thrí eiseamal de gach cineál (n = 3; claonadh amháin in aghaidh an eiseamal) ag fórsa 300 pN, luas 1 µm/s, agus hiodráitiú iomlán. Rinneadh an cuar comhroinnte fórsa claonta a mheas go garbh ag baint úsáide as samhail chóin-sféir. Chun modúl a fháil a bhí ag brath ar dhoimhneacht claonta, socraíodh cuid 40 nm ar leithead den chuar fórsa ag gach incrimint de 20 nm ag tosú ón bpointe teagmhála, agus tomhaiseadh luachanna an mhodúil ag gach céim den chuar fórsa. Spin Cy et al. Baineadh úsáid as cur chuige comhchosúil chun grádán modúil scuaba polaiméire pola(lauryl meataicriláit) (P12MA) a thréithriú ag baint úsáide as nana-chlaonadh tóireadóir AFM collóideach, agus tá siad comhsheasmhach le sonraí ag baint úsáide as samhail teagmhála Hertz. Soláthraíonn an cur chuige seo plota de mhodúl teagmhála dealraitheach (kPa) i gcoinne doimhneacht claonta (nm), mar a thaispeántar i bhFíor 8, a léiríonn an grádán modúl teagmhála/doimhneachta dealraitheach. Tá an modúl leaisteach ríofa den sampla CL lehfilcon A sa raon 2–3 kPa laistigh de na 100 nm uachtaracha den sampla, agus thar an raon sin tosaíonn sé ag méadú de réir mar a théann sé i méid. Ar an láimh eile, agus an tsubstráit bhunúsach SiHy á tástáil gan scannán scuaibe ar an dromchla, is lú ná 50 nm an doimhneacht uasta a bhaintear amach ag fórsa 300 pN, agus is é thart ar 400 kPa an luach modúl a fhaightear ó na sonraí, atá inchomparáide le luachanna modúl Young d’ábhair mhóra.
Modúl teagmhála dealraitheach (kPa) vs. doimhneacht indiúscartha (nm) do foshraitheanna lehfilcon A CL agus SiHy ag baint úsáide as modh nana-indiúscartha AFM le geoiméadracht chóin-sféir chun modúl a thomhas.
Taispeánann dromchla uachtarach struchtúr scuab polaiméire brainseach bithmhímeatach nua modúl leaisteachais thar a bheith íseal (2–3 kPa). Beidh sé seo oiriúnach do cheann saorchrochta an scuab polaiméire gabhlógach mar a thaispeántar san íomhá STEM. Cé go bhfuil roinnt fianaise ann ar ghrádán modúil ag imeall seachtrach an CL, tá tionchar níos mó ag an bpríomh-tsubstráit ard-mhodúil. Mar sin féin, tá an 100 nm barr den dromchla laistigh de 20% d'fhad iomlán an scuab polaiméire brainseach, mar sin is réasúnta glacadh leis go bhfuil na luachanna tomhaiste den mhodúl sa raon doimhneachta claonta seo sách cruinn agus nach bhfuil siad ag brath go mór ar éifeacht an réada íochtaraigh.
Mar gheall ar dhearadh bithmhímeiteach uathúil lionsaí teagmhála lehfilcon A, arb é atá iontu struchtúir scuab polaiméire PMPC brainseacha atá grafáilte ar dhromchla foshraitheanna SiHy, tá sé an-deacair airíonna meicniúla a struchtúr dromchla a léiriú go hiontaofa ag baint úsáide as modhanna tomhais traidisiúnta. Anseo, cuirimid modh nana-indentation AFM chun cinn i láthair chun ábhair thar a bheith bog a léiriú go cruinn, amhail lefilcon A a bhfuil cion ard uisce agus leaisteachas thar a bheith ard acu. Tá an modh seo bunaithe ar úsáid tóireadóir AFM a roghnaítear a mhéid barr agus a gheoiméadracht go cúramach chun meaitseáil le toisí struchtúracha na ngnéithe dromchla thar a bheith bog atá le priontáil. Soláthraíonn an teaglaim seo de thoisí idir an tóireadóir agus an struchtúr íogaireacht mhéadaithe, rud a ligeann dúinn an modúl íseal agus airíonna leaisteacha dúchasacha eilimintí scuab polaiméire brainseacha a thomhas, beag beann ar éifeachtaí poro-leaisteacha. Léirigh na torthaí go raibh modúl leaisteachas thar a bheith íseal (suas le 2 kPa) agus leaisteachas an-ard (beagnach 100%) ag na scuaba polaiméire PMPC brainseacha uathúla a bhí tréith dhromchla an lionsa nuair a tástáladh iad i dtimpeallacht uiscí. Chomh maith leis sin, chuir torthaí nana-indentation AFM ar ár gcumas an modúl teagmhála/grádán doimhneachta dealraitheach (30 kPa/200 nm) de dhromchla an lionsa bithmhímeach a thréithriú. D’fhéadfadh an grádán seo a bheith mar gheall ar an difríocht modúl idir na scuaba polaiméire brainseacha agus an tsubstráit SiHy, nó struchtúr/dlús brainseach na scuaba polaiméire, nó teaglaim díobh. Mar sin féin, tá gá le tuilleadh staidéar domhain chun an gaol idir struchtúr agus airíonna a thuiscint go hiomlán, go háirithe éifeacht brainsithe scuaibe ar airíonna meicniúla. Is féidir le tomhais chomhchosúla cabhrú le hairíonna meicniúla dhromchla ábhar agus feistí leighis ultra-bhog eile a thréithriú.
Tá tacair sonraí a gineadh agus/nó a ndearnadh anailís orthu le linn an staidéir reatha ar fáil ó na húdair faoi seach ar iarratas réasúnta.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. agus Haugen, HJ Imoibrithe bitheolaíocha ar airíonna fisiceacha agus ceimiceacha dhromchlaí bithábhar. Chemical. sochaí. Eag. 49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM agus Liu, X. Feabhsú bithábhar díorthaithe ó dhaoine le haghaidh innealtóireachta fíocháin. ríomhchlárú. polaiméir. an eolaíocht. 53, 86 (2016).
Sadtler, K. et al. Dearadh, cur i bhfeidhm cliniciúil, agus freagairt imdhíonachta bithábhar sa leigheas athghiniúnach. National Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK agus Farr GM Modh feabhsaithe chun cruas agus modúl leaisteach a chinneadh ag baint úsáide as turgnaimh dhlúthaithe le tomhais ualaigh agus díláithrithe. J. Alma mater. umar stórála. 7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Bunús stairiúil tástála cruas claonta. alma mater. an eolaíocht. teicneolaíochtaí. 28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Tomhais Chruas Indentála ag an Macra-, Micrea- agus Nanoscála: Athbhreithniú Criticiúil. tribe. Wright. 65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD agus Clapperich, SM Bíonn rómheastachán modúil i nanainéadú ábhar bog mar thoradh ar earráidí braite dromchla. J. Mecha. Iompar. Eolaíocht Bhithleighis. alma mater. 2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollakhi MR, Bushroa AR agus Yahya M.Yu. Measúnú ar an modh nana-indentation chun tréithe meicniúla nana-chomhchodanna héitearagéineacha a chinneadh ag baint úsáide as modhanna turgnamhacha agus ríomhaireachtúla. an eolaíocht. Teach 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, agus Owart, TS Saintréithiú meicniúil glóthacha slaodachleaisteacha boga trí anailís eilimintí críochta inbhéartaithe bunaithe ar dhianú agus optamú. J. Mecha. Iompar. Eolaíocht Bhithleighis. alma mater. 2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J agus Chaneler D. Uasmhéadú ar chinneadh slaodachta leaisteachta ag baint úsáide as córais tomhais chomhoiriúnacha. Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. agus Pellillo, E. Nanoindentation of pholaiméiric dromchlaí. J. Physics. D. Apply for physics. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. agus Van Vliet KJ Saintréithe airíonna meicniúla slaodacht-leaisteacha polaiméirí ard-leaisteacha agus fíochán bitheolaíoch ag baint úsáide as claonadh turraing. Journal of Biomaterials. 71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Meastóireacht ar an modúl leaisteach agus ar obair ghreamaitheachta ábhar bog ag baint úsáide as an modh leathnaithe Borodich-Galanov (BG) agus claonadh domhain. fur. alma mater. 129, 198–213 (2019).
Shi, X. et al. Mórfeolaíocht nanoscála agus airíonna meicniúla dromchlaí polaiméireacha bithmhímeacha lionsaí teagmhála silicone hidrogel. Langmuir 37, 13961–13967 (2021).