Spas ji bo serdana Nature.com. Hûn guhertoyek gerokê bi piştgiriya CSS-ê ya sînorkirî bikar tînin. Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî Moda Lihevhatinê di Internet Explorer-ê de neçalak bikin). Wekî din, ji bo misogerkirina piştgiriya domdar, em malperê bê şêwaz û JavaScript nîşan didin.
Karûselek ji sê slaytan di carekê de nîşan dide. Bişkokên Berê û Paşê bikar bînin da ku hûn di carekê de di nav sê slaytan de bigerin, an jî bişkokên slaytê yên li dawiyê bikar bînin da ku hûn di carekê de di nav sê slaytan de bigerin.
Bi pêşxistina materyalên nû yên ultra-nerm ji bo amûrên bijîşkî û sepanên biyopizîşkî re, taybetmendiya berfireh a taybetmendiyên wan ên fîzîkî û mekanîkî hem girîng e û hem jî dijwar e. Teknîkek nanoindentasyonê ya mîkroskopiya hêza atomî ya guhertî (AFM) hate sepandin da ku modulusa rûyê pir kêm a lensa têkiliyê ya hîdrojela silîkonê ya biomimetîk a nû ya lehfilcon A ku bi qatek avahiyên firçeya polîmer a şaxkirî hatiye pêçandin, were destnîşankirin. Ev rêbaz dihêle ku xalên têkiliyê bêyî bandorên derxistina vîskoz dema ku nêzîkî polîmerên şaxkirî dibin werin destnîşankirin. Wekî din, ew dihêle ku taybetmendiyên mekanîkî yên hêmanên firçeya takekesî bêyî bandora poroelastîkbûnê werin destnîşankirin. Ev bi hilbijartina probeyek AFM bi sêwiranek (mezinahiya serî, geometrî û rêjeya biharê) ku bi taybetî ji bo pîvandina taybetmendiyên materyalên nerm û nimûneyên biyolojîkî guncan e, tê bidestxistin. Ev rêbaz hesasiyet û rastbûna ji bo pîvandina rast a materyalê pir nerm lehfilcon A, ku xwedan modulusek elastîkbûnê ya pir kêm li ser rûbera rûyê ye (heta 2 kPa) û elastîkbûnek pir zêde di hawîrdora avî ya navxweyî (nêzîkî 100%) de, çêtir dike. Encamên lêkolîna rûberê ne tenê taybetmendiyên rûbera ultra-nerm ên lensa lehfilcon A eşkere kirin, lê di heman demê de nîşan dan ku modula firçeyên polîmer ên şaxkirî bi ya substrata silîkon-hîdrojenê re berawirdî ye. Ev teknîka taybetmendiya rûberê dikare li ser materyalên ultra-nerm û amûrên bijîşkî yên din jî were sepandin.
Taybetmendiyên mekanîkî yên materyalên ku ji bo têkiliya rasterast bi tevnên zindî re hatine sêwirandin pir caran ji hêla jîngeha biyolojîkî ve têne destnîşankirin. Lihevhatina bêkêmasî ya van taybetmendiyên materyalê dibe alîkar ku taybetmendiyên klînîkî yên xwestî yên materyalê bêyî ku bibe sedema bertekên hucreyî yên neyînî werin bidestxistin1,2,3. Ji bo materyalên homojen ên girseyî, taybetmendiya taybetmendiyên mekanîkî ji ber hebûna prosedurên standard û rêbazên ceribandinê (mînak, mîkro-çapkirin4,5,6) nisbeten hêsan e. Lêbelê, ji bo materyalên pir nerm ên wekî jel, hîdrojel, biyopolîmer, şaneyên zindî, hwd., ev rêbazên ceribandinê bi gelemperî ji ber sînorkirinên çareseriya pîvandinê û nehomojeniya hin materyalan nayên sepandin7. Bi salan, rêbazên çapkirina kevneşopî hatine guhertin û adaptekirin da ku cûrbecûr materyalên nerm diyar bikin, lê gelek rêbaz hîn jî ji kêmasiyên cidî dikişînin ku karanîna wan sînordar dikin8,9,10,11,12,13. Nebûna rêbazên ceribandinê yên pispor ên ku dikarin taybetmendiyên mekanîkî yên materyalên pir nerm û tebeqeyên rûyê bi awayekî rast û pêbawer diyar bikin, karanîna wan di gelek serîlêdanan de bi giranî sînordar dike.
Di xebata me ya berê de, me lenza têkiliyê ya lehfilcon A (CL) da nasîn, ku materyalek nerm û heterojen e ku hemî taybetmendiyên rûyê pir nerm hene ku ji sêwiranên potansiyel ên biyomîmetîk ên ku ji rûyê kornea çav îlhama xwe digirin. Ev biyomateryalê bi rêya qatek polîmer a şaxkirî û xaçerêkirî ya polî(2-metakrîloîloksîetîlfosforîlkolîn (MPC)) (PMPC) li ser hîdrojelek silîkon (SiHy) 15 ku ji bo amûrên bijîşkî li ser bingeha wê hatî çêkirin, hate pêşve xistin. Ev pêvajoya şandinê li ser rûyê qatek diafirîne ku ji avahiyek firçeya polîmerîk a şaxkirî ya pir nerm û pir elastîk pêk tê. Xebata me ya berê piştrast kir ku avahiya biyomîmetîk a lehfilcon A CL taybetmendiyên rûyê yên bilindtir peyda dike wekî pêşîlêgirtina şilbûn û qirêjbûnê ya çêtir, zêdebûna rûnkirinê, û kêmkirina girêdana hucre û bakteriyan15,16. Wekî din, karanîn û pêşvebirina vê materyalê biyomîmetîk her weha berfirehkirina bêtir ji bo amûrên din ên biyomedikal pêşniyar dike. Ji ber vê yekê, girîng e ku taybetmendiyên rûyê vê materyalê pir nerm werin destnîşankirin û têkiliya wê ya mekanîkî bi çav re were fêmkirin da ku bingehek zanînê ya berfireh were afirandin da ku piştgirîya pêşkeftin û serîlêdanên pêşerojê bike. Piraniya lensên têkiliyê yên SiHy yên bazirganî ji tevliheviyek homojen a polîmerên hîdrofîlîk û hîdrofobîk pêk tên ku avahiyek materyalê ya yekreng çêdikin17. Gelek lêkolîn hatine kirin da ku taybetmendiyên wan ên mekanîkî bi karanîna rêbazên ceribandina zext, kişandin û mîkro-çalkirinê yên kevneşopî werin lêkolîn kirin18,19,20,21. Lêbelê, sêwirana biyomîmetîk a nû ya lehfilcon A CL wê dike materyalek bêhempa ya heterojen ku tê de taybetmendiyên mekanîkî yên avahiyên firçeya polîmer a şaxkirî bi girîngî ji yên substrata bingehîn a SiHy cuda ne. Ji ber vê yekê, pir dijwar e ku meriv van taybetmendiyan bi karanîna rêbazên kevneşopî û çalkirinê bi rastî bihejmêre. Rêbazek sozdar rêbaza ceribandina nano-çalkirinê ya ku di mîkroskopiya hêza atomî (AFM) de hatî bicîh kirin bikar tîne, rêbazek ku ji bo destnîşankirina taybetmendiyên mekanîkî yên materyalên viskoelastîk ên nerm ên wekî hucre û tevnên biyolojîkî, û her weha polîmerên nerm22,23,24,25 hatiye bikar anîn. ,26,27,28,29,30. Di nanoindentasyona AFM de, bingehên ceribandina nanoindentasyonê bi pêşketinên herî dawî yên di teknolojiya AFM de têne hev kirin da ku hesasiyeta pîvandinê û ceribandina rêzek fireh ji materyalên xwezayî yên pir nerm peyda bikin31,32,33,34,35,36. Wekî din, teknoloji bi karanîna geometrîyên cûda, indenter û probê û îhtîmala ceribandinê di medyayên şile yên cûda de avantajên din ên girîng pêşkêş dike.
Nanoindentasyona AFM dikare bi şertî li sê pêkhateyên sereke were dabeş kirin: (1) amûr (sensor, detektor, sondaj, hwd.); (2) parametreyên pîvandinê (wek hêz, cihguherandin, leza, mezinahiya rampê, hwd.); (3) Pêvajoya daneyan (sererastkirina xeta bingehîn, texmîna xala destdanê, guncandina daneyan, modelkirin, hwd.). Pirsgirêkek girîng bi vê rêbazê re ev e ku çend lêkolînên di wêjeyê de ku nanoindentasyona AFM bikar tînin encamên hejmarî yên pir cûda ji bo heman celebê nimûne/hucre/materyalê radigihînin37,38,39,40,41. Mînakî, Lekka et al. Bandora geometrîya sondaya AFM li ser modula Young a pîvandî ya nimûneyên hîdrojela mekanîkî homojen û hucreyên heterojen hate lêkolîn kirin û berhev kirin. Ew radigihînin ku nirxên modulus bi giranî bi hilbijartina kantilever û şeklê serî ve girêdayî ne, bi nirxa herî bilind ji bo sonda bi şiklê pîramîdê û nirxa herî nizm 42 ji bo sonda sferîk. Bi heman awayî, Selhuber-Unkel et al. Hatiye nîşandan ku leza îndenterê, mezinahiya îndenterê û stûriya nimûneyên polîakrîlamîd (PAAM) çawa bandorê li modula Young dike ku bi nanoîndentasyona ACM43 tê pîvandin. Faktorek din a tevlihev nebûna materyalên testa modula pir kêm a standard û prosedurên testa belaş e. Ev yek pir dijwar dike ku meriv bi bawerî encamên rast bi dest bixe. Lêbelê, rêbaz ji bo pîvandinên nisbî û nirxandinên berawirdî di navbera celebên nimûneyên wekhev de pir bikêrhatî ye, mînakî karanîna nanoîndentasyona AFM ji bo cudakirina hucreyên normal ji hucreyên penceşêrê 44, 45.
Dema ku materyalên nerm bi nanoindentasyona AFM têne ceribandin, qaîdeyek giştî ew e ku probek bi sabîteke biharê ya nizm (k) were bikar anîn ku bi modula nimûneyê re nêzîk be û serê wê nîv-sferîk/dor be da ku proba yekem di têkiliya yekem de bi materyalên nerm re rûyên nimûneyê neqelişe. Her weha girîng e ku sînyala xwarbûnê ya ji hêla probê ve hatî çêkirin têra xwe xurt be ku ji hêla pergala detektora lazer ve were tespît kirin 24,34,46,47. Di rewşa hucre, tevn û jelên heterojen ên pir nerm de, dijwariyek din ew e ku meriv hêza pêvekirinê ya di navbera probê û rûyê nimûneyê de derbas bike da ku pîvandinên dubarekirî û pêbawer misoger bike 48,49,50. Heta van demên dawî, piraniya xebatên li ser nanoindentasyona AFM li ser lêkolîna tevgera mekanîkî ya hucre, tevn, jel, hîdrojel û biyomolekulên biyolojîkî bi karanîna probên sferîk ên nisbeten mezin, ku bi gelemperî wekî probên koloîdî (CP) têne binav kirin, bal kişandiye. , 47, 51, 52, 53, 54, 55. Van serî xwedî radiusek ji 1 heta 50 µm ne û bi gelemperî ji cama borosîlîkat, polîmetîl metakrîlat (PMMA), polîstîren (PS), dîoksîda silîkonê (SiO2) û karbona mîna elmasê (DLC) têne çêkirin. Her çend nanoindentasyona CP-AFM pir caran hilbijartina yekem ji bo taybetmendiya nimûneya nerm be jî, pirsgirêk û sînorkirinên wê hene. Bikaranîna serên sferîk ên mezin, bi mezinahiya mîkron, qada têkiliya giştî ya serî bi nimûneyê re zêde dike û dibe sedema windabûnek girîng a çareseriya fezayî. Ji bo nimûneyên nerm, nehomojen, ku taybetmendiyên mekanîkî yên hêmanên herêmî dikarin ji navînî li ser deverek firehtir bi girîngî cûda bibin, indentasyona CP dikare her nehomojenî di taybetmendiyan de li ser pîvanek herêmî veşêre52. Sondajên koloîdal bi gelemperî bi girêdana sferên koloîdal ên bi mezinahiya mîkron bi konsolên bêserî re bi karanîna zeliqên epoksî têne çêkirin. Pêvajoya çêkirinê bi xwe tijî gelek pirsgirêkan e û dikare bibe sedema nelihevhatinan di pêvajoya kalibrkirina sondayê de. Herwiha, mezinahî û giraniya perçeyên koloîdî rasterast bandorê li parametreyên sereke yên kalibrkirinê yên kantileverê dikin, wek frekansa rezonansê, hişkbûna biharê, û hesasiyeta xwarbûnê56,57,58. Ji ber vê yekê, rêbazên ku bi gelemperî ji bo sondajên AFM yên kevneşopî têne bikar anîn, wek kalibrkirina germahiyê, dibe ku kalibrkirinek rast ji bo CP peyda nekin, û dibe ku rêbazên din hewce bin da ku van rastkirinan pêk bînin57, 59, 60, 61. Ceribandinên tîpîk ên îndentasyona CP kantilevera devîasyonên mezin bikar tînin da ku taybetmendiyên nimûneyên nerm lêkolîn bikin, ku pirsgirêkek din diafirîne dema ku tevgera ne-xêzik a kantileverê di devîasyonên nisbeten mezin de kalibr dike62,63,64. Rêbazên îndentasyona sondaya koloîdî ya nûjen bi gelemperî geometrîya kantilevera ku ji bo kalibrkirina sondayê tê bikar anîn li ber çavan digirin, lê bandora perçeyên koloîdî paşguh dikin, ku nezelaliyek zêde di rastbûna rêbazê de diafirîne38,61. Bi heman awayî, modulên elastîk ên ku bi adaptekirina modela têkiliyê têne hesibandin rasterast bi geometrîya sonda qulkirinê ve girêdayî ne, û nelihevhatina di navbera taybetmendiyên rûyê serî û nimûneyê de dikare bibe sedema nerastbûnan27, 65, 66, 67, 68. Hin xebatên dawî yên Spencer et al. Faktorên ku divê dema taybetmendiya firçeyên polîmer ên nerm bi karanîna rêbaza nanoqulkirinê ya CP-AFM werin hesibandin têne ronî kirin. Wan ragihand ku ragirtina şilekek vîskoz di firçeyên polîmer de wekî fonksiyonek lezê dibe sedema zêdebûna barkirina serî û ji ber vê yekê pîvandinên cûda yên taybetmendiyên girêdayî lezê30,69,70,71.
Di vê lêkolînê de, me modulusa rûyê materyalê pir nerm û pir elastîk lehfilcon A CL bi karanîna rêbaza nanoindentasyona AFM ya guherandî diyar kir. Bi saya taybetmendî û avahiya nû ya vê materyalê, rêjeya hesasiyeta rêbaza indentasyona kevneşopî bi eşkereyî ne bes e ku modulusa vê materyalê pir nerm diyar bike, ji ber vê yekê pêdivî ye ku rêbaza nanoindentasyona AFM bi hesasiyetek bilindtir û hesasiyetek nizmtir were bikar anîn. Piştî nirxandina kêmasî û pirsgirêkên teknîkên nanoindentasyona sonda AFM ya koloidî ya heyî, em nîşan didin ka çima me sonda AFM ya piçûktir û bi sêwirana xwerû hilbijart da ku hesasiyet, dengê paşxaneyê, xala têkiliyê ya rast destnîşan bikin, modulusa leza materyalên nerm ên nehevseng ên wekî girêdayîbûna ragirtina şilavê bipîvin. û hejmartina rast. Wekî din, em karîn şekil û pîvanên serê indentasyonê bi rastî bipîvin, ku dihêle em modela lihevhatina kon-sfer bikar bînin da ku modulusa elastîkbûnê bêyî nirxandina qada têkiliyê ya serî bi materyalê re diyar bikin. Du texmînên nepenî yên ku di vê xebatê de têne hejmartin taybetmendiyên materyalê bi tevahî elastîk û modulusa serbixwe ya kûrahiya indentasyonê ne. Bi karanîna vê rêbazê, me pêşî standardên ultra-nerm bi modulusek diyarkirî ceriband da ku rêbazê bihejmêrin, û dûv re ev rêbaz bikar anî da ku rûyên du materyalên lensên têkiliyê yên cûda diyar bike. Tê payîn ku ev rêbaza diyar kirina rûyên nanoindentasyonê yên AFM bi hesasiyetek zêde ji bo rêzek fireh ji materyalên ultra-nerm ên heterojen ên biyomîmetîk bi karanîna potansiyel di cîhazên bijîşkî û sepanên biyomedikal de were sepandin.
Lensên têkiliyê yên Lehfilcon A (Alcon, Fort Worth, Texas, USA) û substratên wan ên hîdrojela silîkonî ji bo ceribandinên nanoindentasyonê hatin hilbijartin. Di ceribandinê de çîmentoyek lensê ya bi taybetî hatî çêkirin hat bikar anîn. Ji bo sazkirina lensê ji bo ceribandinê, ew bi baldarî li ser standa qubeyî hat danîn, piştrast kirin ku tu bilbilên hewayê nekevin hundur, û dûv re bi qiraxan hat rast kirin. Kunek di cîhaza li jorê girêderê lensê de gihîştina navenda optîkî ya lensê ji bo ceribandinên nanoindentasyonê peyda dike dema ku şilek di cîh de tê girtin. Ev lensan bi tevahî hîdrat dike. 500 μl çareseriya pakkirina lensên têkiliyê wekî çareseriya ceribandinê hat bikar anîn. Ji bo verastkirina encamên hejmarî, hîdrojelên polîakrîlamîd ên ne-çalakkirî (PAAM) yên bazirganî ji pêkhateyek polîakrîlamîd-ko-metîlen-bîsakrîlamîdê (tabên Petrisoft Petri yên 100 mm, Matrigen, Irvine, CA, USA) hatin amadekirin, modulusek elastîk a naskirî ya 1 kPa. 4-5 dilop (nêzîkî 125 µl) şorba tamponkirî ya fosfatê (PBS ji Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, DYA) û 1 dilop ji çareseriya lensên têkiliyê yên OPTI-FREE Puremoist (Alcon, Vaud, TX, DYA) li ser rûbera hîdrojel-probê ya AFM bikar bînin.
Nimûneyên substratên Lehfilcon A CL û SiHy bi karanîna pergala Mîkroskopa Elektronîk a Skenkirina Emisyona Zeviyê ya FEI Quanta 250 (FEG SEM) ku bi detektorek Mîkroskopa Elektronîk a Veguhestina Skenkirinê (STEM) ve hatî sazkirin, hatin xuyang kirin. Ji bo amadekirina nimûneyan, lens pêşî bi avê hatin şuştin û bûn perçeyên bi şiklê pîteyê. Ji bo bidestxistina kontrastek cûda di navbera pêkhateyên hîdrofîlîk û hîdrofobîk ên nimûneyan de, çareseriyek 0.10% ya RuO4 wekî boyax hate bikar anîn, ku nimûne 30 hûrdeman tê de hatin hiştin. Boyaxkirina lehfilcon A CL RuO4 ne tenê ji bo bidestxistina kontrastek cûda ya çêtir girîng e, lê di heman demê de dibe alîkar ku avahiya firçeyên polîmer ên şaxkirî di forma wan a orîjînal de were parastin, ku dûv re li ser wêneyên STEM xuya dibin. Dûv re ew di rêze tevliheviyên etanol/avê de bi zêdebûna konsantrasyona etanolê hatin şuştin û zuwa kirin. Dûv re nimûne bi epoksiya EMBed 812/Araldite hatin avêtin, ku bi şev di 70°C de hişk bû. Blokên nimûneyên ku bi polîmerîzasyona rezînê hatine bidestxistin bi ultramîkrotomê hatin birîn, û beşên zirav ên encam bi detektorek STEM di moda valahiya nizm de bi voltaja lezkirinê ya 30 kV hatin xuyang kirin. Heman pergala SEM ji bo taybetmendiya berfireh a proba PFQNM-LC-A-CAL AFM (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) hate bikar anîn. Wêneyên SEM ên proba AFM di moda valahiya bilind a tîpîk de bi voltaja lezkirinê ya 30 kV hatin bidestxistin. Wêneyan di goşeyên û mezinbûnên cûda de bigirin da ku hemî hûrguliyên şekil û mezinahiya serê proba AFM tomar bikin. Hemî pîvanên serê yên balkêş di wêneyan de bi dîjîtal hatin pîvandin.
Mîkroskopa hêza atomî ya Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) bi moda "PeakForce QNM di Fluid de" ji bo dîtbarîkirin û nanoindentkirina nimûneyên lehfilcon A CL, substrata SiHy, û hîdrojela PAAm hate bikar anîn. Ji bo ceribandinên wênekirinê, probeke PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) bi nîvkada serî ya nominal a 1 nm hate bikar anîn da ku wêneyên çareseriya bilind ên nimûneyê bi rêjeya skankirinê ya 0.50 Hz werin girtin. Hemî wêne di çareseriya avî de hatin kişandin.
Ceribandinên nanoindentasyona AFM bi karanîna probeke PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) hatin kirin. Probeya AFM xwedî serê silîkonê ye li ser kantileverek nîtrîdê bi stûriya 345 nm, dirêjahiya 54 µm û firehiya 4.5 µm bi frekanseke rezonansê ya 45 kHz. Ew bi taybetî ji bo taybetmendîkirin û pêkanîna pîvandinên nanomekanîkî yên hejmarî li ser nimûneyên biyolojîkî yên nerm hatiye çêkirin. Sensor li kargehê bi mîhengên biharê yên pêş-kalîbrkirî bi ferdî têne kalibr kirin. Sabîtên biharê yên probên ku di vê lêkolînê de hatine bikar anîn di navbera 0.05-0.1 N/m de bûn. Ji bo diyarkirina rast a şekil û mezinahiya serî, prob bi karanîna SEM bi hûrgulî hate taybetmendî kirin. Li ser şekil 1a mîkrografek elektronê ya şopandina çareseriya bilind, mezinbûnek nizm a probeya PFQNM-LC-A-CAL nîşan dide, ku dîtinek holîstîk a sêwirana probê peyda dike. Li ser şekil 1b dîtinek mezinbûyî ya serê serê probê nîşan dide, ku agahdarî li ser şekil û mezinahiya serî peyda dike. Li dawiya herî dawî, derzî nîvkada bi qasî 140 nm di qutra xwe de ye (Wêne 1c). Li jêr vê, serî teng dibe û dibe konîk, digihîje dirêjahiya pîvandî ya bi qasî 500 nm. Li derveyî herêma tengbûnê, serî silindirî ye û bi dirêjahiya tevahî ya serî ya 1.18 µm diqede. Ev beşa fonksiyonel a sereke ya serê probê ye. Wekî din, probeke mezin a sferîk a polîstîren (PS) (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, USA) bi qutra serî ya 45 µm û sabîta biharê ya 2 N/m jî ji bo ceribandinê wekî probeke koloîdal hate bikar anîn. bi proba PFQNM-LC-A-CAL 140 nm ji bo berawirdkirinê.
Hatiye ragihandin ku di dema nanoindentasyonê de şilek dikare di navbera sonda AFM û avahiya firçeya polîmer de asê bimîne, ku dê hêzek ber bi jor ve li ser sonda AFM-ê bike berî ku ew bi rastî li rûyê wê bikeve69. Ev bandora derzîkirina vîskoz ji ber ragirtina şilavê dikare xala têkiliyê ya eşkere biguherîne, bi vî rengî bandorê li pîvandina modula rûyê bike. Ji bo lêkolîna bandora geometrîya sondayê û leza indentasyonê li ser ragirtina şilavê, xêzên hêza indentasyonê ji bo nimûneyên lehfilcon A CL bi karanîna sonda bi qûtra 140 nm bi rêjeyên cîhguherîna sabît ên 1 µm/s û 2 µm/s hatin xêzkirin. Qûtra sondayê 45 µm, mîhenga hêza sabît 6 nN di 1 µm/s de hate bidestxistin. Ceribandinên bi sonda bi qûtra 140 nm bi leza indentasyonê 1 µm/s û hêzek sabît a 300 pN hatin kirin, ku ji bo afirandina zextek têkiliyê di nav rêza fîzyolojîkî (1-8 kPa) ya çavê jorîn de hatin hilbijartin. zexta 72. Nimûneyên nerm û amade yên hîdrojela PAA bi zexta 1 kPa ji bo hêza îndentasyonê ya 50 pN bi leza 1 μm/s bi karanîna probeke bi qûtra 140 nm hatin ceribandin.
Ji ber ku dirêjahiya beşa konîk a serê sonda PFQNM-LC-A-CAL bi qasî 500 nm e, ji bo her kûrahiya îndentasyonê < 500 nm dikare bi ewlehî were texmîn kirin ku geometrîya sondayê di dema îndentasyonê de dê bi şiklê xwe yê konî re rast bimîne. Wekî din, tê texmîn kirin ku rûyê materyalê di bin ceribandinê de dê bersivek elastîk a berevajî nîşan bide, ku dê di beşên jêrîn de jî were piştrast kirin. Ji ber vê yekê, li gorî şekil û mezinahiya serî, me modela lihevhatina kon-sferê ya ku ji hêla Briscoe, Sebastian û Adams ve hatî pêşve xistin, ku di nermalava firoşkar de heye, hilbijart da ku ceribandinên me yên nanoîndentasyona AFM (NanoScope) pêvajo bikin. Nermalava analîzkirina daneyên veqetandinê, Bruker) 73. Model têkiliya hêz-cihguherînê F(δ) ji bo konek bi kêmasiyek lûtkeya sferîk vedibêje. Li ser şekil. Wêne 2 geometrîya têkiliyê di dema têkiliya konekî hişk bi serê sferîk re nîşan dide, ku R nîvravîsa serê sferîk e, a nîvravîsa têkiliyê ye, b nîvravîsa têkiliyê li dawiya serê sferîk e, δ nîvravîsa têkiliyê ye. Kûrahiya qulbûnê, θ nîvgoşeya konê ye. Wêneya SEM ya vê sondayê bi zelalî nîşan dide ku serê sferîk ê bi çapa 140 nm bi awayekî tangentyal di nav konekî de dibe yek, ji ber vê yekê li vir b tenê bi rêya R tê destnîşankirin, ango b = R cos θ. Nermalava ku ji hêla firoşkar ve hatî peyda kirin têkiliyek kon-sfer peyda dike da ku nirxên modula Young (E) ji daneyên veqetandina hêzê hesab bike bi texmîna a > b. Têkilî:
ku F hêza çikandinê ye, E modula Young e, ν rêjeya Poisson e. Radyusa têkiliyê a dikare bi karanîna: were texmînkirin.
Nexşeya geometrîya têkiliyê ya konekî hişk bi serê sferîk ku bi qatek rûyê firçeyên polîmer ên şaxkirî ve di nav materyalê lensa têkiliyê ya Lefilcon de hatiye pêlkirin.
Eger a ≤ b be, têkilî vedigere hevkêşeya îndenterê sferîk ê kevneşopî;
Em bawer dikin ku têkiliya sonda îndentasyonê bi avahiya şaxkirî ya firçeya polîmer a PMPC re dê bibe sedema ku radyusa têkiliyê a ji radyusa têkiliya sferîk b mezintir be. Ji ber vê yekê, ji bo hemî pîvandinên hejmarî yên modula elastîk ên ku di vê lêkolînê de hatine kirin, me girêdayîbûna ku ji bo rewşa a > b hatî bidestxistin bikar anî.
Materyalên biyomîmetîk ên ultranerm ên ku di vê lêkolînê de hatine lêkolînkirin, bi berfirehî bi karanîna mîkroskopiya elektrona veguhestina şopandinê (STEM) ya beşa xaçerê ya nimûneyê û mîkroskopiya hêza atomî (AFM) ya rûyê, bi karanîna berfireh hatine wênekirin. Ev taybetmendiya rûyê berfireh wekî berfirehkirinek ji xebata me ya berê ya weşandî hate kirin, ku tê de me diyar kir ku avahiya firçeya polîmerîk a dînamîk şaxkirî ya rûyê lehfilcon A CL ya PMPC-guherandî taybetmendiyên mekanîkî yên dişibin tevna korneayê ya xwemalî nîşan dide 14. Ji bo vê sedemê, em rûyên lensên têkiliyê wekî materyalên biyomîmetîk bi nav dikin 14. Li ser şekil 3a,b beşên xaçerê yên avahiyên firçeya polîmer a PMPC ya şaxkirî li ser rûyê substratek lehfilcon A CL û substratek SiHy ya nehatî dermankirin, bi rêzê ve, nîşan didin. Rûyên her du nimûneyan bi karanîna wêneyên AFM-ê yên çareseriya bilind bêtir hatin analîzkirin, ku encamên analîza STEM-ê bêtir piştrast kirin (Şekil 3c, d). Bi hev re, ev wêne dirêjahiyek texmînî ya avahiya firçeya polîmer a şaxkirî ya PMPC li 300-400 nm didin, ku ji bo şîrovekirina pîvandinên nanoindentasyona AFM girîng e. Çavdêriyek din a girîng ku ji wêneyan hatiye wergirtin ev e ku avahiya rûyê giştî ya materyalê biyomîmetîk ê CL ji hêla morfolojîkî ve ji ya materyalê substrata SiHy cuda ye. Ev cudahî di morfolojiya rûyê wan de dikare di dema têkiliya wan a mekanîkî de bi proba AFM-ya îndentîner û paşê di nirxên modulên pîvandî de diyar bibe.
Wêneyên STEM ên xaçerêyî yên (a) lehfilcon A CL û (b) substrata SiHy. Şêweya pîvanê, 500 nm. Wêneyên AFM yên rûyê substrata lehfilcon A CL (c) û substrata bingehîn a SiHy (d) (3 µm × 3 µm).
Polîmer û avahiyên firçeyên polîmer ên bi îlhama biyolojîk bi xwezayî nerm in û bi berfirehî di gelek sepanên biyomedikal de hatine lêkolîn kirin û bikar anîn74,75,76,77. Ji ber vê yekê, girîng e ku rêbaza nanoindentation ya AFM were bikar anîn, ku dikare taybetmendiyên wan ên mekanîkî bi awayekî rast û pêbawer bipîve. Lê di heman demê de, taybetmendiyên bêhempa yên van materyalên ultra-nerm, wekî modula elastîk a pir kêm, naveroka şilava bilind û elastîkbûna bilind, pir caran hilbijartina materyal, şekil û şeklê rast a proba indentasyonê dijwar dike. Ev girîng e da ku indenter rûyê nerm ê nimûneyê neqelişe, ku dê bibe sedema xeletiyan di destnîşankirina xala têkiliyê bi rûyê û qada têkiliyê de.
Ji bo vê yekê, têgihîştineke berfireh a morfolojiya materyalên biyomîmetîk ên ultra-nerm (lehfilcon A CL) girîng e. Agahdariya li ser mezinahî û avahiya firçeyên polîmer ên şaxkirî yên ku bi karanîna rêbaza wênekirinê hatine bidestxistin, bingeha taybetmendiya mekanîkî ya rûberê bi karanîna teknîkên nanoindentasyona AFM peyda dike. Li şûna sondajên koloîdal ên sferîk ên bi mezinahiya mîkron, me sonda nîtrîda silîkonê ya PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) bi çapa serî ya 140 nm hilbijart, ku bi taybetî ji bo nexşeya hejmarî ya taybetmendiyên mekanîkî yên nimûneyên biyolojîkî hatî çêkirin 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84 Sedema karanîna sondajên nisbeten tûj li gorî sondajên koloîdal ên kevneşopî dikare bi taybetmendiyên avahîsaziyê yên materyalê were ravekirin. Dema ku mezinahiya serê probê (~140 nm) bi firçeyên polîmer ên şaxkirî yên li ser rûyê CL lehfilcon A, ku di Şekil 3a de tê nîşandan, tê berawirdkirin, meriv dikare bigihîje wê encamê ku serî têra xwe mezin e ku rasterast bi van avahiyên firçeyê re bikeve têkiliyê, ku ev yek şansê derbasbûna serî ji wan kêm dike. Ji bo ravekirina vê xalê, di Şekil 4 de wêneyek STEM a lehfilcon A CL û serê îndentî ya probê AFM (li gorî pîvanê hatiye xêzkirin) heye.
Nexşeya şematîk wêneya STEM ya lehfilcon A CL û probeke çîpkirina ACM nîşan dide (li gorî pîvanê hatiye xêzkirin).
Herwiha, mezinahiya serî ya 140 nm têra xwe piçûk e ku ji xetera bandorên derxistina zeliqok ên ku berê ji bo firçeyên polîmer ên ku bi rêbaza nanoindentasyona CP-AFM têne hilberandin hatine ragihandin dûr bikeve69,71. Em texmîn dikin ku ji ber şeklê kon-sferîk ê taybetî û mezinahiya nisbeten piçûk a vê serê AFM (Wêne 1), xwezaya xêza hêzê ya ku ji hêla nanoindentasyona lehfilcon A CL ve hatî çêkirin dê ne girêdayî leza indentasyonê an leza barkirin/daxistinê be. Ji ber vê yekê, ew ji hêla bandorên poroelastîk ve nayê bandor kirin. Ji bo ceribandina vê hîpotezê, nimûneyên lehfilcon A CL bi hêzek herî zêde ya sabît bi karanîna probeyek PFQNM-LC-A-CAL, lê bi du leza cûda hatin indent kirin, û xêzên hêza kişandin û vekişînê yên encam ji bo xêzkirina hêzê (nN) di veqetandinê de (µm) di Wêne 5a de têne nîşandan hatin bikar anîn. Eşkere ye ku xêzên hêzê di dema barkirin û dakêşanê de bi tevahî li hev dikevin, û di wêneyê de delîlek zelal tune ku şikestina hêzê di kûrahiya sifir a çîpkirinê de bi leza çîpkirinê zêde dibe, ku ev yek nîşan dide ku hêmanên firçeyê yên takekesî bêyî bandorek poroelastîk hatine taybetmendîkirin. Berevajî vê, bandorên ragirtina şilavê (derxistina vîskoz û bandorên poroelastîkbûnê) ji bo proba AFM ya bi qutra 45 µm di heman leza çîpkirinê de eşkere ne û bi hîsterezîsa di navbera xêzên dirêjkirin û vekişînê de têne ronîkirin, wekî ku di Wêne 5b de tê xuyang kirin. Ev encam piştgirî didin hîpotezê û pêşniyar dikin ku probayên bi qutra 140 nm ji bo taybetmendîkirina rûberên nerm ên weha hilbijartinek baş in.
lehfilcon Xêzên hêza îndentasyona CL A bi karanîna ACM; (a) bi karanîna probeke bi qûtra 140 nm di du rêjeyên barkirinê de, nebûna bandora poroelastîk di dema îndentasyona rûvî de nîşan dide; (b) bi karanîna probên bi qûtra 45 µm û 140 nm. s bandorên derxistina vîskoz û poroelastîkîteyê ji bo probên mezin li gorî probên piçûktir nîşan dide.
Ji bo taybetmendiya rûberên ultranerm, rêbazên nanoindentation ên AFM divê xwedî proba herî baş bin da ku taybetmendiyên materyalê di bin lêkolînê de lêkolîn bikin. Ji bilî şekil û mezinahiya serî, hesasiyeta pergala detektora AFM, hesasiyeta li hember xwarbûna serî di hawîrdora ceribandinê de, û hişkbûna kantilever di destnîşankirina rastbûn û pêbaweriya pîvandinên nanoindentation de rolek girîng dilîzin. Ji bo pergala me ya AFM, sînorê tespîtkirina Detektora Hesas a Pozîsyonê (PSD) bi qasî 0.5 mV ye û li ser rêjeya biharê ya pêş-kalîbrkirî û hesasiyeta xwarbûna şilavê ya hesabkirî ya proba PFQNM-LC-A-CAL, ku bi hesasiyeta barkirina teorîk re têkildar e, ji 0.1 pN kêmtir e. Ji ber vê yekê, ev rêbaz dihêle ku pîvandina hêzek xwarbûna herî kêm ≤ 0.1 pN bêyî pêkhateya dengê periferîk were kirin. Lêbelê, ji bo pergala AFM-ê hema hema ne gengaz e ku dengê periferîk ji ber faktorên wekî lerizîna mekanîkî û dînamîkên şilavê kêm bike vê astê. Ev faktor hesasiyeta giştî ya rêbaza nanoindentasyona AFM sînordar dikin û di heman demê de dibin sedema sînyala dengê paşxaneyê ya bi qasî ≤ 10 pN. Ji bo taybetmendiya rûyê, nimûneyên substrata lehfilcon A CL û SiHy di bin şert û mercên bi tevahî hîdratkirî de bi karanîna probeyeke 140 nm ji bo taybetmendiya SEM hatin indentkirin, û xêzên hêzê yên encam di navbera hêz (pN) û zextê de hatin ser hev. Nexşeya veqetandinê (µm) di Wêne 6a de tê nîşandan. Li gorî substrata bingehîn a SiHy, xêza hêza lehfilcon A CL bi zelalî qonaxek veguhêz nîşan dide ku ji xala têkiliyê bi firçeya polîmer a şaxkirî dest pê dike û bi guherînek tûj di meyla nîşankirina têkiliya serî bi materyalê bingehîn re diqede. Ev beşa veguhêz a xêza hêzê tevgera bi rastî elastîk a firçeya polîmer a şaxkirî li ser rûyê ronî dike, wekî ku ji hêla xêza zextê ve ku ji nêz ve xêza tengezariyê dişopîne û berevajîbûna di taybetmendiyên mekanîkî de di navbera avahiya firçeyê û materyalê SiHy yê giran de tê îspat kirin. Dema ku lefilcon tê berhev kirin. Veqetandina dirêjahiya navînî ya firçeyek polîmer a şaxkirî di wêneya STEM ya PCS (Wêne 3a) de û xêza hêza wê li ser absîsayê di Wêne 3a.6a de nîşan dide ku rêbaz dikare serî û polîmera şaxkirî ya ku digihîje jorê rûyê tesbît bike. Têkiliya di navbera avahiyên firçeyê de. Wekî din, hevgirtina nêzîk a xêzên hêzê nîşan dide ku bandora ragirtina şilavê tune. Di vê rewşê de, bi tevahî di navbera derziyê û rûyê nimûneyê de girêdan tune. Beşên herî jorîn ên xêzên hêzê ji bo her du nimûneyan hev digirin, ku dişibin taybetmendiyên mekanîkî yên materyalên substratê nîşan didin.
(a) Xêzên hêza nanoindentasyonê ya AFM ji bo substratên lehfilcon A CL û substratên SiHy, (b) xêzên hêzê yên ku texmîna xala têkiliyê bi karanîna rêbaza eşika dengê paşxaneyê nîşan didin.
Ji bo lêkolîna hûrguliyên hûrtir ên xêza hêzê, xêza tansiyonê ya nimûneya lehfilcon A CL di Şekil 6b de bi hêzek herî zêde 50 pN li ser eksena y ji nû ve tê xêzkirin. Ev grafîk agahdariya girîng di derbarê dengê paşxaneya orîjînal de peyda dike. Deng di navbera ±10 pN de ye, ku ji bo destnîşankirina rast a xala têkiliyê û hesabkirina kûrahiya xêzkirinê tê bikar anîn. Wekî ku di wêjeyê de hatiye ragihandin, destnîşankirina xalên têkiliyê ji bo nirxandina rast a taybetmendiyên materyalê yên wekî modulus85 girîng e. Nêzîkatiyek ku pêvajoya otomatîk a daneyên xêza hêzê vedihewîne lihevhatinek çêtir di navbera lihevhatina daneyan û pîvandinên hejmarî de ji bo materyalên nerm86 nîşan daye. Di vê xebatê de, hilbijartina me ya xalên têkiliyê nisbeten hêsan û objektîf e, lê sînorkirinên wê hene. Nêzîkatiya me ya muhafezekar ji bo destnîşankirina xala têkiliyê dibe ku ji bo kûrahiyên xêzkirinê yên piçûktir (< 100 nm) nirxên modulusê hinekî zêde texmînkirî bibe. Bikaranîna tespîtkirina xala têkiliyê ya li ser bingeha algorîtmayê û pêvajoya daneyên otomatîk dikare di pêşerojê de berdewamiya vê xebatê be da ku rêbaza me bêtir baştir bike. Ji ber vê yekê, ji bo dengê paşxaneya xwerû ya bi rêza ±10 pN, em xala têkiliyê wekî xala daneya yekem li ser eksena x di Wêne 6b de bi nirxek ≥10 pN pênase dikin. Dûv re, li gorî asta dengê 10 pN, xêzek vertîkal li asta ~0.27 µm xala têkiliyê bi rûyê re nîşan dide, piştî vê yekê xêza dirêjkirinê berdewam dike heya ku substrat bigihîje kûrahiya îndentasyonê ya ~270 nm. Bi balkêşî, li gorî mezinahiya taybetmendiyên firçeya polîmer a şaxkirî (300-400 nm) ku bi karanîna rêbaza wênekirinê hatine pîvandin, kûrahiya îndentasyonê ya nimûneya CL lehfilcon A ku bi karanîna rêbaza asta dengê paşxaneyê hatiye çavdêrîkirin bi qasî 270 nm e, ku pir nêzîkî mezinahiya pîvandinê bi STEM re ye. Ev encam lihevhatina û sepandina şekil û mezinahiya serê probê AFM ji bo îndentasyona vê avahiya firçeya polîmer a şaxkirî ya pir nerm û pir elastîk piştrast dikin. Ev dane di heman demê de delîlên xurt peyda dikin da ku piştgirî bidin rêbaza me ya karanîna dengê paşxaneyê wekî astarek ji bo destnîşankirina xalên têkiliyê. Ji ber vê yekê, divê her encamek hejmarî ya ku ji modelkirina matematîkî û rêzkirina qerza hêzê hatî bidestxistin bi nisbeten rast be.
Pîvandinên hejmarî bi rêbazên nanoindentasyona AFM bi tevahî bi modelên matematîkî yên ku ji bo hilbijartina daneyan û analîza paşê têne bikar anîn ve girêdayî ne. Ji ber vê yekê, girîng e ku berî hilbijartina modelek taybetî hemî faktorên têkildarî hilbijartina indenterê, taybetmendiyên materyalê û mekanîka têkiliya wan werin hesibandin. Di vê rewşê de, geometrîya serî bi karanîna mîkrografên SEM bi baldarî hate taybetmendîkirin (Wêne 1), û li gorî encaman, sonda nanoindentasyona AFM ya bi qutra 140 nm bi geometrîya konê hişk û serê sferîk vebijarkek baş e ji bo taybetmendîkirina nimûneyên lehfilcon A CL79. Faktorek din a girîng ku hewce ye bi baldarî were nirxandin elastîkbûna materyalê polîmer ê ku tê ceribandin e. Her çend daneyên destpêkê yên nanoindentasyonê (Wêne 5a û 6a) taybetmendiyên hevgirtina xêzên tengezarî û zextê, ​​ango vegerandina elastîk a tevahî ya materyalê, bi zelalî destnîşan dikin, pir girîng e ku xwezaya bi tevahî elastîk a têkiliyan were piştrast kirin. Ji bo vê armancê, du qulkirinên li pey hev li heman cihî li ser rûyê nimûneya lehfilcon A CL bi rêjeya qulkirinê ya 1 µm/s di bin şert û mercên hîdratasyona tevahî de hatin kirin. Daneyên xêza hêzê ya encam di wêneya 7an de têne nîşandan û, wekî ku tê hêvîkirin, xêzên berfirehkirin û zextkirinê yên her du çapan hema hema yek in, ku elastîkbûna bilind a avahiya firçeya polîmer a şaxkirî destnîşan dike.
Du xêzên hêza îndentasyonê li heman cihî li ser rûyê lehfilcon A CL elastîkbûna îdeal a rûyê lensê nîşan didin.
Li gorî agahiyên ku ji wêneyên SEM û STEM ên serê probê û rûyê lehfilcon A CL hatine wergirtin, modela kon-sfer temsîliyetek matematîkî ya maqûl a têkiliya di navbera serê probê AFM û materyalê polîmer ê nerm ê ku tê ceribandin de ye. Wekî din, ji bo vê modela kon-sfer, texmînên bingehîn ên li ser taybetmendiyên elastîk ên materyalê çapkirî ji bo vê materyalê nû yê biyomîmetîk rast in û ji bo pîvandina modula elastîk têne bikar anîn.
Piştî nirxandinek berfireh a rêbaza nanoindentasyona AFM û pêkhateyên wê, di nav de taybetmendiyên sonda indentasyonê (şekil, mezinahî û hişkbûna biharê), hesasiyet (texmîna dengê paşxaneyê û xala têkiliyê), û modelên lihevhatina daneyan (pîvandinên modulên hejmarî), rêbaz hate bikar anîn. Nimûneyên ultra-nerm ên bazirganî yên berdest ji bo verastkirina encamên hejmarî diyar bikin. Hîdrojelek polîakrîlamîd (PAAM) ya bazirganî bi modulek elastîk a 1 kPa di bin şert û mercên hîdratkirî de bi karanîna sonda 140 nm hate ceribandin. Hûrguliyên ceribandin û hesabkirina modulê di Agahiyên Pêvek de têne peyda kirin. Encam nîşan dan ku modula navînî ya pîvandî 0.92 kPa bû, û %RSD û rêjeya (%) ji modula naskirî kêmtir ji %10 bû. Ev encam rastbûn û dubarekirina rêbaza nanoindentasyona AFM-ê ya ku di vê xebatê de ji bo pîvandina modulên materyalên ultranerm tê bikar anîn piştrast dikin. Rûyên nimûneyên lehfilcon A CL û substrata bingehîn a SiHy bi karanîna heman rêbaza nanoindentasyona AFM-ê ji bo lêkolîna modulusa têkiliyê ya eşkere ya rûyê ultranerm wekî fonksiyonek kûrahiya indentasyonê hatin taybetmendîkirin. Xêzên veqetandina hêza indentasyonê ji bo sê nimûneyên ji her celebî (n = 3; yek indentasyon ji bo her nimûneyê) bi hêzek 300 pN, leza 1 µm/s, û hîdrasyona tevahî hatin çêkirin. Xêza parvekirina hêza indentasyonê bi karanîna modelek kon-sferê hate nêzîk kirin. Ji bo bidestxistina modulusa ku bi kûrahiya indentasyonê ve girêdayî ye, beşek 40 nm fireh a xêza hêzê li her zêdebûna 20 nm ji xala têkiliyê dest pê kir hate danîn, û nirxên modulusê di her gavê xêza hêzê de hatin pîvandin. Spin Cy et al. Nêzîkatiyek wekhev ji bo taybetmendîkirina gradyana modulusê ya firçeyên polîmer ên polî(lauryl methacrylate) (P12MA) bi karanîna nanoindentasyona sonda AFM-ya koloîdal hatiye bikar anîn, û ew bi daneyên ku bi karanîna modela têkiliyê ya Hertz re lihevhatî ne. Ev rêbaz nexşeyek ji modula têkiliya eşkere (kPa) li hember kûrahiya çikandinê (nm) peyda dike, wekî ku di Wêne 8 de tê xuyang kirin, ku modula têkiliya eşkere/gradienta kûrahiyê nîşan dide. Modula elastîk a hesabkirî ya nimûneya CL lehfilcon A di nav 100 nm jorîn ên nimûneyê de di navbera 2-3 kPa de ye, ku ji wê derê bi kûrahiyê re dest pê dike zêde bibe. Ji hêla din ve, dema ku substrata bingehîn a SiHy bêyî fîlimek mîna firçeyê li ser rûyê tê ceribandin, kûrahiya çikandinê ya herî zêde ya ku bi hêzek 300 pN hatî bidestxistin ji 50 nm kêmtir e, û nirxa modulusê ya ku ji daneyan hatî bidestxistin bi qasî 400 kPa ye, ku bi nirxên modulusê Young ji bo materyalên girseyî re tê berhev kirin.
Modula têkiliya eşkere (kPa) li hember kûrahiya çîpkirinê (nm) ji bo substratên lehfilcon A CL û SiHy bi karanîna rêbaza nanoçîpkirina AFM bi geometrîya kon-sferê ji bo pîvandina modulusê.
Rûyê herî jorîn ê avahiya firçeya polîmer a şaxkirî ya biyomîmetîk a nû modulusek elastîkbûnê ya pir nizm (2-3 kPa) nîşan dide. Ev ê bi dawiya azad a daliqandî ya firçeya polîmer a şaxkirî re li hev bike wekî ku di wêneya STEM de tê xuyang kirin. Her çend hin delîlên gradyana modulusê li qiraxa derve ya CL-ê hebin jî, substrata sereke ya modulusa bilind bandorkertir e. Lêbelê, 100 nm-ya jorîn a rûyê di nav 20% ji dirêjahiya tevahî ya firçeya polîmer a şaxkirî de ye, ji ber vê yekê maqûl e ku meriv texmîn bike ku nirxên pîvandî yên modulusê di vê rêza kûrahiya îndentasyonê de nisbeten rast in û bi giranî bi bandora tiştê jêrîn ve girêdayî nînin.
Ji ber sêwirana biyomîmetîk a bêhempa ya lensên têkiliyê yên lehfilcon A, ku ji avahiyên firçeya polîmer a PMPC ya şaxkirî pêk tên ku li ser rûyê substratên SiHy hatine çandin, pir dijwar e ku bi rêbazên pîvandina kevneşopî taybetmendiyên mekanîkî yên avahiyên rûyê wan bi pêbawerî werin destnîşankirin. Li vir em rêbazek nanoindentasyona AFM ya pêşkeftî pêşkêş dikin ji bo destnîşankirina rast a materyalên ultra-nerm ên wekî lefilcon A bi naveroka avê ya bilind û elastîkbûna pir zêde. Ev rêbaz li ser karanîna probeyeke AFM-ê ye ku mezinahiya serî û geometrîya wê bi baldarî têne hilbijartin da ku bi pîvanên avahîsaziyê yên taybetmendiyên rûyê ultra-nerm ên ku werin çapkirin re li hev bikin. Ev kombînasyona pîvanan di navbera prob û avahiyê de hesasiyetek zêde peyda dike, ku dihêle em modula nizm û taybetmendiyên elastîk ên xwerû yên elementên firçeya polîmer a şaxkirî bipîvin, bêyî ku bandorên poroelastîk li ber çavan bigirin. Encam nîşan dan ku firçeyên polîmer ên PMPC yên şaxkirî yên bêhempa yên taybetmendiya rûyê lensê dema ku di hawîrdorek avî de têne ceribandin, modula elastîk a pir nizm (heta 2 kPa) û elastîkbûnek pir zêde (nêzîkî 100%) hebûn. Encamên nanoindentasyona AFM her wiha rê da me ku em modulus/gradienta kûrahiya têkiliyê ya eşkere (30 kPa/200 nm) ya rûyê lensa biyomîmetîk diyar bikin. Ev gradient dibe ku ji ber cûdahiya modulusê di navbera firçeyên polîmer ên şaxkirî û substrata SiHy de, an jî avahiya şaxkirî/tîrbûna firçeyên polîmer, an jî tevlîheviyek ji wan be. Lêbelê, lêkolînên kûrtir ên din hewce ne ku bi tevahî têkiliya di navbera avahî û taybetmendiyan de, nemaze bandora şaxkirina firçeyê li ser taybetmendiyên mekanîkî, fam bikin. Pîvandinên bi vî rengî dikarin bibin alîkar ku taybetmendiyên mekanîkî yên rûyê materyalên din ên pir nerm û amûrên bijîşkî diyar bikin.
Setên daneyan ên ku di dema lêkolîna heyî de hatine çêkirin û/an analîzkirin, li ser daxwazek maqûl ji nivîskarên têkildar peyda dibin.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. û Haugen, HJ Reaksiyonên biyolojîkî li ser taybetmendiyên fîzîkî û kîmyewî yên rûyên biyomateryalan. Kîmyewî. civak. Ed. 49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM û Liu, X. Baştirkirina biyomateryalên ji mirovan hatine wergirtin ji bo endezyariya tevnan. bernamekirin. polîmer. zanist. 53, 86 (2016).
Sadtler, K. û yên din. Sêwirandin, pêkanîna klînîkî, û bersiva îmûnî ya biyomateryalan di dermanê nûjenkirinê de. National Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK û Farr GM Rêbazek başkirî ji bo destnîşankirina hişkbûn û modula elastîk bi karanîna ceribandinên îndentasyonê bi pîvandina bar û cihguherînê. J. Alma mater. tanka hilanînê. 7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Koka dîrokî ya ceribandina hişkbûna îndentasyonê. alma mater. zanist. teknoloji. 28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Pîvandina Hişkbûna Çalkirinê li Pîvana Makro-, Mîkro-, û Nanopîlî: Nirxandinek Krîtîk. eşîr. Wright. 65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD û Clapperich, SM Xeletiyên tespîtkirina rûberê dibin sedema zêdenirxandina modulê di nanoindentasyona materyalên nerm de. J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollahhi MR, Bushroa AR û Yahya M.Yu. Nirxandina rêbaza nanoindentasyonê ji bo destnîşankirina taybetmendiyên mekanîkî yên nanokompozîtên heterojen bi karanîna rêbazên ceribandinî û hesabkirinê. zanist. Xanî 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, û Owart, TS Taybetmendiya mekanîkî ya jelên vîskoelastîk ên nerm bi rêya analîza elementa dawîn a berevajî ya li ser bingeha îndentasyon û optîmîzasyonê. J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J û Chaneler D. Optimîzasyona diyarkirina viskoelastîkîteyê bi karanîna pergalên pîvandinê yên lihevhatî. Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. û Pellillo, E. Nanoindentasyona rûyên polîmerîk. J. Physics. D. Apply for physics. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. û Van Vliet KJ Taybetmendiya taybetmendiyên mekanîkî yên vîskoelastîk ên polîmer û tevnên biyolojîkî yên pir elastîk bi karanîna şokê. Kovara Biomaterials. 71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Nirxandina modula elastîk û karê girêdana materyalên nerm bi karanîna rêbaza Borodich-Galanov (BG) ya berfirehkirî û îndentasyona kûr. fur. alma mater. 129, 198–213 (2019).
Shi, X. û yên din. Morfolojiya nanopîvan û taybetmendiyên mekanîkî yên rûyên polîmerîk ên biomimetîk ên lensên têkiliyê yên hîdrojela silîkonê. Langmuir 37, 13961–13967 (2021).