Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com. Tha thu a’ cleachdadh dreach den bhrobhsair agad le taic CSS cuibhrichte. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brabhsair ùraichte (no gun cuir thu dheth Modh Co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). A bharrachd air an sin, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, tha sinn a’ sealltainn an làraich gun stoidhlichean agus JavaScript.
A’ taisbeanadh carousel de thrì sleamhnagan aig an aon àm. Cleachd na putanan Roimhe agus Air adhart gus gluasad tro thrì sleamhnagan aig an aon àm, no cleachd na putanan sleamhnag aig a’ cheann thall gus gluasad tro thrì sleamhnagan aig an aon àm.
Le leasachadh stuthan ùra ultra-bhog airson innealan meidigeach agus tagraidhean bith-mheidigeach, tha comharrachadh coileanta air na feartan fiosaigeach agus meacanaigeach aca cudromach agus dùbhlanach. Chaidh dòigh-obrach nano-indentation microscopy feachd atamach atharraichte (AFM) a chur an sàs gus modúl uachdar ìosal an lionsa conaltraidh silicone hydrogel bith-mhimeatach lehfilcon A ùr a chomharrachadh, còmhdaichte le sreath de structaran bruis polymer geugach. Leigidh an dòigh seo le puingean conaltraidh a dhearbhadh gu mionaideach às aonais buaidhean eas-tharraing slaodach nuair a thathar a’ tighinn faisg air polymers geugach. A bharrachd air an sin, tha e comasach feartan meacanaigeach eileamaidean bruis fa leth a dhearbhadh às aonais buaidh poroelasticity. Tha seo air a choileanadh le bhith a’ taghadh probe AFM le dealbhadh (meud bàrr, geoimeatraidh agus ìre earraich) a tha gu sònraichte freagarrach airson feartan stuthan bog agus sampallan bith-eòlasach a thomhas. Bidh an dòigh seo a’ leasachadh cugallachd agus cruinneas airson tomhas ceart den stuth glè bhog lehfilcon A, aig a bheil modúl elasticity ìosal air an raon uachdar (suas ri 2 kPa) agus elasticity àrd anns an àrainneachd uisgeach a-staigh (cha mhòr 100%). Chan e a-mhàin gun do nochd toraidhean an sgrùdaidh uachdar feartan uachdar ultra-bhog lionsa lehfilcon A, ach sheall iad cuideachd gu robh modúl nam bruisean poileimeir geugach co-chosmhail ri modúl an t-substrate silicon-hydrogen. Faodar an dòigh-obrach seo airson comharrachadh uachdar a chur an sàs ann an stuthan ultra-bhog eile agus innealan meidigeach.
Bidh feartan meacanaigeach stuthan a chaidh a dhealbhadh airson conaltradh dìreach ri clò beò gu tric air an dearbhadh leis an àrainneachd bhitheòlach. Bidh maidseadh foirfe nan feartan stuthan sin a’ cuideachadh le bhith a’ coileanadh nan feartan clionaigeach a tha a dhìth bhon stuth gun a bhith ag adhbhrachadh freagairtean ceallach àicheil1,2,3. Airson stuthan mòr-aonghnèitheach, tha e an ìre mhath furasta feartan meacanaigeach a chomharrachadh air sgàth gu bheil modhan-obrach àbhaisteach agus modhan deuchainn rim faighinn (me, meanbh-chlaonadh4,5,6). Ach, airson stuthan ultra-bhog leithid gels, hydrogels, biopolymers, ceallan beò, msaa., mar as trice chan eil na modhan deuchainn seo iomchaidh air sgàth cuingealachaidhean rùn tomhais agus neo-aonghnèitheachd cuid de stuthan7. Thar nam bliadhnaichean, chaidh modhan claonaidh traidiseanta atharrachadh agus atharrachadh gus raon farsaing de stuthan bog a chomharrachadh, ach tha mòran dhòighean fhathast a’ fulang le easbhaidhean mòra a chuireas bacadh air an cleachdadh8,9,10,11,12,13. Tha dìth dhòighean deuchainn sònraichte as urrainn feartan meacanaigeach stuthan supersoft agus sreathan uachdar a chomharrachadh gu ceart agus gu earbsach a’ cur bacadh mòr air an cleachdadh ann an diofar thagraidhean.
Anns an obair a bh’ againn roimhe, thug sinn a-steach lionsa conaltraidh lehfilcon A (CL), stuth bog neo-aonghnèitheach leis na feartan uachdar ultra-bhog uile a tha air an toirt bho dhealbhaidhean a dh’ fhaodadh a bhith bith-mhìmeasach air am brosnachadh le uachdar cornea na sùla. Chaidh an stuth bith-mhìmeasach seo a leasachadh le bhith a’ grafadh sreath polymer geugach, tar-cheangailte de poly(2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine (MPC)) (PMPC) air silicone hydrogel (SiHy) 15 a chaidh a dhealbhadh airson innealan meidigeach stèidhichte air. Bidh am pròiseas grafaidh seo a’ cruthachadh sreath air an uachdar anns a bheil structar bruis polymeric geugach glè bhog agus gu math elastagach. Tha an obair a bh’ againn roimhe air dearbhadh gu bheil structar bith-mhìmeasach lehfilcon A CL a’ toirt seachad feartan uachdar nas fheàrr leithid casg nas fheàrr air fliuchadh is salachar, barrachd lubricity, agus lùghdachadh air greamachadh cealla is bacteria 15,16. A bharrachd air an sin, tha cleachdadh is leasachadh an stuth bith-mhìmeasach seo cuideachd a’ moladh leudachadh a bharrachd gu innealan bith-mheidigeach eile. Mar sin, tha e deatamach feartan uachdar an stuth ultra-bhog seo a chomharrachadh agus tuigse fhaighinn air an eadar-obrachadh meacanaigeach a th’ aige leis an t-sùil gus bunait eòlais coileanta a chruthachadh gus taic a thoirt do leasachaidhean agus tagraidhean san àm ri teachd. Tha a’ mhòr-chuid de lionsan conaltraidh SiHy a tha rim faighinn gu malairteach air an dèanamh suas de mheasgachadh aon-ghnèitheach de phoileimearan hydrophilic agus hydrophobic a chruthaicheas structar stuth aon-ghnèitheach17. Chaidh grunn sgrùdaidhean a dhèanamh gus sgrùdadh a dhèanamh air na feartan meacanaigeach aca a’ cleachdadh dhòighean deuchainn teannachaidh, tensile agus microindentation traidiseanta18,19,20,21. Ach, tha an dealbhadh bith-mhìmeatach ùr de lehfilcon A CL ga dhèanamh na stuth heterogeneous sònraichte anns a bheil feartan meacanaigeach structaran bruis polymer geugach gu math eadar-dhealaichte bho fheartan an t-substrate bonn SiHy. Mar sin, tha e glè dhoirbh na feartan sin a thomhas gu ceart a’ cleachdadh dhòighean àbhaisteach agus indentation. Bidh dòigh gealltanach a’ cleachdadh an dòigh deuchainn nanoindentation a chaidh a chuir an gnìomh ann am microscopy feachd atamach (AFM), dòigh a chaidh a chleachdadh gus feartan meacanaigeach stuthan bog viscoelastic leithid ceallan agus figheagan bith-eòlasach a dhearbhadh, a bharrachd air poileimearan bog22,23,24,25. ,26,27,28,29,30. Ann an nano-indentation AFM, tha bunaitean deuchainn nano-indentation air an cur còmhla ris na h-adhartasan as ùire ann an teicneòlas AFM gus cugallachd tomhais agus deuchainn nas fheàrr a thoirt seachad air raon farsaing de stuthan bog gu nàdarrach31,32,33,34,35,36. A bharrachd air an sin, tha an teicneòlas a’ tabhann buannachdan cudromach eile tro bhith a’ cleachdadh diofar chruthan geoimeatraidh. indenter agus probe agus a’ chomas deuchainn a dhèanamh ann an diofar mheadhanan leaghaidh.
Faodar nano-indentation AFM a roinn gu cumhach ann an trì prìomh phàirtean: (1) uidheamachd (mothachairean, lorgairean, proban, msaa.); (2) paramadairean tomhais (leithid feachd, gluasad, astar, meud rampa, msaa.); (3) Giullachd dàta (ceartachadh bun-loidhne, tuairmse puing suathaidh, freagarrachd dàta, modaladh, msaa.). Is e duilgheadas mòr leis an dòigh seo gu bheil grunn sgrùdaidhean anns an litreachas a’ cleachdadh nano-indentation AFM ag aithris toraidhean cainneachdail gu math eadar-dhealaichte airson an aon sheòrsa sampall / cealla / stuth37,38,39,40,41. Mar eisimpleir, Lekka et al. Chaidh buaidh geoimeatraidh probe AFM air modulas Young tomhaiste de shamhlaichean de hydrogel aon-ghnèitheach gu meacanaigeach agus ceallan eadar-dhealaichte a sgrùdadh agus a choimeas. Tha iad ag aithris gu bheil luachan modulas gu mòr an urra ri taghadh cantilever agus cumadh bàrr, leis an luach as àirde airson probe cumadh pioramaid agus an luach as ìsle de 42 airson probe cruinneil. San aon dòigh, Selhuber-Unkel et al. Chaidh a shealltainn mar a bheir astar an inneil-inntrigidh, meud an inneil-inntrigidh agus tiugh shampaill polyacrylamide (PAAM) buaidh air modulas Young a chaidh a thomhas le nano-inntrigidh ACM43. Is e feart eile a tha a’ dèanamh an duilgheadas dìth stuthan deuchainn àbhaisteach le modulas glè ìosal agus modhan deuchainn an-asgaidh. Tha seo ga dhèanamh glè dhoirbh toraidhean ceart fhaighinn le misneachd. Ach, tha an dòigh glè fheumail airson tomhasan coimeasach agus measadh coimeasach eadar seòrsachan shampaill coltach ris, mar eisimpleir a’ cleachdadh nano-inntrigidh AFM gus ceallan àbhaisteach a dhealachadh bho cheallan aillse 44, 45.
Nuair a thathar a’ dèanamh deuchainn air stuthan bog le nano-indentation AFM, is e riaghailt choitcheann probe a chleachdadh le cunbhalachd earraich ìosal (k) a tha a’ freagairt gu dlùth ri modulas an t-sampall agus bàrr leth-chruinn/cruinn gus nach bi a’ chiad phrobe a’ tolladh uachdar an t-sampall air a’ chiad cheangal ri stuthan bog. Tha e cudromach cuideachd gum bi an comharra tionndaidh a ghineas am probe làidir gu leòr airson a bhith air a lorg leis an t-siostam lorgaire laser24,34,46,47. A thaobh cheallan, fhigheagan agus gels neo-aonghnèitheach ultra-bhog, is e dùbhlan eile a bhith a’ faighinn thairis air an fheachd ghreamachaidh eadar am probe agus uachdar an t-sampall gus dèanamh cinnteach à tomhais ath-riochdachadh agus earbsach48,49,50. Gus o chionn ghoirid, tha a’ mhòr-chuid den obair air nano-indentation AFM air a bhith ag amas air sgrùdadh giùlan meacanaigeach cheallan bith-eòlasach, fhigheagan, gels, hydrogels, agus bith-mholacilean a’ cleachdadh probes cruinneach an ìre mhath mòr, ris an canar gu cumanta probes colloidal (CPs). , 47, 51, 52, 53, 54, 55. Tha radius de 1 gu 50 µm aig na cinn-mheur seo agus mar as trice bidh iad air an dèanamh à glainne borosilicate, polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), silicon dà-ogsaid (SiO2) agus carbon coltach ri daoimean (DLC). Ged is e nano-indentation CP-AFM a’ chiad roghainn gu tric airson comharrachadh sampallan bog, tha na duilgheadasan agus na crìochan aige fhèin. Bidh cleachdadh chinn-mheur cruinneach mòra, meud micron a’ meudachadh an raon conaltraidh iomlan a th’ aig a’ cheann leis an sampall agus a’ leantainn gu call mòr ann an rùn fànais. Airson sampallan bog, neo-aonghnèitheach, far am faodadh feartan meacanaigeach eileamaidean ionadail a bhith gu math eadar-dhealaichte bhon chuibheasachd thairis air raon nas fharsainge, faodaidh indentation CP neo-aonghnèitheachd sam bith ann an feartan fhalach air sgèile ionadail52. Mar as trice bidh proban colloidal air an dèanamh le bhith a’ ceangal cruinneagan colloidal meud micron ri cantilevers gun cheann a’ cleachdadh glaodhan epoxy. Tha am pròiseas saothrachaidh fhèin làn mòran dhuilgheadasan agus faodaidh e leantainn gu neo-chunbhalachdan ann am pròiseas calabrachaidh a’ phròba. A bharrachd air an sin, bidh meud agus mais nam mìrean colloidal a’ toirt buaidh dhìreach air prìomh pharaimeatairean calabrachaidh a’ chrann-chinnidh, leithid tricead ath-shondach, stiffness earraich, agus cugallachd tionndaidh56,57,58. Mar sin, is dòcha nach toir dòighean cumanta airson proban AFM àbhaisteach, leithid calabrachadh teòthachd, calabrachadh ceart airson CP, agus is dòcha gum bi feum air dòighean eile gus na ceartachaidhean sin a dhèanamh57, 59, 60, 61. Bidh deuchainnean claonadh CP àbhaisteach a’ cleachdadh cantilever diallaidhean mòra gus sgrùdadh a dhèanamh air feartan shampaill bhog, a chruthaicheas duilgheadas eile nuair a thathar a’ calabrachadh giùlan neo-loidhneach a’ chrann-chinnidh aig diallaidhean an ìre mhath mòr62,63,64. Mar as trice bidh dòighean claonadh probe colloidal an latha an-diugh a’ toirt aire do geoimeatraidh a’ chrann-chinnidh a thathar a’ cleachdadh gus am probe a chalabrachadh, ach a’ seachnadh buaidh mìrean colloidal, a chruthaicheas mì-chinnt a bharrachd ann an cruinneas na dòigh38,61. San aon dòigh, tha modalan elastagach a thèid obrachadh a-mach le bhith a’ freagairt modail conaltraidh an urra gu dìreach ri geoimeatraidh a’ phròba indentation, agus faodaidh mì-chothromachadh eadar feartan bàrr is uachdar an t-sampall leantainn gu mì-chruinneas27, 65, 66, 67, 68. Tha cuid de dh’ obair o chionn ghoirid le Spencer et al. air an soilleireachadh. Tha na factaran a bu chòir a thoirt fa-near nuair a thathar a’ comharrachadh bruisean poileimear bog a’ cleachdadh dòigh nanoindentation CP-AFM. Dh’innis iad gu bheil gleidheadh ​​​​leaghan slaodach ann am bruisean poileimear mar ghnìomh astar ag adhbhrachadh àrdachadh ann an luchdachadh cinn agus mar sin tomhasan eadar-dhealaichte de fheartan an urra ri astar30,69,70,71.
Anns an sgrùdadh seo, tha sinn air modúl uachdar an stuth bog, fìor elastagach lehfilcon A CL a chomharrachadh le bhith a’ cleachdadh dòigh nanoindentation AFM atharraichte. Leis na feartan agus an structar ùr a th’ aig an stuth seo, tha e soilleir nach eil raon cugallachd an dòigh indentation traidiseanta gu leòr airson modúl an stuth bog seo a chomharrachadh, agus mar sin tha e riatanach dòigh nanoindentation AFM a chleachdadh le cugallachd nas àirde agus cugallachd nas ìsle. ​​Às deidh dhuinn ath-sgrùdadh a dhèanamh air easbhaidhean agus duilgheadasan dhòighean nanoindentation probe colloidal AFM a th’ ann mar-thà, tha sinn a’ sealltainn carson a thagh sinn probe AFM nas lugha, air a dhealbhadh gu sònraichte gus cuir às do chugallachd, fuaim cùl-fhiosrachaidh, puing conaltraidh mionaideach, tomhas modúl astair stuthan bog eadar-mheasgte leithid eisimeileachd gleidhidh lionntan, agus tomhas ceart. A bharrachd air an sin, bha sinn comasach air cumadh agus tomhasan bàrr an indentation a thomhas gu ceart, a’ leigeil leinn am modail freagarrachd còn-chruinne a chleachdadh gus modúl an elastagachd a dhearbhadh gun a bhith a’ measadh raon conaltraidh a’ bhàrr leis an stuth. Is e an dà bharail neo-shoilleir a tha air an tomhas san obair seo feartan an stuth làn elastagach agus am modúl neo-eisimeileach bho dhoimhneachd indentation. A’ cleachdadh na dòigh seo, rinn sinn deuchainn an toiseach air inbhean ultra-bhog le modulas aithnichte gus an dòigh a thomhas, agus an uairsin chleachd sinn an dòigh seo gus uachdar dà stuth lionsa conaltraidh eadar-dhealaichte a chomharrachadh. Thathar an dùil gum bi an dòigh seo airson uachdaran nano-indentation AFM a chomharrachadh le cugallachd nas motha iomchaidh airson raon farsaing de stuthan ultra-bhog bith-mhìmeatach eadar-mheasgte le comas cleachdadh ann an innealan meidigeach agus tagraidhean bith-mheidigeach.
Chaidh lionsan conaltraidh Lehfilcon A (Alcon, Fort Worth, Texas, USA) agus na fo-stratan silicone hydrogel aca a thaghadh airson deuchainnean nano-indentation. Chaidh uchd lionsa a chaidh a dhealbhadh gu sònraichte a chleachdadh san deuchainn. Gus an lionsa a stàladh airson deuchainn, chaidh a chur gu faiceallach air an t-seasamh cruinneach, a’ dèanamh cinnteach nach deach builgeanan èadhair a-staigh, agus an uairsin a dhaingneachadh leis na h-oirean. Tha toll anns an uidheamachadh aig mullach gleidhidh an lionsa a’ toirt cothrom air meadhan optigeach an lionsa airson deuchainnean nano-indentation fhad ‘s a tha an leaghan air a chumail na àite. Bidh seo a’ cumail nan lionsan làn uisgeaichte. Chaidh 500 μl de fhuasgladh pacaidh lionsa conaltraidh a chleachdadh mar fhuasgladh deuchainn. Gus na toraidhean cainneachdail a dhearbhadh, chaidh hydrogels polyacrylamide (PAAM) neo-ghnìomhach a tha rim faighinn gu malairteach ullachadh bho cho-dhèanamh polyacrylamide-co-methylene-bisacrylamide (soithichean Petrisoft Petri 100 mm, Matrigen, Irvine, CA, USA), modúl elastagach aithnichte de 1 kPa. Cleachd 4-5 boinneagan (timcheall air 125 µl) de shalainn bufaireach fosfáit (PBS bho Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, USA) agus 1 boinneag de fhuasgladh lionsan conaltraidh OPTI-FREE Puremoist (Alcon, Vaud, TX, USA). ) aig eadar-aghaidh hydrogel-probe AFM.
Chaidh sampallan de shubstratan Lehfilcon A CL agus SiHy a dhèanamh follaiseach le bhith a’ cleachdadh siostam FEI Quanta 250 Field Scanning Electron Microscope (FEG SEM) uidheamaichte le lorgaire Scanning Transmission Electron Microscope (STEM). Gus na sampallan ullachadh, chaidh na lionsan a nighe an toiseach le uisge agus an gearradh ann an sliseagan cumadh cèic. Gus eadar-dhealachadh eadar na co-phàirtean hydrophilic agus hydrophobic de na sampallan a choileanadh, chaidh fuasgladh seasmhach 0.10% de RuO4 a chleachdadh mar dhath, anns an deach na sampallan a bhogadh airson 30 mionaid. Tha an staining lehfilcon A CL RuO4 cudromach chan ann a-mhàin gus eadar-dhealachadh nas fheàrr fhaighinn, ach cuideachd bidh e a’ cuideachadh le bhith a’ gleidheadh ​​structar nam bruisean polymer geugach nan cruth tùsail, a tha an uairsin rim faicinn air ìomhaighean STEM. An uairsin chaidh an nighe agus an dì-uisgeachadh ann an sreath de mheasgachaidhean ethanol / uisge le dùmhlachd ethanol a’ sìor fhàs. An uairsin chaidh na sampallan a thilgeil le EMBed 812 / Araldite epoxy, a leigheas thar oidhche aig 70 ° C. Chaidh blocaichean sampall a fhuaireadh tro phoilimearachadh roisinn a ghearradh le ultramicrotome, agus chaidh na h-earrannan tana a thig às a dhèanamh follaiseach le lorgaire STEM ann am modh falamh ìosal aig bholtaids luathachaidh de 30 kV. Chaidh an aon shiostam SEM a chleachdadh airson comharrachadh mionaideach a dhèanamh air a’ phròb PFQNM-LC-A-CAL AFM (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA). Fhuaireadh ìomhaighean SEM den phròb AFM ann am modh falamh àrd àbhaisteach le bholtaids luathachaidh de 30 kV. Faigh ìomhaighean aig diofar cheàrnan agus mheudachaidhean gus a h-uile mion-fhiosrachadh mu chumadh is meud bàrr a’ phròb AFM a chlàradh. Chaidh a h-uile tomhas bàrr a bha inntinneach anns na h-ìomhaighean a thomhas gu didseatach.
Chaidh miocroscop feachd atamach Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) le modh “PeakForce QNM in Fluid” a chleachdadh gus sampallan lehfilcon A CL, fo-strat SiHy, agus hydrogel PAAm fhaicinn agus a nano-fhilleadh. Airson deuchainnean ìomhaighean, chaidh probe PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) le radius bàrr ainmichte de 1 nm a chleachdadh gus ìomhaighean àrd-rèiteachaidh den sampall a ghlacadh aig ìre sganaidh de 0.50 Hz. Chaidh na h-ìomhaighean uile a thogail ann am fuasgladh uisgeach.
Chaidh deuchainnean nano-indentation AFM a dhèanamh le bhith a’ cleachdadh probe PFQNM-LC-A-CAL (Bruker). Tha bàrr silicon aig a’ phrobe AFM air cantilever nitride 345 nm de thighead, 54 µm de dh'fhaid agus 4.5 µm de leud le tricead ath-shondach de 45 kHz. Tha e air a dhealbhadh gu sònraichte gus tomhasan nano-mheacanaigeach cainneachdail a chomharrachadh agus a dhèanamh air sampallan bith-eòlasach bog. Tha na mothachairean air an calibratadh leotha fhèin aig an fhactaraidh le roghainnean earraich ro-chalibrataichte. Bha cunbhalachdan an earraich aig na probes a chaidh a chleachdadh san sgrùdadh seo anns an raon 0.05–0.1 N/m. Gus cumadh agus meud a’ bhàrr a dhearbhadh gu ceart, chaidh am probe a chomharrachadh gu mionaideach a’ cleachdadh SEM. Air fig. Tha Figear 1a a’ sealltainn micrograf sganaidh dealanach àrd-rùn, le meudachadh ìosal den phrobe PFQNM-LC-A-CAL, a’ toirt sealladh iomlan air dealbhadh a’ phrobe. Air fig. 1b tha sealladh leudaichte de mhullach bàrr a’ phrobe, a’ toirt seachad fiosrachadh mu chumadh agus meud a’ bhàrr. Aig a’ cheann thall, tha an t-snàthad na leth-chruinne mu 140 nm ann an trast-thomhas (Figear 1c). Fo seo, tha am bàrr a’ teannachadh gu cumadh còn, a’ ruighinn fad tomhaiste de mu 500 nm. Taobh a-muigh na roinne teannachaidh, tha am bàrr siolandair agus a’ crìochnachadh ann am fad iomlan a’ bhùird de 1.18 µm. Is e seo am prìomh phàirt gnìomhach de bhàrr a’ phròba. A bharrachd air an sin, chaidh pròb polystyrene (PS) mòr cruinn (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, USA) le trast-thomhas bàrr de 45 µm agus cunbhalachd earraich de 2 N/m a chleachdadh cuideachd airson deuchainn mar phròb colloidal. le pròb PFQNM-LC-A-CAL 140 nm airson coimeas.
Chaidh aithris gum faodar leaghan a ghlacadh eadar am probe AFM agus structar bruis a’ phoilimeir rè nano-indentation, a chuireas feachd suas air a’ phrobe AFM mus bean e ris an uachdar69. Faodaidh a’ bhuaidh eas-tharraing slaodach seo mar thoradh air gleidheadh ​​lionn am puing conaltraidh follaiseach atharrachadh, agus mar sin a’ toirt buaidh air tomhais modulas uachdar. Gus buaidh geoimeatraidh a’ phrobe agus astar indentation air gleidheadh ​​lionn a sgrùdadh, chaidh lùban feachd indentation a phlòtadh airson sampallan lehfilcon A CL a’ cleachdadh probe 140 nm ann an trast-thomhas aig ìrean gluasaid seasmhach de 1 µm/s agus 2 µm/s. trast-thomhas a’ phrobe 45 µm, suidheachadh feachd stèidhichte 6 nN air a choileanadh aig 1 µm/s. Chaidh deuchainnean le probe 140 nm ann an trast-thomhas a dhèanamh aig astar indentation de 1 µm/s agus feachd suidhichte de 300 pN, air a thaghadh gus cuideam conaltraidh a chruthachadh taobh a-staigh an raoin fiseòlasach (1–8 kPa) den eyelid àrd. cuideam 72. Chaidh sampallan bog deiseil de hydrogel PAA le cuideam de 1 kPa a dhearbhadh airson feachd claonaidh de 50 pN aig astar 1 μm/s a’ cleachdadh probe le trast-thomhas de 140 nm.
Leis gu bheil fad pàirt cònail bàrr a’ phròba PFQNM-LC-A-CAL timcheall air 500 nm, airson doimhneachd claiseadh sam bith < 500 nm, faodar a ghabhail ris gu sàbhailte gum fuirich geoimeatraidh a’ phròba rè claiseadh dìleas don chumadh còn aige. A bharrachd air an sin, thathas a’ gabhail ris gum bi uachdar an stuth fo dheuchainn a’ nochdadh freagairt elastagach a ghabhas tionndadh, a thèid a dhearbhadh anns na h-earrannan a leanas cuideachd. Mar sin, a rèir cumadh agus meud a’ bhàrr, thagh sinn am modail freagarrachd còn-chruinne a chaidh a leasachadh le Briscoe, Sebastian agus Adams, a tha ri fhaighinn ann am bathar-bog an neach-reic, gus na deuchainnean nano-chlaiseadh AFM againn (NanoScope) a phròiseasadh. Bathar-bog mion-sgrùdadh dàta dealachaidh, Bruker) 73. Tha am modail a’ toirt cunntas air a’ chàirdeas feachd-gluasaid F(δ) airson còn le lochd bàrr cruinneil. Air fig. Tha Figear 2 a’ sealltainn geoimeatraidh a’ chonaltraidh rè eadar-obrachadh còn cruaidh le bàrr cruinn, far a bheil R na radius den bhàrr cruinn, a na radius conaltraidh, b na radius conaltraidh aig ceann a’ bhàirr cruinn, δ na radius conaltraidh. doimhneachd claonaidh, θ na leth-cheàrn den chòn. Tha ìomhaigh SEM a’ phròba seo a’ sealltainn gu soilleir gu bheil am bàrr cruinn le trast-thomhas de 140 nm a’ tighinn còmhla gu tangential ann an còn, agus mar sin an seo tha b air a mhìneachadh tro R a-mhàin, ie b = R cos θ. Tha am bathar-bog a thug an solaraiche seachad a’ toirt seachad dàimh còn-chruinne gus luachan modulas Young (E) obrachadh a-mach bho dhàta dealachaidh feachd a’ gabhail ris gu bheil a > b. Dàimh:
far a bheil F na fheachd claonaidh, E na mhodúl Young, agus ν na cho-mheas Poisson. Faodar radius conaltraidh a a thomhas le bhith a’ cleachdadh:
Sgeama de gheoimeatraidh conaltraidh còn cruaidh le bàrr cruinn air a bhrùthadh a-steach do stuth lionsa conaltraidh Lefilcon le sreath uachdar de bhruisean poileimeir geugach.
Ma tha a ≤ b, bidh an dàimh a’ lùghdachadh chun cho-aontar airson indenter cruinneach àbhaisteach;
Tha sinn a’ creidsinn gun adhbharaich eadar-obrachadh a’ phròba indentachaidh le structar geugach bruis polaimeir PMPC gum bi an radius conaltraidh a nas motha na an radius conaltraidh cruinneil b. Mar sin, airson a h-uile tomhas cainníomach den mhodal leaghtaich a chaidh a dhèanamh san sgrùdadh seo, chleachd sinn an eisimeileachd a fhuaireadh airson a’ chùis a > b.
Chaidh na stuthan bith-mhìmeasach ultra-bhog a chaidh a sgrùdadh san sgrùdadh seo a dhealbhadh gu coileanta le bhith a’ cleachdadh maicreasgopaidh dealanach tar-chuir sganaidh (STEM) de earrann-tarsainn an t-sampall agus maicreasgopaidh feachd atamach (AFM) an uachdair. Chaidh an comharrachadh uachdar mionaideach seo a dhèanamh mar leudachadh air an obair againn a chaidh fhoillseachadh roimhe, anns an do cho-dhùin sinn gu robh feartan meacanaigeach coltach ri clò corneal dùthchasach aig structar bruis polymeric geugach gu fiùghantach uachdar lehfilcon A CL atharraichte le PMPC 14. Air an adhbhar seo, tha sinn a’ toirt iomradh air uachdaran lionsan conaltraidh mar stuthan bith-mhìmeasach 14. Air figear 3a, b chithear earrannan-tarsainn de structaran bruis polymer PMPC geugach air uachdar fo-strat lehfilcon A CL agus fo-strat SiHy gun làimhseachadh, fa leth. Chaidh uachdaran an dà shampall a sgrùdadh tuilleadh le bhith a’ cleachdadh ìomhaighean AFM àrd-rèiteachaidh, a dhearbh tuilleadh toraidhean an sgrùdaidh STEM (Figear 3c, d). Còmhla, tha na h-ìomhaighean seo a’ toirt seachad fad tuairmseach de structar bruis polymer geugach PMPC aig 300–400 nm, a tha deatamach airson mìneachadh tomhais nano-indentation AFM. Is e beachd cudromach eile a chaidh a thoirt bho na h-ìomhaighean gu bheil structar uachdar iomlan an stuth bith-mhimeatach CL eadar-dhealaichte a thaobh morf-eòlais bho structar uachdar an stuth fo-strat SiHy. Faodaidh an diofar seo anns a’ morf-eòlas uachdar aca a bhith follaiseach rè an eadar-obrachaidh meacanaigeach leis a’ phròb AFM indentating agus às dèidh sin anns na luachan modulus tomhaiste.
Dealbhan STEM thar-roinneil de (a) lehfilcon A CL agus (b) fo-strat SiHy. Bàr-sgèile, 500 nm. Dealbhan AFM de uachdar fo-strat lehfilcon A CL (c) agus fo-strat SiHy bunaiteach (d) (3 µm × 3 µm).
Tha poileamairean bith-bhrosnaichte agus structaran bruis poileamair bog gu nàdarrach agus chaidh an sgrùdadh agus an cleachdadh gu farsaing ann an grunn thagraidhean bith-mheidigeach74,75,76,77. Mar sin, tha e cudromach an dòigh nanoindentation AFM a chleachdadh, a dh’ fhaodas na feartan meacanaigeach aca a thomhas gu ceart agus gu earbsach. Ach aig an aon àm, bidh feartan sònraichte nan stuthan ultra-bhog seo, leithid modulas elastagach ìosal, susbaint leaghaidh àrd agus elastagachd àrd, gu tric ga dhèanamh duilich an stuth, cumadh agus meud ceart a thaghadh airson a’ phròb indentation. Tha seo cudromach gus nach bi an indenter a’ tolladh uachdar bog an t-sampall, a dh’ adhbhraicheadh ​​​​mearachdan ann a bhith a’ dearbhadh a’ phuing conaltraidh leis an uachdar agus an raon conaltraidh.
Airson seo, tha tuigse fharsaing air morf-eòlas stuthan bith-mhìmeatach ultra-bhog (lehfilcon A CL) riatanach. Tha fiosrachadh mu mheud is structar nam bruisean poileimeir geugach a gheibhear a’ cleachdadh an dòigh ìomhaighean a’ toirt seachad a’ bhunait airson comharrachadh meacanaigeach an uachdair a’ cleachdadh dhòighean nano-indentation AFM. An àite proban colloidal cruinneach meud micron, thagh sinn am probe silicon nitride PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) le trast-thomhas bàrr de 140 nm, air a dhealbhadh gu sònraichte airson mapadh cainníomach de fheartan meacanaigeach shamhlaichean bith-eòlasach 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84. Faodar an reusanachadh airson proban an ìre mhath biorach a chleachdadh an taca ri proban colloidal àbhaisteach a mhìneachadh le feartan structarail an stuth. Ma choimeasas sinn meud bàrr a’ phròba (~140 nm) ris na bruisean poileimeir geugach air uachdar CL lehfilcon A, a chithear ann am Figear 3a, faodar a cho-dhùnadh gu bheil am bàrr mòr gu leòr airson conaltradh dìreach a dhèanamh ris na structaran bruis seo, a lughdaicheas an cothrom gun tèid am bàrr troimhe. Gus a’ phuing seo a mhìneachadh, tha ìomhaigh STEM den lehfilcon A CL agus bàrr inntrigidh a’ phròba AFM (air a tharraing gu sgèile) ann am Figear 4.
Sgeama a’ sealltainn ìomhaigh STEM de lehfilcon A CL agus probe indentation ACM (air a tharraing gu sgèile).
A bharrachd air an sin, tha meud a’ bhàrr de 140 nm beag gu leòr gus cunnart gin de na buaidhean eas-tharraing steigeach a chaidh aithris roimhe airson bruisean polymer air an dèanamh leis an dòigh nano-indentation CP-AFM69,71 a sheachnadh. Tha sinn a’ gabhail ris, air sgàth cumadh sònraichte còn-chruinneach agus meud an ìre mhath beag a’ bhàrr AFM seo (Figear 1), nach bi nàdar a’ lùb feachd a chruthaicheas nano-indentation lehfilcon A CL an urra ri astar an indentation no astar an luchdachadh / dì-luchdachadh. Mar sin, chan eil buaidh aig buaidhean poroelastic air. Gus an teòiridh seo a dhearbhadh, chaidh sampallan lehfilcon A CL a indentation aig feachd as àirde stèidhichte a’ cleachdadh probe PFQNM-LC-A-CAL, ach aig dà astar eadar-dhealaichte, agus chaidh na lùban feachd tensile agus tarraing air ais a thig às a chleachdadh gus an fheachd (nN) ann an dealachadh (µm) a phlòtadh a chithear ann am Figear 5a. Tha e soilleir gu bheil na lùban feachd rè luchdachadh is dì-luchdachadh a’ dol thairis air a chèile gu tur, agus chan eil fianais shoilleir ann gu bheil an gearradh feachd aig doimhneachd neoni claonadh ag àrdachadh le astar claonadh san fhigear, a’ moladh gun deach na h-eileamaidean bruis fa leth a chomharrachadh às aonais buaidh poroelastic. An coimeas ri sin, tha buaidhean gleidheadh ​​​​leaghan (buaidhean eas-tharraing slaodachd agus poroelasticity) follaiseach airson a’ phròb AFM le trast-thomhas de 45 µm aig an aon astar claonadh agus tha iad air an soilleireachadh leis an hysteresis eadar na lùban sìneadh is tarraing air ais, mar a chithear ann am Figear 5b. Tha na toraidhean seo a’ toirt taic don bharail agus a’ moladh gur e deagh roghainn a th’ ann am probes le trast-thomhas de 140 nm airson uachdaran bog mar sin a chomharrachadh.
Lùban feachd claonaidh lehfilcon A CL a’ cleachdadh ACM; (a) a’ cleachdadh probe le trast-thomhas de 140 nm aig dà ìre luchdaidh, a’ sealltainn nach eil buaidh poroelastic ann rè claonadh uachdar; (b) a’ cleachdadh probes le trast-thomhas de 45 µm agus 140 nm. s a’ sealltainn buaidhean eas-tharraing slaodach agus poroelasticity airson probes mòra an taca ri probes nas lugha.
Gus uachdaran ultra-bhog a chomharrachadh, feumaidh am probe as fheàrr a bhith aig dòighean nano-indentation AFM gus feartan an stuth fo sgrùdadh a sgrùdadh. A bharrachd air cumadh is meud a’ bhàrr, tha cugallachd siostam lorgaire AFM, cugallachd ri gluasad a’ bhàrr san àrainneachd deuchainn, agus stiffness cantilever a’ cluich pàirt chudromach ann a bhith a’ dearbhadh cruinneas agus earbsachd tomhais nano-indentation. Airson an t-siostam AFM againn, tha crìoch lorg an Lorgaire Mothachail air Suidheachadh (PSD) timcheall air 0.5 mV agus tha e stèidhichte air an ìre earraich ro-chalabraichte agus cugallachd gluasad lionn obraichte a-mach den phrobe PFQNM-LC-A-CAL, a tha a’ freagairt ris a’ chugallachd luchd teòiridheach. nas lugha na 0.1 pN. Mar sin, leigidh an dòigh seo le tomhas feachd indentation as ìsle ≤ 0.1 pN às aonais pàirt fuaim iomaill sam bith. Ach, tha e cha mhòr do-dhèanta do shiostam AFM fuaim iomaill a lughdachadh chun na h-ìre seo air sgàth factaran leithid crith meacanaigeach agus daineamaigs lionn. Tha na factaran seo a’ cuingealachadh cugallachd iomlan dòigh nano-indentation AFM agus cuideachd ag adhbhrachadh comharra fuaim cùl-fhiosrachaidh de mu ≤ 10 pN. Airson comharrachadh uachdar, chaidh sampallan lehfilcon A CL agus SiHy a indentachadh fo chumhachan làn uisgeaichte a’ cleachdadh probe 140 nm airson comharrachadh SEM, agus chaidh na lùban feachd a thig às a sin a chuir thairis air feachd (pN) agus cuideam. Tha am plota dealachaidh (µm) air a shealltainn ann am Figear 6a. An coimeas ris an t-substrate bunaiteach SiHy, tha lùb feachd lehfilcon A CL a’ sealltainn gu soilleir ìre eadar-ghluasaid a’ tòiseachadh aig a’ phuing conaltraidh leis a’ bhruis polymer forcach agus a’ crìochnachadh le atharrachadh geur anns an leathad a’ comharrachadh conaltradh a’ bhàrr leis an stuth bunaiteach. Tha am pàirt eadar-ghluasaid seo den lùb feachd a’ soilleireachadh giùlan fìor elastagach a’ bhruis polymer geugach air an uachdar, mar a chithear bhon lùb teannachaidh a’ leantainn gu dlùth ris a’ lùb teannachaidh agus an eadar-dhealachadh ann an feartan meacanaigeach eadar structar a’ bhruis agus stuth SiHy mòr. Nuair a thathar a’ dèanamh coimeas eadar lefilcon. Tha dealachadh fad cuibheasach bruis poileimeir geugach ann an ìomhaigh STEM den PCS (Figear 3a) agus a lùb feachd air feadh an abscissa ann am Figear 3a. 6a a’ sealltainn gu bheil an dòigh comasach air bàrr agus am poileimeir geugach a lorg a’ ruighinn mullach an uachdair. Conaltradh eadar structaran bruis. A bharrachd air an sin, chan eil for-chòmhdach dlùth nan lùban feachd a’ nochdadh buaidh gleidhidh leaghan sam bith. Anns a’ chùis seo, chan eil greamachadh idir eadar an t-snàthad agus uachdar an t-sampall. Tha na h-earrannan as àirde de na lùban feachd airson an dà shampall a’ for-chòmhdach, a’ nochdadh cho coltach ‘s a tha feartan meacanaigeach stuthan an t-substrate.
(a) Lùban feachd nano-indentation AFM airson fo-stratan lehfilcon A CL agus fo-stratan SiHy, (b) lùban feachd a’ sealltainn tuairmse puing conaltraidh a’ cleachdadh dòigh stairsneach fuaim cùl-fhiosrachaidh.
Gus mion-fhiosrachadh nas mionaidiche lùb na feachd a sgrùdadh, tha lùb teannachaidh an t-sampall lehfilcon A CL air ath-phlòtadh ann am Figear 6b ​​le feachd as àirde de 50 pN air feadh an axis-y. Tha an graf seo a’ toirt seachad fiosrachadh cudromach mun fhuaim chùl-fhiosrachaidh thùsail. Tha am fuaim anns an raon ±10 pN, a thathas a’ cleachdadh gus am puing conaltraidh a dhearbhadh gu ceart agus doimhneachd an t-slaodaidh obrachadh a-mach. Mar a chaidh aithris anns an litreachas, tha comharrachadh phuingean conaltraidh deatamach gus measadh ceart a dhèanamh air feartan stuthan leithid modulus85. Tha dòigh-obrach anns a bheil giullachd fèin-ghluasadach dàta lùb na feachd air sealltainn gu bheil freagairt nas fheàrr eadar freagairt dàta agus tomhasan cainneachdail airson stuthan bog86. San obair seo, tha an roghainn againn de phuingean conaltraidh an ìre mhath sìmplidh agus oibiaigteach, ach tha crìochan ann. Dh’ fhaodadh an dòigh-obrach ghlèidhidh againn airson a’ phuing conaltraidh a dhearbhadh luachan modulus beagan ro-mheasta a thoirt gu buil airson doimhneachdan slaodaidh nas lugha (< 100 nm). Dh’ fhaodadh cleachdadh lorg puing-conaltraidh stèidhichte air algairim agus giullachd dàta fèin-ghluasadach a bhith na leantainn air an obair seo san àm ri teachd gus ar modh a leasachadh tuilleadh. Mar sin, airson fuaim cùl-fhiosrachaidh intreach timcheall air ±10 pN, tha sinn a’ mìneachadh a’ phuing conaltraidh mar a’ chiad phuing dàta air an x-axis ann am Figear 6b ​​le luach ≥10 pN. An uairsin, a rèir stairsneach an fhuaim de 10 pN, tha loidhne dhìreach aig ìre ~0.27 µm a’ comharrachadh a’ phuing conaltraidh leis an uachdar, agus às deidh sin bidh an lùb sìneadh a’ leantainn gus am bi an t-substrate a’ coinneachadh ri doimhneachd claonaidh ~270 nm. Gu inntinneach, stèidhichte air meud fheartan bruis polymer geugach (300–400 nm) air an tomhas a’ cleachdadh an dòigh ìomhaighean, tha doimhneachd claonaidh an t-sampall CL lehfilcon A a chaidh fhaicinn a’ cleachdadh an dòigh stairsneach fuaim cùl-fhiosrachaidh mu 270 nm, a tha glè fhaisg air meud an tomhais le STEM. Tha na toraidhean seo a’ dearbhadh tuilleadh co-chòrdalachd agus iomchaidheachd cumadh agus meud bàrr probe AFM airson claonadh an structair bruis polymer geugach bog agus gu math elastagach seo. Tha an dàta seo cuideachd a’ toirt seachad fianais làidir gus taic a thoirt don dòigh againn air fuaim cùl-fhiosrachaidh a chleachdadh mar stairsneach airson puingean conaltraidh a chomharrachadh. Mar sin, bu chòir gum biodh toraidhean cainneachdail sam bith a gheibhear bho mhodaladh matamataigeach agus freagarrachd lùb feachd ceart gu leòr.
Tha tomhasan cainneachdail le dòighean nano-indentation AFM gu tur an urra ris na modalan matamataigeach a thathas a’ cleachdadh airson taghadh dàta agus mion-sgrùdadh às dèidh sin. Mar sin, tha e cudromach beachdachadh air na factaran uile co-cheangailte ri taghadh an inneil-inntrigidh, feartan stuthan agus meacanaig an eadar-obrachaidh mus tagh thu modail sònraichte. Anns a’ chùis seo, chaidh geoimeatraidh a’ bhàrr a chomharrachadh gu faiceallach le bhith a’ cleachdadh micrographs SEM (Figear 1), agus stèidhichte air na toraidhean, tha am probe nano-indentation AFM le trast-thomhas de 140 nm le còn cruaidh agus geoimeatraidh bàrr cruinn na dheagh roghainn airson sampallan lehfilcon A CL79 a chomharrachadh. Is e factar cudromach eile a dh’ fheumar a mheasadh gu faiceallach elasticity an stuth polymer a thathar a’ dèanamh deuchainn air. Ged a tha an dàta tùsail de nano-indentation (Figearan 5a agus 6a) a’ mìneachadh gu soilleir feartan a’ dol thairis air na lùban teannachaidh agus teannachaidh, ie, an ath-bheothachadh elastagach iomlan den stuth, tha e air leth cudromach nàdar glan elastagach nan ceanglaichean a dhearbhadh. Gus seo a dhèanamh, chaidh dà dhlùthadh às dèidh a chèile a dhèanamh aig an aon àite air uachdar sampall lehfilcon A CL aig ìre dhlùthaidh de 1 µm/s fo chumhachan làn uisgeachaidh. Tha an dàta lùb feachd a thig às a sin air a shealltainn ann am figear 7 agus, mar a bha dùil, tha lùban leudachaidh is teannachaidh an dà chlò-bhualadh cha mhòr co-ionann, a’ soilleireachadh cho sùbailte ‘s a tha structar bruis polymer geugach.
Tha dà lùb feachd indentation aig an aon àite air uachdar lehfilcon A CL a’ comharrachadh an leaisteachas air leth freagarrach ann an uachdar na lionsa.
Stèidhichte air fiosrachadh a fhuaireadh bho ìomhaighean SEM agus STEM de bhàrr a’ phròba agus uachdar lehfilcon A CL, fa leth, tha am modail còn-chruinne na riochdachadh matamataigeach reusanta den eadar-obrachadh eadar bàrr a’ phròba AFM agus an stuth polymer bog a thathar a’ dèanamh deuchainn air. A bharrachd air an sin, airson a’ mhodail còn-chruinne seo, tha na barailean bunaiteach mu fheartan elastagach an stuth clò-bhuailte fìor airson an stuth bith-mhimeatach ùr seo agus thathar gan cleachdadh gus am modúl elastagach a thomhas.
Às dèidh measadh coileanta air an dòigh nano-indentation AFM agus a phàirtean, a’ gabhail a-steach feartan probe indentation (cruth, meud, agus stiffness earraich), cugallachd (fuaim cùl-fhiosrachaidh agus tuairmse puing conaltraidh), agus modalan freagarrachd dàta (tomhais modulus cainneachdail), chaidh an dòigh a chleachdadh. gus sampallan ultra-bhog a tha rim faighinn gu malairteach a chomharrachadh gus toraidhean cainneachdail a dhearbhadh. Chaidh hydrogel polyacrylamide (PAAM) malairteach le modulus elastagach de 1 kPa a dhearbhadh fo chumhachan uisgeaichte a’ cleachdadh probe 140 nm. Tha mion-fhiosrachadh mu dheuchainn modal agus àireamhachadh air a thoirt seachad anns an Fhiosrachadh a bharrachd. Sheall na toraidhean gur e 0.92 kPa am modulus cuibheasach a chaidh a thomhas, agus bha an %RSD agus an diall ceudad (%) bhon mhodulus aithnichte nas lugha na 10%. Tha na toraidhean seo a’ dearbhadh cruinneas agus ath-riochdachadh an dòigh nano-indentation AFM a chaidh a chleachdadh san obair seo gus modalan stuthan ultra-bhog a thomhas. Chaidh uachdar nan sampallan lehfilcon A CL agus an t-substrate bonn SiHy a chomharrachadh tuilleadh a’ cleachdadh an aon dhòigh nano-indentation AFM gus sgrùdadh a dhèanamh air modulus conaltraidh follaiseach an uachdair ultra-bhog mar ghnìomh de dhoimhneachd indentation. Chaidh lùban dealachaidh feachd claonaidh a chruthachadh airson trì sampallan de gach seòrsa (n = 3; aon chlaonadh gach sampall) aig feachd de 300 pN, astar de 1 µm/s, agus làn uisgeachadh. Chaidh lùb roinneadh feachd claonaidh a thomhas le bhith a’ cleachdadh modail còn-chruinne. Gus modúl fhaighinn a bha an urra ri doimhneachd claonaidh, chaidh pàirt 40 nm de leud den lùb feachd a shuidheachadh aig gach àrdachadh de 20 nm a’ tòiseachadh bhon phuing conaltraidh, agus chaidh luachan a’ mhodúil a thomhas aig gach ceum den lùb feachd. Spin Cy et al. Chaidh dòigh-obrach coltach ris a chleachdadh gus claonadh modúl bruisean polymer poly(lauryl methacrylate) (P12MA) a chomharrachadh a’ cleachdadh nanoindentation probe AFM colloidal, agus tha iad a rèir dàta a’ cleachdadh modail conaltraidh Hertz. Tha an dòigh-obrach seo a’ toirt seachad plota de mhodúl conaltraidh follaiseach (kPa) an aghaidh doimhneachd claonaidh (nm), mar a chithear ann am Figear 8, a tha a’ sealltainn a’ chlaonadh modúl conaltraidh/doimhneachd follaiseach. Tha am modúl leaghan obraichte den sampall CL lehfilcon A anns an raon 2–3 kPa taobh a-staigh 100 nm àrd an t-sampall, agus tha e a’ tòiseachadh a’ meudachadh le doimhneachd nas fhaide na sin. Air an làimh eile, nuair a thathar a’ dèanamh deuchainn air an t-substrate bonn SiHy gun fhilm coltach ri bruis air an uachdar, tha an doimhneachd claonaidh as àirde a gheibhear aig feachd de 300 pN nas lugha na 50 nm, agus tha luach a’ mhodúil a gheibhear bhon dàta mu 400 kPa, a tha co-chosmhail ri luachan modúl Young airson stuthan mòra.
Modúl conaltraidh follaiseach (kPa) an aghaidh doimhneachd claonaidh (nm) airson fo-stratan lehfilcon A CL agus SiHy a’ cleachdadh dòigh nanoindentation AFM le geoimeatraidh còn-chruinne gus modúl a thomhas.
Tha modulas leaisteachd glè ìosal (2–3 kPa) aig uachdar as àirde structar bruis poileimeir meurach bith-mhìmeatach ùr-nodha. Bidh seo a’ freagairt ri ceann crochte saor a’ bhruis poileimeir forcach mar a chithear san ìomhaigh STEM. Ged a tha beagan fianais ann gu bheil caisead modulas aig oir a-muigh an CL, tha am prìomh fho-strat modulas àrd nas buadhaiche. Ach, tha 100 nm as àirde an uachdair taobh a-staigh 20% de dh’fhaid iomlan a’ bhruis poileimeir meurach, agus mar sin tha e reusanta a bhith den bheachd gu bheil na luachan tomhaiste den mhodalus anns an raon doimhneachd claonadh seo gu math ceart agus nach eil iad gu mòr an urra ri buaidh an nì as ìsle.
Air sgàth an dealbhaidh bith-mhimeatach sònraichte a th’ aig lionsan conaltraidh lehfilcon A, air an dèanamh suas de structaran bruis polymer PMPC geugach air an grafadh air uachdar fo-stratan SiHy, tha e glè dhuilich feartan meacanaigeach an structaran uachdar aca a chomharrachadh gu earbsach le bhith a’ cleachdadh dhòighean tomhais traidiseanta. An seo tha sinn a’ taisbeanadh dòigh nanoindentation AFM adhartach airson stuthan ultra-bhog leithid lefilcon A le susbaint uisge àrd agus elasticity fìor àrd a chomharrachadh gu ceart. Tha an dòigh seo stèidhichte air cleachdadh probe AFM aig a bheil meud agus geoimeatraidh a’ bhàrr air an taghadh gu faiceallach gus a bhith a rèir tomhasan structarail nam feartan uachdar ultra-bhog a tha ri chlò-bhualadh. Tha an cothlamadh seo de thomhasan eadar probe agus structar a’ toirt seachad barrachd cugallachd, a’ leigeil leinn am modulas ìosal agus na feartan elasticity nàdarra de eileamaidean bruis polymer geugach a thomhas, ge bith dè na buaidhean poroelastic. Sheall na toraidhean gu robh modulas elasticity fìor ìosal (suas ri 2 kPa) agus elasticity fìor àrd (cha mhòr 100%) aig na bruisean polymer PMPC geugach sònraichte a bha sònraichte do uachdar na lionsa nuair a chaidh an deuchainn ann an àrainneachd uisgeach. Leig toraidhean nano-indentation AFM leinn cuideachd modulas conaltraidh/cràid doimhneachd follaiseach (30 kPa/200 nm) uachdar lionsa bith-mhìmeatach a chomharrachadh. Is dòcha gu bheil an cràid seo mar thoradh air an eadar-dhealachadh modulas eadar na bruisean poileimear geugach agus an t-substrate SiHy, no structar/dùmhlachd geugach nam bruisean poileimear, no measgachadh dhiubh sin. Ach, tha feum air tuilleadh sgrùdaidhean domhainn gus làn thuigse fhaighinn air a’ cheangal eadar structar agus feartan, gu sònraichte buaidh geugachadh bruisean air feartan meacanaigeach. Faodaidh tomhais coltach ris cuideachadh le bhith a’ comharrachadh feartan meacanaigeach uachdar stuthan agus innealan meidigeach eile a tha ro-bhog.
Tha seataichean dàta a chaidh a chruthachadh agus/no a sgrùdadh rè an sgrùdaidh seo rim faighinn bho na h-ùghdaran fa leth air iarrtas reusanta.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. agus Haugen, HJ Ath-bhualaidhean bith-eòlasach ri feartan fiosaigeach is ceimigeach uachdaran stuthan bith-eòlasach. Comann ceimigeach. Deas. 49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM agus Liu, X. Leasachadh stuthan bith-eòlasach a chaidh a thoirt bho dhaoine airson innleadaireachd clò. prògramadh. poileimear. an saidheans. 53, 86 (2016).
Sadtler, K. et al. Dealbhadh, buileachadh clionaigeach, agus freagairt dìonach stuthan bith-eòlasach ann an leigheas ath-ghinealach. National Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK agus Farr GM Modh leasaichte airson cruas agus modulas leaghanachd a dhearbhadh le bhith a’ cleachdadh deuchainnean claonadh le tomhasan luchd is gluasaid. J. Alma mater. tanca stòraidh. 7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Tùsan eachdraidheil deuchainn cruas claonaidh. alma mater. an saidheans. teicneòlasan. 28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Tomhais Cruas Inntrigidh aig Macro-, Micro-, agus Nanoscale: Ath-sgrùdadh Breithneachail. tribe. Wright. 65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD agus Clapperich, SM Bidh mearachdan lorg uachdar ag adhbhrachadh cus-mheasadh modulais ann an nano-indentation stuthan bog. J. Mecha. Giùlan. Saidheans Bith-mheidigeach. alma mater. 2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollakhi MR, Bushroa AR agus Yahya M.Yu. Measadh air an dòigh nanoindentation airson feartan meacanaigeach nano-cho-thàthaidhean eadar-dhealaichte a dhearbhadh a’ cleachdadh dhòighean deuchainneach agus coimpiutaireachd. an saidheans. Taigh 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, agus Owart, TS Comharrachadh meacanaigeach air gèilean bog slaodach-elastagach le bhith a’ tarraing a-steach agus a’ dèanamh mion-sgrùdadh air eileamaidean crìochnaichte neo-dhìreach stèidhichte air leasachadh. J. Mecha. Giùlan. Saidheans Bith-mheidigeach. alma mater. 2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J agus Chaneler D. Leasachadh air dearbhadh slaodachd-elasticity le bhith a’ cleachdadh siostaman tomhais co-chòrdail. Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. agus Pellillo, E. Nano-indentation uachdaran polaimeireach. J. Fiosaigs. D. Cuir a-steach airson fiosaigs. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. agus Van Vliet KJ Comharrachadh air feartan meacanaigeach viscoelastic de phoileimearan àrd-elastagach agus fhigheagan bith-eòlasach a’ cleachdadh claonadh clisgeadh. Journal of Biomaterials. 71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Measadh air modulas leaghanachd agus obair greamachaidh stuthan bog a’ cleachdadh dòigh leudaichte Borodich-Galanov (BG) agus claonadh domhainn. fur. alma mater. 129, 198–213 (2019).
Shi, X. et al. Morf-eòlas nanosgèile agus feartan meacanaigeach uachdaran poilimearach bith-mhìmeatach lionsan conaltraidh silicone hydrogel. Langmuir 37, 13961–13967 (2021).