תודה שביקרתם באתר Nature.com. אתם משתמשים בגרסת דפדפן עם תמיכה מוגבלת ב-CSS. לחוויית המשתמש הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב התאימות ב-Internet Explorer). בנוסף, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, אנו מציגים את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
מציג קרוסלה של שלוש שקופיות בו זמנית. השתמשו בכפתורים הקודם והבא כדי לעבור בין שלוש שקופיות בו זמנית, או השתמשו בכפתורי המחוון בסוף כדי לעבור בין שלוש שקופיות בו זמנית.
עם פיתוח חומרים חדשים רכים במיוחד עבור מכשירים רפואיים ויישומים ביו-רפואיים, האפיון המקיף של תכונותיהם הפיזיקליות והמכניות הוא חשוב ומאתגר כאחד. טכניקת ננו-אינדנטציה של מיקרוסקופיית כוח אטומי משופרת (AFM) יושמה כדי לאפיין את מודול פני השטח הנמוך ביותר של עדשת המגע החדשה מסיליקון הידרוג'ל ביומימטי מדגם lehfilcon A המצופה בשכבה של מבני מברשות פולימריים מסועפים. שיטה זו מאפשרת קביעה מדויקת של נקודות מגע ללא השפעות של שיחול צמיגה בעת התקרבות לפולימרים מסועפים. בנוסף, היא מאפשרת לקבוע את המאפיינים המכניים של רכיבי מברשת בודדים ללא השפעת פורואלסטיות. זה מושג על ידי בחירת גלאי AFM עם עיצוב (גודל קצה, גיאומטריה וקצב קפיץ) המתאים במיוחד למדידת תכונות של חומרים רכים ודגימות ביולוגיות. שיטה זו משפרת את הרגישות והדיוק למדידה מדויקת של החומר הרך מאוד lehfilcon A, בעל מודול אלסטיות נמוך ביותר על שטח הפנים (עד 2 kPa) וגמישות גבוהה ביותר בסביבה המימית הפנימית (כמעט 100%). תוצאות מחקר פני השטח לא רק חשפו את תכונות פני השטח הרכות במיוחד של עדשת lehfilcon A, אלא גם הראו שהמודול של מברשות הפולימר המסועפות היה דומה לזה של מצע הסיליקון-מימן. טכניקת אפיון פני השטח הזו ניתנת ליישום על חומרים רכים במיוחד אחרים ועל מכשירים רפואיים.
התכונות המכניות של חומרים המיועדים למגע ישיר עם רקמה חיה נקבעות לעתים קרובות על ידי הסביבה הביולוגית. התאמה מושלמת של תכונות חומר אלו מסייעת להשיג את המאפיינים הקליניים הרצויים של החומר מבלי לגרום לתגובות תאיות שליליות 1,2,3. עבור חומרים הומוגניים בתפזורת, אפיון התכונות המכניות קל יחסית בשל זמינותם של נהלים ושיטות בדיקה סטנדרטיות (למשל, מיקרו-אינדנטציה 4,5,6). עם זאת, עבור חומרים רכים במיוחד כגון ג'לים, הידרוג'לים, ביו-פולימרים, תאים חיים וכו', שיטות בדיקה אלו בדרך כלל אינן ישימות עקב מגבלות רזולוציית המדידה וחוסר הומוגניות של חומרים מסוימים 7. במהלך השנים, שיטות הזחה מסורתיות שונו והותאמו לאפיון מגוון רחב של חומרים רכים, אך שיטות רבות עדיין סובלות מחסרונות חמורים המגבילים את השימוש בהן 8,9,10,11,12,13. היעדר שיטות בדיקה ייעודיות שיכולות לאפיין במדויק ובאמינות את התכונות המכניות של חומרים רכים במיוחד ושכבות פני השטח מגביל מאוד את השימוש בהן ביישומים שונים.
בעבודה הקודמת שלנו, הצגנו את עדשת המגע lehfilcon A (CL), חומר הטרוגני רך בעל כל תכונות פני השטח הרכות במיוחד הנגזרות מעיצובים פוטנציאליים ביומימטיים בהשראת פני השטח של קרנית העין. חומר ביולוגי זה פותח על ידי השתלת שכבת פולימר מסועפת ומקושרת צולבת של פולי(2-מתקרילואילוקסיאתילפוספורילכולין (MPC)) (PMPC) על גבי סיליקון הידרוג'ל (SiHy) 15 המיועד למכשירים רפואיים המבוססים על. תהליך השתלה זה יוצר שכבה על פני השטח המורכבת ממבנה מברשת פולימרי מסועף רך מאוד וגמיש ביותר. עבודתנו הקודמת אישרה כי המבנה הביומימטי של lehfilcon A CL מספק תכונות פני שטח מעולות כגון מניעת הרטבה ולעכלוך משופרת, סיכה מוגברת והפחתת הידבקות תאים וחיידקים 15,16. בנוסף, השימוש והפיתוח של חומר ביומימטי זה מצביעים גם על התרחבות נוספת למכשירים ביו-רפואיים אחרים. לכן, חיוני לאפיין את תכונות פני השטח של חומר רך במיוחד זה ולהבין את האינטראקציה המכנית שלו עם העין על מנת ליצור בסיס ידע מקיף לתמיכה בפיתוחים ויישומים עתידיים. רוב עדשות המגע SiHy הזמינות מסחרית מורכבות מתערובת הומוגנית של פולימרים הידרופיליים והידרופוביים היוצרים מבנה חומר אחיד17. מספר מחקרים נערכו כדי לחקור את התכונות המכניות שלהן באמצעות שיטות בדיקה מסורתיות של דחיסה, מתיחה ומיקרו-אינדנטציה18,19,20,21. עם זאת, העיצוב הביומימטי החדשני של lehfilcon A CL הופך אותו לחומר הטרוגני ייחודי שבו התכונות המכניות של מבני מברשת הפולימר המסועפים שונות באופן משמעותי מאלה של מצע הבסיס SiHy. לכן, קשה מאוד לכמת במדויק תכונות אלו באמצעות שיטות קונבנציונליות ואינדנטציה. שיטה מבטיחה משתמשת בשיטת בדיקת ננו-אינדנטציה המיושמת במיקרוסקופיית כוח אטומי (AFM), שיטה ששימשה לקביעת התכונות המכניות של חומרים ויסקו-אלסטיים רכים כגון תאים ורקמות ביולוגיים, כמו גם פולימרים רכים22,23,24,25. ,26,27,28,29,30. בננו-אינדנטציה של AFM, יסודות בדיקת הננו-אינדנטציה משולבים עם ההתקדמות העדכנית ביותר בטכנולוגיית AFM כדי לספק רגישות מדידה מוגברת ובדיקה של מגוון רחב של חומרים רכים במיוחד מטבעם31,32,33,34,35,36. בנוסף, הטכנולוגיה מציעה יתרונות חשובים נוספים באמצעות שימוש בגיאומטריות שונות, מדחס וחיישן, והאפשרות לבדיקה במגוון מדיה נוזלית.
ניתן לחלק את ננו-אינדנטציית AFM באופן מותנה לשלושה מרכיבים עיקריים: (1) ציוד (חיישנים, גלאים, גלאים וכו'); (2) פרמטרי מדידה (כגון כוח, תזוזה, מהירות, גודל רמפה וכו'); (3) עיבוד נתונים (תיקון בסיס, הערכת נקודת מגע, התאמת נתונים, מידול וכו'). בעיה משמעותית בשיטה זו היא שמספר מחקרים בספרות המשתמשים בננו-אינדנטציית AFM מדווחים על תוצאות כמותיות שונות מאוד עבור אותו סוג דגימה/תא/חומר37,38,39,40,41. לדוגמה, Lekka et al. נחקרה והושוותה השפעת הגיאומטריה של גלאי AFM על מודול יאנג הנמדד של דגימות של הידרוג'ל הומוגני מכנית ותאים הטרוגניים. הם מדווחים שערכי המודול תלויים במידה רבה בבחירת שלוחה ובצורת הקצה, כאשר הערך הגבוה ביותר הוא עבור גלאי בצורת פירמידה והערך הנמוך ביותר הוא 42 עבור גלאי כדורי. באופן דומה, Selhuber-Unkel et al. הוכח כיצד מהירות הכניסה, גודל הכניסה ועובי דגימות פוליאקרילאמיד (PAAM) משפיעים על מודול יאנג הנמדד על ידי ננו-אינדנטציה של ACM43. גורם מסבך נוסף הוא היעדר חומרי בדיקה סטנדרטיים בעלי מודול נמוך במיוחד ונהלי בדיקה חופשיים. מצב זה מקשה מאוד על קבלת תוצאות מדויקות בביטחון. עם זאת, השיטה שימושית מאוד למדידות יחסיות ולהערכות השוואתיות בין סוגי דגימות דומים, למשל שימוש בננו-אינדנטציה של AFM כדי להבחין בין תאים נורמליים לתאי סרטן 44, 45.
בעת בדיקת חומרים רכים באמצעות ננו-אינדנטציה של AFM, כלל אצבע כללי הוא להשתמש בגשוש בעל קבוע קפיץ נמוך (k) התואם מקרוב למודול הדגימה וקצה חצי כדורי/עגול כך שהגשוש הראשון לא יפגע במשטחי הדגימה במגע ראשון עם חומרים רכים. חשוב גם שאות ההסטה שנוצר על ידי הגשוש יהיה חזק מספיק כדי להתגלות על ידי מערכת גלאי הלייזר 24,34,46,47. במקרה של תאים, רקמות וג'לים הטרוגניים רכים במיוחד, אתגר נוסף הוא להתגבר על כוח ההדבקה בין הגשוש למשטח הדגימה כדי להבטיח מדידות ניתנות לשחזור ואמינות 48,49,50. עד לאחרונה, רוב העבודה על ננו-אינדנטציה של AFM התמקדה בחקר ההתנהגות המכנית של תאים ביולוגיים, רקמות, ג'לים, הידרוג'לים וביומולקולות באמצעות גלאים כדוריים גדולים יחסית, המכונים בדרך כלל גלאים קולואידליים (CPs). , 47, 51, 52, 53, 54, 55. קצוות אלה בעלי רדיוס של 1 עד 50 מיקרומטר והם עשויים בדרך כלל מזכוכית בורוסיליקט, פולימתיל מתאקרילט (PMMA), פוליסטירן (PS), סיליקון דיאוקסיד (SiO2) ופחמן דמוי יהלום (DLC). למרות שננו-אינדנטציה CP-AFM היא לעתים קרובות הבחירה הראשונה לאפיון דגימות רכות, יש לה בעיות ומגבלות משלה. השימוש בקצוות כדוריים גדולים בגודל מיקרון מגדיל את שטח המגע הכולל של הקצה עם הדגימה וגורם לאובדן משמעותי של רזולוציה מרחבית. עבור דגימות רכות ולא הומוגניות, שבהן התכונות המכניות של אלמנטים מקומיים עשויות להיות שונות באופן משמעותי מהממוצע על פני שטח רחב יותר, איננדנטציה CP יכולה להסתיר כל אי-הומוגניות בתכונות בקנה מידה מקומי52. גלאים קולואידיים מיוצרים בדרך כלל על ידי חיבור כדורים קולואידיים בגודל מיקרון לקנטיליברים חסרי קצוות באמצעות דבקי אפוקסי. תהליך הייצור עצמו טומן בחובו בעיות רבות ויכול להוביל לחוסר עקביות בתהליך כיול הגשוש. בנוסף, גודלם ומסתם של חלקיקים קולואידליים משפיעים ישירות על פרמטרי הכיול העיקריים של הקנטיליבר, כגון תדר התהודה, קשיחות הקפיץ ורגישות הסטייה 56,57,58. לפיכך, שיטות נפוצות עבור גלאי AFM קונבנציונליים, כגון כיול טמפרטורה, עשויות שלא לספק כיול מדויק עבור CP, וייתכן שיידרשו שיטות אחרות כדי לבצע תיקונים אלה 57, 59, 60, 61. ניסויי הזחה אופייניים ב-CP משתמשים בקנטיליבר עם סטיות גדולות כדי לחקור את התכונות של דגימות רכות, מה שיוצר בעיה נוספת בעת כיול ההתנהגות הלא לינארית של הקנטיליבר בסטיות גדולות יחסית 62,63,64. שיטות הזחה מודרניות של גלאי קולואידליים לוקחות בדרך כלל בחשבון את הגיאומטריה של הקנטיליבר המשמש לכיול הגשוש, אך מתעלמות מהשפעת החלקיקים הקולואידליים, מה שיוצר אי ודאות נוספת בדיוק השיטה 38,61. באופן דומה, מודולים אלסטיים המחושבים על ידי התאמת מודל מגע תלויים ישירות בגיאומטריה של גלאי ההזחה, וחוסר התאמה בין מאפייני הקצה למשטח הדגימה יכול להוביל לאי דיוקים27, 65, 66, 67, 68. מודגשים מספר עבודות אחרונות של ספנסר ועמיתיו הגורמים שיש לקחת בחשבון בעת ​​אפיון מברשות פולימר רכות באמצעות שיטת ננו-הזחה CP-AFM. הם דיווחו כי שמירה על נוזל צמיג במברשות פולימר כפונקציה של מהירות גורמת לעלייה בעומס הראש ולכן מדידות שונות של תכונות תלויות מהירות30,69,70,71.
במחקר זה, אפייננו את מודול פני השטח של החומר הרך במיוחד בעל האלסטיות הגבוהה lehfilcon A CL באמצעות שיטת ננו-אינדנטציה AFM משופרת. בהתחשב בתכונות ובמבנה החדש של חומר זה, טווח הרגישות של שיטת האינדנטציה המסורתית אינו מספיק בבירור כדי לאפיין את מודול החומר הרך ביותר הזה, ולכן יש צורך להשתמש בשיטת ננו-אינדנטציה AFM עם רגישות גבוהה יותר ורמת רגישות נמוכה יותר. לאחר סקירת החסרונות והבעיות של טכניקות ננו-אינדנטציה קיימות של גלאי AFM קולואידיים, אנו מראים מדוע בחרנו בגלאי AFM קטן יותר ומותאם אישית כדי לבטל רגישות, רעשי רקע, לאתר נקודת מגע מדויקת, למדוד מודול מהירות של חומרים הטרוגניים רכים כגון תלות באגירת נוזלים וכימות מדויק. בנוסף, הצלחנו למדוד במדויק את הצורה והממדים של קצה האינדנטציה, מה שמאפשר לנו להשתמש במודל התאמת חרוט-כדור כדי לקבוע את מודול האלסטיות מבלי להעריך את שטח המגע של הקצה עם החומר. שתי ההנחות המרומזות בעבודה זו הן תכונות החומר האלסטיות המלאה ומודול שאינו תלוי בעומק האינדנטציה. באמצעות שיטה זו, בדקנו תחילה סטנדרטים רכים במיוחד עם מודול ידוע כדי לכמת את השיטה, ולאחר מכן השתמשנו בשיטה זו כדי לאפיין את המשטחים של שני חומרים שונים של עדשות מגע. שיטה זו של אפיון משטחי ננו-אינדנטציה של AFM עם רגישות מוגברת צפויה להיות ישימה על מגוון רחב של חומרים הטרוגניים ביומימטיים אולטרה-רכים עם פוטנציאל לשימוש במכשירים רפואיים ויישומים ביו-רפואיים.
עדשות מגע Lehfilcon A (Alcon, פורט וורת', טקסס, ארה"ב) ומצעי הסיליקון הידרוג'ל שלהן נבחרו לניסויי ננו-אינדנטציה. בניסוי נעשה שימוש במתקן עדשה שתוכנן במיוחד. כדי להתקין את העדשה לבדיקה, היא הונחה בזהירות על מעמד בצורת כיפה, תוך וידוא שלא נכנסו בועות אוויר פנימה, ולאחר מכן קובעה בעזרת הקצוות. חור במתקן בחלק העליון של מחזיק העדשה מספק גישה למרכז האופטי של העדשה לניסויי ננו-אינדנטציה תוך שמירה על הנוזל במקומו. זה שומר על לחות מלאה של העדשות. 500 מיקרוליטר של תמיסת אריזה לעדשות מגע שימשו כתמיסת בדיקה. כדי לאמת את התוצאות הכמותיות, הוכנו הידרוג'לים פוליאקרילאמיד (PAAM) לא פעילים הזמינים מסחרית מהרכב פוליאקרילאמיד-קו-מתילן-ביסאקרילמיד (צלחות פטרי 100 מ"מ Petrisoft, Matrigen, Irvine, CA, ארה"ב), מודול אלסטיות ידוע של 1 קילופסקל. השתמשו ב-4-5 טיפות (כ-125 מיקרוליטר) של תמיסת מלח עם בופר פוספט (PBS מקורנינג לייף סיינסייס, טוקסברי, מסצ'וסטס, ארה"ב) ובטיפה אחת של תמיסת עדשות מגע OPTI-FREE Puremoist (אלקון, וו, טקסס, ארה"ב) בממשק ההידרוג'ל-גשש AFM.
דגימות של מצעים של Lehfilcon A CL ו-SiHy הוצגו באמצעות מערכת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק פליטת שדה (FEG SEM) מדגם FEI Quanta 250, המצוידת בגלאי מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (STEM). להכנת הדגימות, העדשות נשטפו תחילה במים ונחתכו לפרוסות בצורת פאי. כדי להשיג ניגודיות דיפרנציאלית בין הרכיבים ההידרופיליים וההידרופוביים של הדגימות, נעשה שימוש בתמיסה מיוצבת של 0.10% של RuO4 כצבע, שבתוכה הוטבלו הדגימות למשך 30 דקות. צביעת lehfilcon A CL RuO4 חשובה לא רק להשגת ניגודיות דיפרנציאלית משופרת, אלא גם מסייעת בשימור מבנה מברשות הפולימר המסועפות בצורתן המקורית, אשר לאחר מכן נראות בתמונות STEM. לאחר מכן הן נשטפו ויובשו בסדרה של תערובות אתנול/מים עם ריכוז אתנול הולך וגובר. לאחר מכן נוצקו הדגימות עם אפוקסי EMBed 812/Araldite, אשר התקשה למשך הלילה ב-70 מעלות צלזיוס. בלוקי דגימה שהתקבלו על ידי פילמור שרף נחתכו באמצעות אולטרה-מיקרוטום, והחתכים הדקים שהתקבלו הוצגו באמצעות גלאי STEM במצב ואקום נמוך במתח האצה של 30 קילו-וולט. אותה מערכת SEM שימשה לאפיון מפורט של גלאי PFQNM-LC-A-CAL AFM (Bruker Nano, סנטה ברברה, קליפורניה, ארה"ב). תמונות SEM של גלאי ה-AFM התקבלו במצב ואקום גבוה טיפוסי עם מתח האצה של 30 קילו-וולט. רכשו תמונות בזוויות ובהגדלות שונות כדי לתעד את כל פרטי הצורה והגודל של קצה גלאי ה-AFM. כל ממדי הקצה המעניינים בתמונות נמדדו דיגיטלית.
מיקרוסקופ כוח אטומי Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano, סנטה ברברה, קליפורניה, ארה"ב) עם מצב "PeakForce QNM in Fluid" שימש להמחשה ויצירת ננו-אינדנטציה של דגימות lehfilcon A CL, סובסטרט SiHy והידרוג'ל PAAm. עבור ניסויי הדמיה, נעשה שימוש בגשוש PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) עם רדיוס קצה נומינלי של 1 ננומטר כדי ללכוד תמונות ברזולוציה גבוהה של הדגימה בקצב סריקה של 0.50 הרץ. כל התמונות צולמו בתמיסה מימית.
ניסויי ננו-אינדנטציה של AFM בוצעו באמצעות גלאי PFQNM-LC-A-CAL (Bruker). גלאי ה-AFM בעל קצה סיליקון על שלוחה ניטריד בעובי 345 ננומטר, אורך 54 מיקרומטר ורוחב 4.5 מיקרומטר עם תדר תהודה של 45 קילוהרץ. הוא תוכנן במיוחד לאפיון ולביצוע מדידות ננו-מכניות כמותיות על דגימות ביולוגיות רכות. החיישנים מכוילים בנפרד במפעל עם הגדרות קפיץ מכוילות מראש. קבועי הקפיץ של הגלאים ששימשו במחקר זה היו בטווח של 0.05-0.1 ניוטון למטר. כדי לקבוע במדויק את צורת וגודל הקצה, הגלאי אופיין בפירוט באמצעות SEM. באיור 1א' מציג מיקרוסקופ אלקטרונים סורק ברזולוציה גבוהה ובהגדלה נמוכה של גלאי PFQNM-LC-A-CAL, המספק מבט הוליסטי על עיצוב הגלאי. באיור 1ב' מציג מבט מוגדל של החלק העליון של קצה הגלאי, המספק מידע על צורת וגודל הקצה. בקצה הקיצוני, המחט היא חצי כדור בקוטר של כ-140 ננומטר (איור 1c). מתחת לכך, הקצה מתחדד לצורה חרוטית, ומגיע לאורך נמדד של כ-500 ננומטר. מחוץ לאזור המתחדד, הקצה גלילי ומסתיים באורך כולל של 1.18 מיקרומטר. זהו החלק התפקודי העיקרי של קצה הגשוש. בנוסף, גלאי פוליסטירן (PS) כדורי גדול (Novascan Technologies, Inc., בון, איווה, ארה"ב) בקוטר קצה של 45 מיקרומטר וקבוע קפיץ של 2 ניוטון/מטר שימש גם הוא לבדיקה כגלאי קולואידי, עם גלאי PFQNM-LC-A-CAL 140 ננומטר להשוואה.
דווח כי נוזל יכול להילכד בין גלאי ה-AFM למבנה מברשת הפולימר במהלך ננו-אינדנטציה, אשר יפעיל כוח כלפי מעלה על גלאי ה-AFM לפני שהוא נוגע בפועל במשטח69. אפקט שיחול צמיגה זה עקב אצירת נוזלים יכול לשנות את נקודת המגע לכאורה, ובכך להשפיע על מדידות מודול פני השטח. כדי לחקור את השפעת הגיאומטריה של גלאי ומהירות הכניסה על אצירת נוזלים, עקומות כוח כניסה תוארו עבור דגימות lehfilcon A CL באמצעות גלאי בקוטר 140 ננומטר בקצבי תזוזה קבועים של 1 מיקרומטר/שנייה ו-2 מיקרומטר/שנייה. קוטר גלאי 45 מיקרומטר, הגדרת כוח קבועה 6 nN מושגת ב-1 מיקרומטר/שנייה. ניסויים עם גלאי בקוטר 140 ננומטר בוצעו במהירות כניסה של 1 מיקרומטר/שנייה וכוח קבוע של 300 pN, שנבחרו ליצור לחץ מגע בטווח הפיזיולוגי (1-8 kPa) של העפעף העליון. לחץ 72. דגימות רכות מוכנות של הידרוג'ל PAA בלחץ של 1 kPa נבדקו עבור כוח כניסה של 50 pN במהירות של 1 מיקרומטר/שנייה באמצעות גלאי בקוטר 140 ננומטר.
מכיוון שאורך החלק החרוטי של קצה גלאי PFQNM-LC-A-CAL הוא כ-500 ננומטר, עבור כל עומק כניסה < 500 ננומטר ניתן להניח בבטחה שהגיאומטריה של הגלוי במהלך הכניסה תישאר נאמנה לצורת החרוט שלה. בנוסף, ההנחה היא שפני השטח של החומר הנבדק יפגינו תגובה אלסטית הפיכה, אשר תאושש גם בסעיפים הבאים. לכן, בהתאם לצורה ולגודל הקצה, בחרנו במודל התאמת חרוט-כדור שפותח על ידי בריסקו, סבסטיאן ואדאמס, הזמין בתוכנה של הספק, כדי לעבד את ניסויי הננו-כניסה AFM שלנו (NanoScope). תוכנת ניתוח נתוני הפרדה, Bruker) 73. המודל מתאר את יחסי כוח-תזוזה F(δ) עבור חרוט עם פגם קודקוד כדורי. באיור... איור 2 מציג את גיאומטריית המגע במהלך האינטראקציה של חרוט קשיח עם קצה כדורי, כאשר R הוא רדיוס הקצה הכדורי, a הוא רדיוס המגע, b הוא רדיוס המגע בקצה הקצה הכדורי, δ הוא רדיוס המגע. עומק הזחה, θ הוא חצי זווית החרוט. תמונת ה-SEM של גלאי זה מראה בבירור שהקצה הכדורי בקוטר 140 ננומטר מתמזג באופן משיקי לתוך חרוט, כך שכאן b מוגדר רק דרך R, כלומר b = R cos θ. התוכנה שסופקה על ידי הספק מספקת קשר חרוט-כדור לחישוב ערכי מודול יאנג (E) מנתוני הפרדת כוח בהנחה ש-a > b. קשר:
כאשר F הוא כוח הכניסה, E הוא מודול יאנג, ν הוא יחס פואסון. ניתן לאמוד את רדיוס המגע a באמצעות:
סכמה של גיאומטריית המגע של חרוט קשיח עם קצה כדורי הנלחץ לתוך חומר של עדשת מגע Lefilcon עם שכבת פני שטח של מברשות פולימר מסועפות.
אם a ≤ b, הקשר מצטמצם למשוואה עבור חודר כדורי קונבנציונלי;
אנו מאמינים כי האינטראקציה של הגשושית המכניסה עם המבנה המסועף של מברשת הפולימר PMPC תגרום לרדיוס המגע a להיות גדול מרדיוס המגע הכדורי b. לכן, עבור כל המדידות הכמותיות של מודול האלסטיות שבוצעו במחקר זה, השתמשנו בתלות שהתקבלה עבור המקרה a > b.
החומרים הביומימטיים האולטרה-רכים שנחקרו במחקר זה צולמו באופן מקיף באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורקים (STEM) של חתך הרוחב של הדגימה ומיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) של פני השטח. אפיון פני השטח מפורט זה בוצע כהרחבה של עבודתנו שפורסמה בעבר, בה קבענו כי מבנה המברשת הפולימרי המסועף דינמית של פני השטח של lehfilcon A CL שעברו שינוי PMPC הציג תכונות מכניות דומות לרקמת קרנית טבעית 14. מסיבה זו, אנו מתייחסים למשטחי עדשות מגע כחומרים ביומימטיים 14. באיור 3א',ב' מוצגים חתכים של מבני מברשת פולימריים מסועפים של PMPC על פני השטח של מצע lehfilcon A CL ומצע SiHy לא מטופל, בהתאמה. פני השטח של שתי הדגימות נותחו עוד יותר באמצעות תמונות AFM ברזולוציה גבוהה, שאישרו עוד יותר את תוצאות ניתוח ה-STEM (איור 3ג',ד'). יחד, תמונות אלו נותנות אורך משוער של מבנה המברשת הפולימרי המסועף של PMPC באורך של 300-400 ננומטר, שהוא קריטי לפירוש מדידות ננו-אינדנטציה של AFM. תצפית מרכזית נוספת הנגזרת מהתמונות היא שמבנה פני השטח הכללי של החומר הביומימטי CL שונה מבחינה מורפולוגית מזה של חומר המצע SiHy. הבדל זה במורפולוגיה של פני השטח שלהם יכול להתברר במהלך האינטראקציה המכנית שלהם עם גלאי AFM הנכנס ובהמשך בערכי המודול הנמדדים.
תמונות STEM חתך רוחב של (א) lehfilcon A CL ו-(ב) מצע SiHy. סרגל קנה מידה, 500 ננומטר. תמונות AFM של פני השטח של מצע lehfilcon A CL (ג) ומצע הבסיס SiHy (ד) (3 מיקרומטר × 3 מיקרומטר).
פולימרים בהשראה ביולוגית ומבני מברשות פולימריים הם רכים מטבעם ונחקרו רבות ונעשה בהם שימוש ביישומים ביו-רפואיים שונים 74,75,76,77. לכן, חשוב להשתמש בשיטת הננו-אינדנטציה AFM, שיכולה למדוד במדויק ובאמינות את תכונותיהם המכניות. אך יחד עם זאת, התכונות הייחודיות של חומרים רכים במיוחד אלה, כגון מודול אלסטיות נמוך במיוחד, תכולת נוזלים גבוהה ואלסטיות גבוהה, מקשות לעתים קרובות על בחירת החומר, הצורה והגודל הנכונים של גשש הכניסה. זה חשוב כדי שהכניסה לא תדקור את המשטח הרך של הדגימה, מה שיוביל לשגיאות בקביעת נקודת המגע עם המשטח ואזור המגע.
לשם כך, הבנה מקיפה של המורפולוגיה של חומרים ביומימטיים רכים במיוחד (lehfilcon A CL) היא חיונית. מידע על גודל ומבנה מברשות הפולימר המסועפות המתקבלות באמצעות שיטת ההדמיה מספק את הבסיס לאפיון מכני של המשטח באמצעות טכניקות ננו-אינדנטציה AFM. במקום גלאים קולואידליים כדוריים בגודל מיקרון, בחרנו בגלאי סיליקון ניטריד PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) עם קוטר קצה של 140 ננומטר, שתוכנן במיוחד למיפוי כמותי של התכונות המכניות של דגימות ביולוגיות 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84. את הרציונל לשימוש בגלאים חדים יחסית בהשוואה לגלאים קולואידליים קונבנציונליים ניתן להסביר על ידי התכונות המבניות של החומר. מהשוואת גודל קצה הגשוש (~140 ננומטר) למברשות הפולימר המסועפות על פני השטח של lehfilcon A CL, המוצגות באיור 3a, ניתן להסיק שהקצה גדול מספיק כדי לבוא במגע ישיר עם מבני המברשת הללו, מה שמפחית את הסיכוי שהקצה ינענע דרכם. כדי להמחיש נקודה זו, באיור 4 מוצגת תמונת STEM של ה-lehfilcon A CL והקצה המשקע של הגשוש AFM (מצויר בקנה מידה).
סכמטיקה המציגה תמונה STEM של lehfilcon A CL וגשש כניסה ACM (מצויר בקנה מידה).
בנוסף, גודל הקצה של 140 ננומטר קטן מספיק כדי למנוע את הסיכון של כל אחת מהשפעות השיחול הדביקות שדווחו בעבר עבור מברשות פולימר המיוצרות בשיטת הננו-אינדנטציה CP-AFM69,71. אנו מניחים שבשל הצורה החרוט-כדורית המיוחדת והגודל הקטן יחסית של קצה AFM זה (איור 1), אופי עקומת הכוח הנוצרת על ידי ננו-אינדנטציה של lehfilcon A CL לא יהיה תלוי במהירות הכניסה או במהירות הטעינה/פריקה. לכן, היא אינה מושפעת מאפקטים פורואלסטיים. כדי לבחון השערה זו, דגימות lehfilcon A CL הוכנסו למצב כניסה בכוח מקסימלי קבוע באמצעות גלאי PFQNM-LC-A-CAL, אך בשתי מהירויות שונות, ועקומות כוח המתיחה והנסיגה שהתקבלו שימשו לשרטט את הכוח (nN) בהפרדה (מיקרומטר) המוצג באיור 5a. ברור שעקומות הכוח במהלך הטעינה והפריקה חופפות לחלוטין, ואין ראיות ברורות לכך שגזירת הכוח בעומק כניסה אפס עולה עם מהירות הכניסה באיור, דבר המצביע על כך שאלמנטי המברשת הבודדים אופיינו ללא אפקט פורו-אלסטי. לעומת זאת, השפעות אצירת נוזלים (השפעות שיחול צמיגות ואפקטים פורו-אלסטיות) ניכרות עבור גלאי AFM בקוטר 45 מיקרומטר באותה מהירות כניסה ומודגשות על ידי ההיסטרזיס בין עקומות המתיחה והנסיגה, כפי שמוצג באיור 5b. תוצאות אלו תומכות בהשערה ומצביעות על כך שגלאים בקוטר 140 ננומטר הם בחירה טובה לאפיון משטחים רכים כאלה.
עקומות כוח כניסה של lehfilcon A CL באמצעות ACM; (א) שימוש בגשוש בקוטר 140 ננומטר בשני קצבי טעינה, המדגימים את היעדר אפקט פורואלסטי במהלך כניסה על פני השטח; (ב) שימוש בגשושים בקוטר 45 מיקרומטר ו-140 ננומטר. s מראים את ההשפעות של שיחול צמיגה ופורואלסטיות עבור גושים גדולים בהשוואה לגשושים קטנים יותר.
כדי לאפיין משטחים רכים במיוחד, שיטות ננו-אינדנטציה של AFM חייבות לכלול את הגשוש הטוב ביותר לחקר תכונות החומר הנחקר. בנוסף לצורה ולגודל הקצה, הרגישות של מערכת גלאי AFM, הרגישות לסטייה של הקצה בסביבת הבדיקה וקשיחות שלוחה ממלאות תפקיד חשוב בקביעת הדיוק והאמינות של מדידות ננו-אינדנטציה. עבור מערכת ה-AFM שלנו, גבול הגילוי של גלאי רגיש למיקום (PSD) הוא כ-0.5 mV והוא מבוסס על קצב הקפיץ המכויל מראש ורגישות סטיית הנוזל המחושבת של גלאי PFQNM-LC-A-CAL, התואמת לרגישות העומס התיאורטית, שהיא פחות מ-0.1 pN. לכן, שיטה זו מאפשרת מדידה של כוח כניסה מינימלי ≤ 0.1 pN ללא כל רכיב רעש היקפי. עם זאת, כמעט בלתי אפשרי עבור מערכת AFM להפחית רעש היקפי לרמה זו עקב גורמים כגון רעידות מכניות ודינמיקת נוזלים. גורמים אלה מגבילים את הרגישות הכוללת של שיטת הננו-אינדנטציה AFM וגם גורמים לאות רעש רקע של כ- ≤ 10 pN. לצורך אפיון פני השטח, דגימות מצע lehfilcon A CL ו-SiHy עברו אינדנטציה בתנאי הידרטציה מלאה באמצעות גלאי 140 ננומטר לאפיון SEM, ועקומות הכוח שהתקבלו הונחו על גבי כוח (pN) ללחץ. עלילת ההפרדה (מיקרומטר) מוצגת באיור 6a. בהשוואה למצע הבסיס SiHy, עקומת הכוח lehfilcon A CL מראה בבירור שלב מעבר המתחיל בנקודת המגע עם מברשת הפולימר המזלגת ומסתיים בשינוי חד בשיפוע המסמן מגע של הקצה עם החומר הבסיסי. חלק מעבר זה של עקומת הכוח מדגיש את ההתנהגות האלסטית באמת של מברשת הפולימר המסועפת על פני השטח, כפי שמעידה עקומת הדחיסה העוקבת מקרוב אחר עקומת המתיחה והניגוד בתכונות המכניות בין מבנה המברשת לחומר SiHy מגושם. בעת השוואה בין lefilcon. הפרדת האורך הממוצע של מברשת פולימר מסועפת בתמונת STEM של ה-PCS (איור 3א) ועקומת הכוח שלה לאורך האבססיסה באיורים 3א. 6א מראה שהשיטה מסוגלת לזהות את הקצה ואת הפולימר המסועף המגיעים לראש פני השטח. מגע בין מבני המברשת. בנוסף, חפיפה קרובה של עקומות הכוח מצביעה על חוסר אפקט של אצירת נוזלים. במקרה זה, אין שום הידבקות בין המחט לפני השטח של הדגימה. החלקים העליונים של עקומות הכוח עבור שתי הדגימות חופפים, דבר המשקף את הדמיון בתכונות המכניות של חומרי המצע.
(א) עקומות כוח ננו-אינדנטציה AFM עבור מצעי lehfilcon A CL ומצעי SiHy, (ב) עקומות כוח המציגות אומדן נקודת מגע באמצעות שיטת סף רעש הרקע.
על מנת ללמוד את הפרטים העדינים יותר של עקומת הכוח, עקומת המתח של דגימת lehfilcon A CL מוצגת מחדש באיור 6b עם כוח מקסימלי של 50 pN לאורך ציר ה-y. גרף זה מספק מידע חשוב על רעש הרקע המקורי. הרעש נמצא בטווח של ±10 pN, המשמש לקביעה מדויקת של נקודת המגע ולחישוב עומק הכניסה. כפי שדווח בספרות, זיהוי נקודות המגע הוא קריטי להערכה מדויקת של תכונות חומר כגון מודול85. גישה הכוללת עיבוד אוטומטי של נתוני עקומת כוח הראתה התאמה משופרת בין התאמת נתונים למדידות כמותיות עבור חומרים רכים86. בעבודה זו, בחירת נקודות המגע שלנו היא פשוטה יחסית ואובייקטיבית, אך יש לה מגבלות. הגישה השמרנית שלנו לקביעת נקודת המגע עלולה לגרום להערכת יתר קלה של ערכי מודול עבור עומקי כניסה קטנים יותר (< 100 ננומטר). השימוש בזיהוי נקודות מגע מבוסס אלגוריתמים ועיבוד נתונים אוטומטי יכול להיות המשך של עבודה זו בעתיד כדי לשפר עוד יותר את השיטה שלנו. לכן, עבור רעש רקע פנימי בסדר גודל של ±10 pN, אנו מגדירים את נקודת המגע כנקודת הנתונים הראשונה על ציר ה-x באיור 6b עם ערך של ≥10 pN. לאחר מכן, בהתאם לסף הרעש של 10 pN, קו אנכי ברמה של ~0.27 מיקרומטר מסמן את נקודת המגע עם המשטח, ולאחר מכן עקומת המתיחה ממשיכה עד שהמצע מגיע לעומק הזחה של ~270 ננומטר. מעניין לציין, בהתבסס על גודל מאפייני מברשת הפולימר המסועפת (300-400 ננומטר) שנמדדו בשיטת ההדמיה, עומק הזחה של דגימת CL lehfilcon A שנצפתה בשיטת סף רעש הרקע הוא כ-270 ננומטר, קרוב מאוד לגודל המדידה עם STEM. תוצאות אלו מאשרות עוד יותר את התאימות והישימות של הצורה והגודל של קצה גשש ה-AFM להזחה של מבנה מברשת פולימר מסועף רך מאוד וגמיש מאוד זה. נתונים אלו מספקים גם ראיות חזקות התומכות בשיטתנו לשימוש ברעש רקע כסף לאיתור נקודות מגע. לכן, כל תוצאה כמותית המתקבלת ממידול מתמטי והתאמת עקומת כוח צריכה להיות מדויקת יחסית.
מדידות כמותיות באמצעות שיטות ננו-אינדנטציה AFM תלויות לחלוטין במודלים המתמטיים המשמשים לבחירת נתונים ולניתוח שלאחר מכן. לכן, חשוב לקחת בחשבון את כל הגורמים הקשורים לבחירת המזח, תכונות החומר והמכניקה של האינטראקציה ביניהם לפני בחירת מודל מסוים. במקרה זה, גיאומטריית הקצה אופיינה בקפידה באמצעות מיקרוסקופים של SEM (איור 1), ובהתבסס על התוצאות, גלאי ננו-אינדנטציה AFM בקוטר 140 ננומטר עם חרוט קשיח וגיאומטריית קצה כדורית הוא בחירה טובה לאפיון דגימות lehfilcon A CL79. גורם חשוב נוסף שיש להעריך בקפידה הוא גמישות חומר הפולימר הנבדק. למרות שנתוני הננו-אינדנטציה הראשוניים (איורים 5a ו-6a) מתארים בבירור את מאפייני החפיפה של עקומות המתיחה והדחיסה, כלומר, התאוששות אלסטית מלאה של החומר, חשוב ביותר לאשר את האופי האלסטי הטהור של המגעים. לשם כך, בוצעו שתי שקעים עוקבים באותו מיקום על פני השטח של דגימת lehfilcon A CL בקצב שקע של 1 מיקרומטר/שנייה בתנאי הידרציה מלאים. נתוני עקומת הכוח המתקבלים מוצגים באיור 7, וכצפוי, עקומות ההתפשטות והדחיסה של שני ההדפסים כמעט זהות, דבר המדגיש את האלסטיות הגבוהה של מבנה מברשת הפולימר המסועף.
שתי עקומות כוח כניסה באותו מיקום על פני השטח של lehfilcon A CL מצביעות על האלסטיות האידיאלית של פני העדשה.
בהתבסס על מידע שהתקבל מתמונות SEM ו-STEM של קצה הגשוש ומשטח lehfilcon A CL, בהתאמה, מודל החרוט-כדור הוא ייצוג מתמטי סביר של האינטראקציה בין קצה הגשוש AFM לבין חומר הפולימר הרך הנבדק. בנוסף, עבור מודל חרוט-כדור זה, ההנחות הבסיסיות לגבי תכונות האלסטיות של החומר המוטבע מתקיימות עבור חומר ביומימטי חדש זה ומשמשות לכימות מודול האלסטיות.
לאחר הערכה מקיפה של שיטת הננו-אינדנטציה AFM ומרכיביה, כולל תכונות גלאי כניסה (צורה, גודל וקשיחות קפיץ), רגישות (רעשי רקע והערכת נקודת מגע), ומודלים של התאמת נתונים (מדידות מודול כמותיות), נעשה שימוש בשיטה לאפיון דגימות רכות במיוחד הזמינות מסחרית כדי לאמת תוצאות כמותיות. הידרוג'ל פוליאקרילאמיד (PAAM) מסחרי עם מודול אלסטיות של 1 kPa נבדק בתנאי הידרטציה באמצעות גלאי של 140 ננומטר. פרטים על בדיקת המודול והחישובים מסופקים במידע המשלים. התוצאות הראו כי המודולוס הממוצע שנמדד היה 0.92 kPa, וכי הסטייה באחוזים (%) של %RSD מהמודול הידוע היו פחות מ-10%. תוצאות אלו מאשרות את הדיוק והשחזור של שיטת הננו-אינדנטציה AFM ששימשה בעבודה זו למדידת המודולים של חומרים רכים במיוחד. משטחי דגימות lehfilcon A CL ומצע הבסיס SiHy אופיינו עוד יותר באמצעות אותה שיטת ננו-אינדנטציה AFM כדי לחקור את מודול המגע לכאורה של המשטח הרך במיוחד כפונקציה של עומק הכניסה. עקומות הפרדת כוח כניסה נוצרו עבור שלושה דגימות מכל סוג (n = 3; כניסה אחת לכל דגימה) בכוח של 300 pN, מהירות של 1 מיקרומטר/שנייה, והידרציה מלאה. עקומת שיתוף כוח הכניסה קירובה באמצעות מודל חרוט-כדור. כדי לקבל מודול התלוי בעומק הכניסה, חלק ברוחב 40 ננומטר של עקומת הכוח נקבע בכל תוספת של 20 ננומטר החל מנקודת המגע, ונמדדו ערכים של מודול בכל שלב של עקומת הכוח. Spin Cy et al. גישה דומה שימשה לאפיון גרדיאנט המודול של מברשות פולימר פולי(לאוריל מתקרילט) (P12MA) באמצעות ננו-כניסה קולואידלית AFM, והן עולות בקנה אחד עם נתונים המשתמשים במודל מגע הרץ. גישה זו מספקת גרף של מודול מגע לכאורה (kPa) לעומת עומק כניסה (nm), כפי שמוצג באיור 8, הממחיש את גרדיאנט מודול מגע לכאורה/עומק. מודול האלסטיות המחושב של דגימת CL lehfilcon A נמצא בטווח של 2-3 kPa בתוך 100 ננומטר העליונים של הדגימה, ומעבר להם הוא מתחיל לעלות עם העומק. מצד שני, כאשר בודקים את מצע הבסיס SiHy ללא שכבה דמוית מברשת על פני השטח, עומק הכניסה המרבי המושג בכוח של 300 pN הוא פחות מ-50 ננומטר, וערך המודול המתקבל מהנתונים הוא כ-400 kPa, שהוא דומה לערכי מודול יאנג עבור חומרים בתפזורת.
מודול מגע לכאורה (kPa) לעומת עומק כניסה (nm) עבור מצעים של lehfilcon A CL ו-SiHy באמצעות שיטת ננו-כניסה AFM עם גיאומטריית חרוט-כדור למדידת מודול.
המשטח העליון של מבנה מברשת הפולימר המסועף הביומימטי החדש מציג מודול אלסטיות נמוך ביותר (2-3 kPa). מודול זה יתאים לקצה התלוי החופשי של מברשת הפולימר המזלגת כפי שמוצג בתמונת STEM. בעוד שישנן עדויות מסוימות לגרדיאנט מודולוס בקצה החיצוני של ה-CL, המצע העיקרי בעל המודול הגבוה משפיע יותר. עם זאת, 100 הננומטר העליונים של המשטח נמצאים בטווח של 20% מהאורך הכולל של מברשת הפולימר המסועפת, ולכן סביר להניח שהערכים הנמדדים של המודולוס בטווח עומק כניסה זה מדויקים יחסית ואינם תלויים מאוד בהשפעת האובייקט התחתון.
בשל העיצוב הביומימטי הייחודי של עדשות מגע lehfilcon A, המורכבות ממבני מברשות פולימר PMPC מסועפים המושתלים על פני השטח של מצעי SiHy, קשה מאוד לאפיין באופן מהימן את התכונות המכניות של מבני השטח שלהן באמצעות שיטות מדידה מסורתיות. כאן אנו מציגים שיטת ננו-אינדנטציה מתקדמת של AFM לאפיון מדויק של חומרים רכים במיוחד כמו lefilcon A בעלי תכולת מים גבוהה וגמישות גבוהה ביותר. שיטה זו מבוססת על שימוש בגשוש AFM שגודל הקצה והגיאומטריה שלו נבחרים בקפידה כדי להתאים למידות המבניות של תכונות המשטח הרכות במיוחד שיש להטביע. שילוב זה של ממדים בין הגוש למבנה מספק רגישות מוגברת, המאפשרת לנו למדוד את המודול הנמוך ואת תכונות האלסטיות הטבועות של אלמנטים של מברשת פולימר מסועפת, ללא קשר להשפעות פורואלסטיות. התוצאות הראו כי למברשות הפולימר PMPC המסועפות הייחודיות האופייניות לפני השטח של העדשה היה מודול אלסטיות נמוך ביותר (עד 2 kPa) וגמישות גבוהה מאוד (כמעט 100%) כאשר נבדקו בסביבה מימית. תוצאות הננו-אינדנטציה של AFM אפשרו לנו גם לאפיין את מודול המגע/גרדיאנט העומק לכאורה (30 kPa/200 ננומטר) של פני השטח של העדשה הביומימטית. גרדיאנט זה עשוי לנבוע מהבדל המודול בין מברשות הפולימר המסועפות למצע ה-SiHy, או מהמבנה/צפיפות המסועפת של מברשות הפולימר, או משילוב שלהם. עם זאת, יש צורך במחקרים מעמיקים נוספים כדי להבין באופן מלא את הקשר בין מבנה לתכונות, במיוחד את השפעת הסתעפות המברשת על תכונות מכניות. מדידות דומות יכולות לסייע באפיון התכונות המכניות של פני השטח של חומרים רכים במיוחד אחרים ומכשירים רפואיים.
מערכי נתונים שנוצרו ו/או נותחו במהלך המחקר הנוכחי זמינים מהמחברים בהתאמה על פי בקשה סבירה.
רחמטי, מ., סילבה, א.א., רסלנד, ג'.א., הייוורד, ק. והאוגן, ה.י. תגובות ביולוגיות לתכונות פיזיקליות וכימיות של משטחים של חומרים ביולוגיים. Chemical. Society. עורך 49, 5178–5224 (2020).
צ'ן, פ.מ. וליו, ש. שיפור חומרים ביולוגיים שמקורם בבני אדם להנדסת רקמות. תכנות. פולימר. המדע. 53, 86 (2016).
Sadtler, K. et al. תכנון, יישום קליני ותגובה חיסונית של ביו-חומרים ברפואה רגנרטיבית. National Matt Rev. 1, 16040 (2016).
אוליבר וו.ק. ופר ג.מ. שיטה משופרת לקביעת קשיות ומודולוס אלסטיות באמצעות ניסויי כניסה עם מדידות עומס ותזוזה. J. Alma mater. storage tank. 7, 1564–1583 (2011).
וואלי, SM מקורות היסטוריים של בדיקת קשיות הזחה. אלמה מאטר. המדע. טכנולוגיות. 28, 1028–1044 (2012).
ברויטמן, א. מדידות קשיות כניסה בקנה מידה מאקרו, מיקרו וננומטרי: סקירה ביקורתית. tribe. רייט. 65, 1–18 (2017).
קאופמן, ג'יי.די. וקלאפריך, ס.מ. שגיאות בזיהוי פני השטח מובילות להערכת יתר של מודולוס בננו-אינדנטציה של חומרים רכים. J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 312–317 (2009).
כרימזאדה א., קולור ס.ס.ר., אייתולחי מ.ר., בושראה א.ר. ויחיא מ.יו. הערכת שיטת הננו-אינדנטציה לקביעת המאפיינים המכניים של ננו-קומפוזיטים הטרוגניים באמצעות שיטות ניסיוניות וחישוביות. המדע. בית 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, and Owart, TS אפיון מכני של ג'לים ויסקו-אלסטיים רכים על ידי הזחה וניתוח אלמנטים סופיים הפוך מבוסס אופטימיזציה. J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J and Chaneler D. אופטימיזציה של קביעת צמיגות באמצעות מערכות מדידה תואמות. Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
בריסקו, ב.ג'., פיורי, ל. ופלילו, א. ננו-אינדנטציה של משטחים פולימריים. J. Physics. D. Apply for Physics. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. and Van Vliet KJ אפיון תכונות מכניות ויסקואלסטיות של פולימרים אלסטיים ביותר ורקמות ביולוגיות באמצעות הזחה בהלם. Journal of Biomaterials. 71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM הערכת מודול האלסטיות ועבודת ההידבקות של חומרים רכים באמצעות שיטת Borodich-Galanov המורחבת (BG) ודחיפת כניסה עמוקה. fur. alma mater. 129, 198–213 (2019).
Shi, X. et al. מורפולוגיה ננומטרית ותכונות מכניות של משטחים פולימריים ביומימטיים של עדשות מגע סיליקון הידרוג'ל. Langmuir 37, 13961–13967 (2021).