Misaotra anao nitsidika ny Nature.com. Mampiasa dikan-tranonkala misy fanohanana CSS voafetra ianao. Ho an'ny traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa navigateur nohavaozina (na hanafoana ny Compatibility Mode ao amin'ny Internet Explorer). Ho fanampin'izany, mba hahazoana antoka fa mitohy ny fanohanana, dia asehonay ny tranonkala tsy misy styles sy JavaScript.
Mampiseho andian-tsary misy sary telo indray miaraka. Ampiasao ny bokotra "Previous" sy "Next" mba hifindrana amin'ny sary telo indray mandeha, na ampiasao ny bokotra "slider" eo amin'ny farany mba hifindrana amin'ny sary telo indray mandeha.
Miaraka amin'ny fivoaran'ny fitaovana malefaka vaovao ho an'ny fitaovana ara-pitsaboana sy ny fampiharana biomedika, ny famaritana feno ny toetrany ara-batana sy mekanika dia sady zava-dehibe no sarotra. Nampiharina ny teknika nanoindentation amin'ny mikroskopia hery atomika novaina (AFM) mba hamaritana ny modulus ety ambany dia ambany amin'ny lantihy fifandraisana silicone hydrogel biomimetic lehfilcon A vaovao voarakotra sosona rafitra borosy polymer misampana. Ity fomba ity dia ahafahana mamaritra tsara ny teboka fifandraisana tsy misy fiantraikan'ny extrusion viscous rehefa manatona polymer misampana. Ho fanampin'izany, dia ahafahana mamaritra ny toetra mekanika amin'ny singa borosy tsirairay tsy misy fiantraikan'ny poroelasticity. Izany dia tanterahina amin'ny alàlan'ny fisafidianana probe AFM miaraka amin'ny endrika (haben'ny tendrony, jeometrika ary tahan'ny lohataona) izay mety tsara amin'ny fandrefesana ny toetran'ny fitaovana malefaka sy santionany biolojika. Ity fomba ity dia manatsara ny fahatsapana sy ny fahamarinan'ny fandrefesana marina ny fitaovana malefaka be lehfilcon A, izay manana modulus elasticity ambany dia ambany amin'ny velaran-tany (hatramin'ny 2 kPa) ary elasticity avo dia avo amin'ny tontolo anaty rano anatiny (efa ho 100%). Ny vokatry ny fanadihadiana ny ety ambonin'ny tany dia tsy vitan'ny hoe naneho ny toetran'ny ety ambonin'ny tany malefaka dia malefaka amin'ny family lehfilcon A, fa naneho ihany koa fa ny modulus an'ny borosy polimera misampana dia azo ampitahaina amin'ny an'ny substrate silicon-hydrogène. Ity teknika famaritana ny ety ambonin'ny tany ity dia azo ampiharina amin'ny fitaovana malefaka dia malefaka hafa sy fitaovana ara-pitsaboana.
Matetika ny tontolo iainana biolojika no mamaritra ny toetra mekanikan'ny fitaovana natao hifandraisana mivantana amin'ny sela velona. Ny fifanandrifian-javatra tonga lafatra amin'ireo toetran'ny fitaovana ireo dia manampy amin'ny fahazoana ny toetra klinika irina amin'ny fitaovana nefa tsy miteraka fihetsika ratsy amin'ny sela1,2,3. Ho an'ny fitaovana homogeneous betsaka, ny famaritana ny toetra mekanika dia mora kokoa noho ny fisian'ny fomba fiasa mahazatra sy ny fomba fitsapana (ohatra, microindentation4,5,6). Na izany aza, ho an'ny fitaovana malefaka be toy ny gels, hydrogels, biopolymers, sela velona, ​​sns., ireo fomba fitsapana ireo dia tsy azo ampiharina amin'ny ankapobeny noho ny fetran'ny fandrefesana sy ny tsy fitoviana amin'ny fitaovana sasany7. Nandritra ny taona maro, ny fomba indentation nentim-paharazana dia novaina sy namboarina mba hamantarana karazana fitaovana malefaka isan-karazany, saingy mbola misy lesoka lehibe ny fomba maro izay mametra ny fampiasana azy8,9,10,11,12,13. Ny tsy fahampian'ny fomba fitsapana manokana izay afaka mamaritra tsara sy azo antoka ny toetra mekanikan'ny fitaovana malefaka be sy ny sosona ambonin'ny tany dia mametra be ny fampiasana azy amin'ny fampiharana isan-karazany.
Tao amin'ny asanay teo aloha, dia nampiditra ny lantihy fifandraisana lehfilcon A (CL) izahay, fitaovana malefaka tsy mitovy amin'ny hafa miaraka amin'ny toetra malefaka rehetra azo avy amin'ny endrika biomimetika mety ho aingam-panahy avy amin'ny velaran'ny kornea amin'ny maso. Ity fitaovana biomimetika ity dia novolavolaina tamin'ny alàlan'ny grefy sosona polymer mifamatotra sy mifampitohy amin'ny poly(2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine (MPC)) (PMPC) amin'ny silicone hydrogel (SiHy) 15 natao ho an'ny fitaovana ara-pitsaboana mifototra amin'ny. Ity dingana grefy ity dia mamorona sosona eo amin'ny velarana misy rafitra borosy polymerika malefaka sy elastika be. Ny asanay teo aloha dia nanamafy fa ny rafitra biomimetika an'ny lehfilcon A CL dia manome toetra tsara kokoa amin'ny velarana toy ny fisorohana ny fandotoana sy ny loto, ny fitomboan'ny lubricity, ary ny fihenan'ny adhesion sela sy bakteria15,16. Ho fanampin'izany, ny fampiasana sy ny fampandrosoana ity fitaovana biomimetika ity dia manoro hevitra ihany koa ny fanitarana bebe kokoa amin'ny fitaovana biomedika hafa. Noho izany, tena ilaina ny mamaritra ny toetran'ny velaran'ity fitaovana malefaka be ity ary mahatakatra ny fifandraisany mekanika amin'ny maso mba hamoronana fototra fahalalana feno hanohanana ny fivoarana sy ny fampiharana amin'ny ho avy. Ny ankamaroan'ny lantihy fifandraisana SiHy azo vidiana eny an-tsena dia vita amin'ny fifangaroan'ny polymers hydrophilic sy hydrophobic izay mamorona rafitra fitaovana mitovy17. Maro ny fanadihadiana natao mba handinihana ny toetrany mekanika amin'ny alàlan'ny fomba fitsapana compression, tensile ary microindentation nentim-paharazana18,19,20,21. Na izany aza, ny endrika biomimetic vaovao an'ny lehfilcon A CL dia mahatonga azy io ho fitaovana heterogeneous miavaka izay tsy mitovy amin'ny an'ny substrate fototra SiHy ny toetra mekanika amin'ny rafitra borosy polymer sampana. Noho izany, dia tena sarotra ny mandrefy marina ireo toetra ireo amin'ny alàlan'ny fomba mahazatra sy indentation. Ny fomba mampanantena dia mampiasa ny fomba fitsapana nanoindentation ampiharina amin'ny mikroskopia hery atomika (AFM), fomba iray izay nampiasaina hamaritana ny toetra mekanika amin'ny fitaovana viscoelastic malefaka toy ny sela sy sela biolojika, ary koa ny polymers malefaka22,23,24,25. ,26,27,28,29,30. Ao amin'ny nanoindentation AFM, ny fototry ny fitsapana nanoindentation dia ampiarahina amin'ny fandrosoana farany indrindra amin'ny teknolojia AFM mba hanomezana fahatsapana fandrefesana sy fitsapana isan-karazany amin'ny fitaovana malefaka be31,32,33,34,35,36. Ho fanampin'izany, ity teknolojia ity dia manolotra tombony manan-danja hafa amin'ny alàlan'ny fampiasana jeometrika samihafa. indenter sy probe ary ny fahafahana manao fitsapana amin'ny media ranoka isan-karazany.
Azo zaraina ho singa telo lehibe ny nanoindentation AFM: (1) fitaovana (sensor, detector, probes, sns.); (2) masontsivana fandrefesana (toy ny hery, fifindran-toerana, hafainganam-pandeha, haben'ny ramp, sns.); (3) Fanodinana angona (fanitsiana fototra, fanombanana ny teboka mikasika, fampifanarahana angona, modely, sns.). Ny olana lehibe amin'ity fomba ity dia ny fanadihadiana maromaro ao amin'ny literatiora mampiasa ny nanoindentation AFM dia mitatitra valiny quantitative tena samihafa ho an'ny karazana santionany/sela/fitaovana mitovy37,38,39,40,41. Ohatra, Lekka et al. Ny fiantraikan'ny jeometrian'ny probe AFM amin'ny modulus Young voarefy amin'ny santionany amin'ny hydrogel homogeneous mekanika sy sela heterogeneous dia nodinihina sy nampitahaina. Mitatitra izy ireo fa ny sandan'ny modulus dia miankina betsaka amin'ny fisafidianana cantilever sy ny endriky ny tendrony, miaraka amin'ny sanda ambony indrindra ho an'ny probe miendrika piramida ary ny sanda ambany indrindra 42 ho an'ny probe boribory. Toy izany koa, Selhuber-Unkel et al. Naseho ny fiantraikan'ny hafainganam-pandehan'ny indentera, ny haben'ny indentera ary ny hatevin'ny santionany polyacrylamide (PAAM) amin'ny modulus Young refesina amin'ny alàlan'ny nanoindentation ACM43. Antony iray hafa mahatonga fahasarotana ny tsy fahampian'ny fitaovana fitsapana modulus ambany dia ambany mahazatra sy ny fomba fitsapana maimaim-poana. Izany dia mahatonga azy ho sarotra be ny mahazo valiny marina amim-pahatokiana. Na izany aza, ity fomba ity dia tena ilaina amin'ny fandrefesana mifandraika sy fanombanana fampitahana eo amin'ny karazana santionany mitovy, ohatra ny fampiasana nanoindentation AFM mba hanavahana ny sela ara-dalàna amin'ny sela homamiadana 44, 45.
Rehefa manao fitiliana akora malefaka amin'ny alalan'ny AFM nanoindentation, ny fitsipika ankapobeny dia ny fampiasana probe misy tsy miovaova amin'ny lohataona ambany (k) izay mifanaraka tsara amin'ny modulus santionany sy tendrony boribory/hemispherical mba tsy handoto ny velaran'ny santionany ny probe voalohany amin'ny fifandraisana voalohany amin'ny akora malefaka. Zava-dehibe ihany koa ny hoe matanjaka tsara ny famantarana deflection vokarin'ny probe mba ho hitan'ny rafitra detector laser24,34,46,47. Raha ny amin'ny sela, tavy ary gel heterogeneous malefaka be, ny fanamby iray hafa dia ny fandresena ny hery miraikitra eo amin'ny probe sy ny velaran'ny santionany mba hahazoana antoka fa azo averina sy azo itokisana ny fandrefesana48,49,50. Hatramin'ny vao haingana, ny ankamaroan'ny asa amin'ny AFM nanoindentation dia nifantoka tamin'ny fandalinana ny fitondran-tena mekanika amin'ny sela biolojika, tavy, gel, hydrogel, ary biomolecules amin'ny fampiasana probe boribory lehibe, izay matetika antsoina hoe probe colloidal (CP). , 47, 51, 52, 53, 54, 55. Ireo tendrony ireo dia manana radius 1 hatramin'ny 50 µm ary matetika vita amin'ny fitaratra borosilicate, polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), silicon dioxide (SiO2) ary karbônina mitovy diamondra (DLC). Na dia matetika aza ny nanoindentation CP-AFM no safidy voalohany amin'ny famaritana ny santionany malefaka, dia manana ny olana sy ny fetrany manokana izy io. Ny fampiasana tendrony boribory lehibe sy mitovy habe amin'ny micron dia mampitombo ny velaran'ny fifandraisana manontolo amin'ny tendrony amin'ny santionany ary miteraka fatiantoka be amin'ny famaha ny habaka. Ho an'ny santionany malefaka sy tsy mitovy, izay mety tsy hitovy be amin'ny salan'isa ny toetra mekanikan'ny singa eo an-toerana amin'ny faritra midadasika kokoa, ny indentation CP dia afaka manafina ny tsy fitoviana amin'ny toetra amin'ny ambaratonga eo an-toerana52. Ny probes colloidal dia matetika atao amin'ny fametahana spheres colloidal mitovy habe amin'ny micron amin'ny cantilevers tsy misy tendrony amin'ny fampiasana lakaoly epoxy. Ny dingana fanamboarana mihitsy dia feno olana maro ary mety hiteraka tsy fitoviana amin'ny fizotran'ny fanamarinana ny probe. Ankoatra izany, ny habeny sy ny lanjan'ny poti-koloidal dia misy fiantraikany mivantana amin'ny masontsivana fanamarinana lehibe amin'ny cantilever, toy ny matetika resonant, ny hamafin'ny lohataona, ary ny fahatsapana ny deflection56,57,58. Noho izany, ny fomba ampiasaina matetika amin'ny probe AFM mahazatra, toy ny fanamarinana ny mari-pana, dia mety tsy hanome fanamarinana marina ho an'ny CP, ary mety ilaina ny fomba hafa hanatanterahana ireo fanitsiana ireo57, 59, 60, 61. Ny andrana fampidirana CP mahazatra dia mampiasa cantilever fivilian-dalana lehibe mba handinihana ny toetran'ny santionany malefaka, izay mamorona olana hafa rehefa manitsy ny fitondran-tena tsy linear an'ny cantilever amin'ny fivilian-dalana lehibe62,63,64. Ny fomba fampidirana probe koloidal maoderina dia mazàna mandinika ny jeometrika amin'ny cantilever ampiasaina hanitsiana ny probe, saingy tsy miraharaha ny fiantraikan'ny poti-koloidal, izay mamorona tsy fahazoana antoka fanampiny amin'ny fahamarinan'ny fomba38,61. Toy izany koa, ny moduli elastika kajy amin'ny alàlan'ny fampifanarahana modely fifandraisana dia miankina mivantana amin'ny jeometrika amin'ny probe indentation, ary ny tsy fitoviana eo amin'ny toetran'ny tendrony sy ny santionany dia mety hiteraka tsy fahamarinana27, 65, 66, 67, 68. Asongadina ny asa vao haingana nataon'i Spencer et al. Ireo anton-javatra tokony hodinihina rehefa mamaritra ny borosy polymer malefaka amin'ny alàlan'ny fomba nanoindentation CP-AFM. Nitatitra izy ireo fa ny fitazonana ranoka viscous ao amin'ny borosy polymer ho toy ny fiasan'ny hafainganam-pandeha dia miteraka fitomboan'ny enta-mavesatra ary noho izany dia samy hafa ny fandrefesana ny toetra miankina amin'ny hafainganam-pandeha30,69,70,71.
Ato amin'ity fandalinana ity, dia nohazavainay ny modulus ety ambonin'ny fitaovana malefaka sy elastika avo lenta lehfilcon A CL amin'ny alàlan'ny fomba nanoindentation AFM novaina. Noho ny toetra sy ny rafitra vaovaon'ity fitaovana ity, dia mazava ho azy fa tsy ampy ny elanelan'ny fahatsapana amin'ny fomba indentation nentim-paharazana mba hamaritana ny modulus an'ity fitaovana malefaka be ity, ka ilaina ny mampiasa fomba nanoindentation AFM miaraka amin'ny fahatsapana ambony kokoa sy ny fahatsapana ambany kokoa. Rehefa avy nandinika ny lesoka sy ny olana amin'ny teknika nanoindentation probe colloidal AFM efa misy, dia asehonay ny antony nifidiananay probe AFM kely kokoa sy namboarina manokana mba hanafoanana ny fahatsapana, ny tabataba any ambadika, ny teboka fifandraisana, ny fandrefesana ny modulus hafainganam-pandehan'ny fitaovana malefaka heterogeneous toy ny fiankinan-doha amin'ny fitazonana ranoka ary ny fandrefesana marina. Ho fanampin'izany, dia afaka nandrefy tsara ny endrika sy ny refy amin'ny tendron'ny indentation izahay, izay ahafahanay mampiasa ny modely mifanaraka amin'ny cone-sphere mba hamaritana ny modulus of elasticity tsy misy fanombanana ny velaran'ny fifandraisan'ny tendrony amin'ny fitaovana. Ny fiheverana roa tsy mivantana izay refesina amin'ity asa ity dia ny toetran'ny fitaovana elastika tanteraka sy ny modulus tsy miankina amin'ny halaliny indentation. Tamin'ny fampiasana ity fomba ity, dia notsapainay aloha ireo fenitra malefaka be miaraka amin'ny modulus fantatra mba handrefesana ny fomba, ary avy eo dia nampiasa ity fomba ity izahay mba hanavahana ny velaran'ny fitaovana roa samy hafa amin'ny family fifandraisana. Ity fomba fanavahana ny velaran'ny AFM nanoindentation miaraka amin'ny fahatsapana mitombo ity dia antenaina fa azo ampiharina amin'ny fitaovana malefaka be biomimetika heterogeneous isan-karazany miaraka amin'ny fampiasana mety amin'ny fitaovana ara-pitsaboana sy fampiharana biomedika.
Ny lantihy fifandraisana Lehfilcon A (Alcon, Fort Worth, Texas, Etazonia) sy ny substrates silicone hydrogel-ny no nofidina ho an'ny andrana nanoindentation. Nampiasaina tamin'ny andrana ny fametrahana lantihy manokana. Mba hametrahana ny lantihy ho an'ny andrana, dia napetraka tsara teo amin'ny fitoerana miendrika dome izy io, mba hahazoana antoka fa tsy misy rivotra miditra ao anatiny, ary avy eo dia afatotra amin'ny sisiny. Ny lavaka eo an-tampon'ny fitoeran'ny lantihy dia manome fidirana amin'ny foibe optika amin'ny lantihy ho an'ny andrana nanoindentation sady mitazona ny rano eo amin'ny toerany. Izany dia mitazona ny lantihy ho hydrated tanteraka. Vahaolana fonosana lantihy fifandraisana 500 μl no nampiasaina ho vahaolana andrana. Mba hanamarinana ny valiny azo isafidianana, dia nomanina avy amin'ny fifangaroan'ny polyacrylamide-co-methylene-bisacrylamide (100 mm Petrisoft Petri dishes, Matrigen, Irvine, CA, Etazonia) ny hydrogel polyacrylamide tsy mavitrika (PAAM) azo vidiana eny an-tsena, izay modulus elastika fantatra fa 1 kPa. Mampiasà ranoka saline phosphate buffered 4-5 mitete (eo amin'ny 125 µl eo ho eo) sy ranoka lantihy OPTI-FREE Puremoist (Alcon, Vaud, TX, Etazonia) mitete 1 eo amin'ny fifandraisan'ny AFM hydrogel-probe.
Nojerena tamin'ny alalan'ny rafitra FEI Quanta 250 Field Emission Scanning Electron Microscope (FEG SEM) misy fitaovana fitiliana Scanning Transmission Electron Microscope (STEM) ireo santionan'ny substrates Lehfilcon A CL sy SiHy. Mba hanomanana ireo santionany, dia nosasana tamin'ny rano aloha ireo family ary notapatapahina ho silaka miendrika mofomamy. Mba hahazoana fifanoherana samihafa eo amin'ireo singa hydrophilic sy hydrophobic ao amin'ireo santionany, dia nampiasaina ho loko ny vahaolana RuO4 0.10% voaaro, izay natsoboka tao anaty rano nandritra ny 30 minitra ireo santionany. Zava-dehibe ny fandokoana lehfilcon A CL RuO4 tsy vitan'ny hoe hahazoana fifanoherana tsara kokoa, fa manampy amin'ny fitazonana ny firafitry ny borosy polymer misampana amin'ny endriny tany am-boalohany ihany koa, izay hita avy eo amin'ny sary STEM. Avy eo dia nosasana sy nohamainina tao anaty andiana fangaro etanôla/rano miaraka amin'ny fifantohana etanôla mitombo. Avy eo dia natsipy tamin'ny epoxy EMBed 812/Araldite ireo santionany, izay nohamafisina nandritra ny alina tamin'ny 70°C. Notapatapahina tamin'ny ultramicrotome ireo sakana santionany azo tamin'ny alalan'ny polymerization resin, ary ireo fizarana manify vokatr'izany dia nojerena tamin'ny alalan'ny detector STEM tamin'ny fomba banga ambany amin'ny voltase miakatra 30 kV. Nampiasaina tamin'ny famaritana amin'ny antsipiriany ny probe PFQNM-LC-A-CAL AFM (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, Etazonia) io rafitra SEM io ihany. Ny sary SEM an'ny probe AFM dia azo tamin'ny fomba banga avo mahazatra miaraka amin'ny voltase miakatra 30 kV. Makà sary amin'ny zoro sy fampitomboana samihafa mba handraisana an-tsoratra ny antsipiriany rehetra momba ny endrika sy ny haben'ny tendron'ny probe AFM. Ny refy rehetra amin'ny tendrony mahaliana amin'ny sary dia norefesina nomerika.
Mikroskôpia misy hery atomika Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, Etazonia) miaraka amin'ny fomba "PeakForce QNM in Fluid" no nampiasaina mba hijerena sy hanondroana ny santionan'ny lehfilcon A CL, ny substrate SiHy, ary ny PAAm hydrogel. Ho an'ny fanandramana fakana sary, ny probe PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) miaraka amin'ny radius tendrony 1 nm no nampiasaina mba haka sary avo lenta amin'ny santionany amin'ny tahan'ny scan 0.50 Hz. Ny sary rehetra dia nalaina tao anaty vahaolana rano.
Natao tamin'ny alalan'ny probe PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) ny andrana nanoindentation AFM. Ny probe AFM dia manana tendrony silikônina eo amin'ny cantilever nitride 345 nm ny hateviny, 54 µm ny lavany ary 4.5 µm ny sakany miaraka amin'ny matetika resonant 45 kHz. Natao manokana izy io mba hanavahana sy hanaovana fandrefesana nanomekanika quantitative amin'ny santionany biolojika malefaka. Ireo sensor dia kalibera tsirairay any amin'ny orinasa miaraka amin'ny fametrahana lohataona efa kalibera. Ny tsy miovaovan'ny lohataonan'ny probe nampiasaina tamin'ity fandalinana ity dia teo anelanelan'ny 0.05–0.1 N/m. Mba hamaritana marina ny endrika sy ny haben'ny tendrony, dia nohavahana tamin'ny antsipiriany ny probe tamin'ny alalan'ny SEM. Ao amin'ny sary 1a dia mampiseho mikrôgrafia elektrôna scanning avo lenta sy ambany ny probe PFQNM-LC-A-CAL, izay manome fijery feno momba ny endriky ny probe. Ao amin'ny sary 1b dia mampiseho fijery nohalehibeazina ny tampon'ny tendron'ny probe, izay manome fampahalalana momba ny endrika sy ny haben'ny tendrony. Eo amin'ny farany indrindra, ny fanjaitra dia ila-bolantany mirefy 140 nm eo ho eo ny savaivony (Sary 1c). Eo ambanin'izany, ny tendrony dia miendrika kônina, mahatratra ny halavany eo amin'ny 500 nm eo ho eo. Any ivelan'ny faritra miendrika, ny tendrony dia boribory ary mifarana amin'ny halavan'ny tendrony manontolo 1.18 µm. Ity no ampahany miasa lehibe amin'ny tendron'ny fitaovana. Ho fanampin'izany, ny fitaovana polystyrene boribory lehibe (PS) (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, Etazonia) manana savaivony 45 µm ary tsy miovaova ny lohataona 2 N/m dia nampiasaina ihany koa ho an'ny fitsapana ho fitaovana koloida. miaraka amin'ny fitaovana PFQNM-LC-A-CAL 140 nm ho fampitahana.
Voalaza fa mety ho voafandrika eo anelanelan'ny probe AFM sy ny rafitra borosy polymer ny ranoka mandritra ny nanoindentation, izay hampihatra hery miakatra amin'ny probe AFM alohan'ny hikasikany ny velarana69. Io fiantraikan'ny extrusion viscous vokatry ny fitazonana ranoka io dia mety hanova ny teboka fifandraisana hita maso, ka hisy fiantraikany amin'ny fandrefesana ny modulus velarana. Mba handinihana ny fiantraikan'ny jeometrian'ny probe sy ny hafainganam-pandehan'ny fidiran'ny ranoka amin'ny fitazonana ranoka, dia naseho ho an'ny santionan'ny lehfilcon A CL ny fiolahana herin'ny fidiran'ny ranoka amin'ny fampiasana probe 140 nm savaivony amin'ny tahan'ny fifindrana tsy tapaka 1 µm/s sy 2 µm/s. Savaivony probe 45 µm, fametrahana hery raikitra 6 nN tratrarina amin'ny 1 µm/s. Ny fanandramana tamin'ny probe 140 nm ny savaivony dia natao tamin'ny hafainganam-pandehan'ny fidiran'ny ranoka 1 µm/s sy hery napetraka 300 pN, nofidina mba hamoronana tsindry fifandraisana ao anatin'ny elanelana ara-batana (1–8 kPa) amin'ny hodi-maso ambony. tsindry 72. Santionany malefaka efa vita amin'ny hydrogel PAA misy tsindry 1 kPa no nosedraina tamin'ny hery fidirana 50 pN amin'ny hafainganam-pandeha 1 μm/s tamin'ny fampiasana probe misy savaivony 140 nm.
Koa satria eo amin'ny 500 nm eo ho eo ny halavan'ny tapany kônina amin'ny tendron'ny probe PFQNM-LC-A-CAL, ho an'ny halaliny fidirana < 500 nm dia azo heverina fa ny jeometrika amin'ny probe mandritra ny fidirana dia hijanona ho marina amin'ny endriny kônina. Ankoatra izany, heverina fa ny velaran'ny fitaovana andramana dia hampiseho valinteny elastika azo ovaina, izay hohamafisina ihany koa amin'ireo fizarana manaraka. Noho izany, arakaraka ny endrika sy ny haben'ny tendrony, dia nifidy ny modely fampifanarahana kônina-sfera novolavolain'i Briscoe, Sebastian ary Adams izahay, izay azo jerena ao amin'ny rindrambaikon'ny mpivarotra, mba hikirakirana ny andrana nanoindentation AFM (NanoScope). Rindrambaiko famakafakana angon-drakitra fisarahana, Bruker) 73. Ny modely dia mamaritra ny fifandraisan'ny hery-fifindran-toerana F(δ) ho an'ny kônina misy lesoka amin'ny tendrony boribory. Eo amin'ny sary. Ny Sary 2 dia mampiseho ny jeometrika fifandraisana mandritra ny fifandraisan'ny kôna henjana amin'ny tendrony boribory, izay R ny radius an'ny tendrony boribory, a ny radius fifandraisana, b ny radius fifandraisana eo amin'ny faran'ny tendrony boribory, δ ny radius fifandraisana. halaliny fidirana, θ ny antsasaky ny zoro amin'ny kôna. Ny sary SEM an'ity probe ity dia mampiseho mazava tsara fa ny tendrony boribory 140 nm ny savaivony dia miray amin'ny kôna, ka eto ny b dia faritana amin'ny alàlan'ny R ihany, izany hoe b = R cos θ. Ny rindrambaiko nomen'ny mpivarotra dia manome fifandraisana kôna-bola mba hikajiana ny sandan'ny modulus Young (E) avy amin'ny angon-drakitra fisarahana hery raha heverina fa a > b. Fifandraisana:
izay F ny hery miditra, E ny modulus an'i Young, ν ny tahan'i Poisson. Azo tombanana amin'ny alalan'ny:
Tetikasan'ny jeometrika fifandraisana amin'ny kôna henjana misy tendrony boribory voatsindry ao anatin'ny akoran'ny lantihy fifandraisana Lefilcon miaraka amin'ny sosona borosy polimera misampana.
Raha a ≤ b, dia mihena ho toy ny fampitoviana ho an'ny indentera boribory mahazatra ny fifandraisana;
Mino izahay fa ny fifandraisan'ny probe indentation amin'ny rafitra misampana amin'ny borosy polymer PMPC dia hahatonga ny radius fifandraisana a ho lehibe kokoa noho ny radius fifandraisana boribory b. Noho izany, ho an'ny fandrefesana quantitative rehetra amin'ny modulus elastic natao tamin'ity fandalinana ity, dia nampiasa ny fiankinan-doha azo tamin'ny tranga a > b izahay.
Ireo fitaovana biomimetika malefaka dia nodinihina tamin'ity fandalinana ity dia nalaina sary feno tamin'ny alàlan'ny mikroskopia elektronika fandefasana scanning (STEM) amin'ny fizarana santionany sy mikroskopia hery atomika (AFM) amin'ny velarana. Ity famaritana amin'ny antsipiriany ny velarana ity dia natao ho fanitarana ny asa efa navoakanay teo aloha, izay nahitanay fa ny firafitry ny borosy polimerika misampana dinamika amin'ny velarana lehfilcon A CL novaina PMPC dia naneho toetra mekanika mitovy amin'ny sela cornea teratany 14. Noho izany antony izany, dia antsointsika hoe fitaovana biomimetika ny velaran'ny lantihy fifandraisana14. Ao amin'ny sary 3a, b dia asehoy ny fizarana miampita ny firafitry ny borosy polimera PMPC misampana eo amin'ny velaran'ny substrate lehfilcon A CL sy ny substrate SiHy tsy voatsabo. Nohadihadiana bebe kokoa ny velaran'ny santionany roa tamin'ny alàlan'ny sary AFM avo lenta, izay nanamafy bebe kokoa ny valin'ny fanadihadiana STEM (Sary 3c, d). Raha fintinina, ireo sary ireo dia manome halavana eo ho eo amin'ny firafitry ny borosy polimera misampana PMPC amin'ny 300–400 nm, izay tena ilaina amin'ny fandikana ny fandrefesana nanoindentation AFM. Ny fandinihana lehibe iray hafa azo avy amin'ireo sary dia ny tsy fitoviana ara-morfolojika eo amin'ny firafitry ny velaran'ny fitaovana biomimetika CL amin'ny an'ny fitaovana substrate SiHy. Io fahasamihafana eo amin'ny endriky ny velarany io dia mety ho hita miharihary mandritra ny fifandraisany mekanika amin'ny probe AFM miditra ary avy eo amin'ny soatoavina modulus voarefy.
Sary STEM miendrika fizarana miampita amin'ny (a) lehfilcon A CL sy (b) substrate SiHy. Bara mizana, 500 nm. Sary AFM amin'ny velaran'ny substrate lehfilcon A CL (c) sy ny substrate SiHy fototra (d) (3 µm × 3 µm).
Malemy ny polymers sy ny rafitra borosy polymers avy amin'ny zavamananaina ary efa nodinihina sy nampiasaina betsaka tamin'ny fampiharana biomedika isan-karazany74,75,76,77. Noho izany, zava-dehibe ny fampiasana ny fomba nanoindentation AFM, izay afaka mandrefy tsara sy azo antoka ny toetrany mekanika. Saingy miaraka amin'izay koa, ny toetra miavaka an'ireo fitaovana malefaka be ireo, toy ny modulus elastika ambany dia ambany, ny votoatin'ny ranoka avo ary ny elastika avo, dia matetika mahatonga ny fisafidianana ny fitaovana, ny endrika ary ny endriky ny probe indentation mety. Zava-dehibe izany mba tsy handotoan'ny indenter ny velaran'ny santionany malemilemy, izay mety hitarika fahadisoana amin'ny famaritana ny teboka ifandraisana amin'ny velarany sy ny faritra ifandraisana.
Noho izany, tena ilaina ny fahatakarana feno ny endriky ny akora biomimetika malefaka dia malemy (lehfilcon A CL). Ny fampahalalana momba ny habeny sy ny firafitry ny borosy polimera misampana azo avy amin'ny fomba fanaovana sary dia manome ny fototra ho an'ny famaritana mekanika ny velarana amin'ny alàlan'ny teknika nanoindentation AFM. Ho solon'ny probe koloidal boribory habe mikrônôma, dia nifidy ny probe silicon nitride PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) izahay miaraka amin'ny savaivony 140 nm, izay natao manokana ho an'ny sarintany kuantitatif ny toetra mekanika amin'ny santionany biolojika 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84. Ny antony ampiasana probe somary maranitra raha oharina amin'ny probe koloidal mahazatra dia azo hazavaina amin'ny alàlan'ny endri-javatra ara-drafitry ny akora. Raha ampitahaina amin'ny borosy polymer misampana eo amin'ny velaran'ny CL lehfilcon A ny haben'ny tendron'ny probe (~140 nm), aseho amin'ny Sary 3a, dia azo tsoahina fa lehibe ampy ny tendrony mba hifandraisana mivantana amin'ireo rafitra borosy ireo, izay mampihena ny mety hisian'ny tendrony miditra amin'izy ireo. Mba hanazavana izany, ao amin'ny Sary 4 dia misy sary STEM an'ny lehfilcon A CL sy ny tendrony miditra amin'ny probe AFM (nosoratana araka ny habe).
Kisarisary mampiseho ny sary STEM an'ny lehfilcon A CL sy ny fitaovana fampidirana ACM (nosoratana araka ny mizana).
Ankoatra izany, ny haben'ny tendrony 140 nm dia kely dia kely mba hisorohana ny mety hisian'ny vokatry ny fikikisana miraikitra voalaza teo aloha ho an'ny borosy polymer novokarin'ny fomba nanoindentation CP-AFM69,71. Mihevitra izahay fa noho ny endrika boribory manokana sy ny haben'ity tendrony AFM ity (Sary 1), ny toetran'ny fiolahana hery ateraky ny nanoindentation lehfilcon A CL dia tsy hiankina amin'ny hafainganam-pandehan'ny fikikisana na ny hafainganam-pandehan'ny famenoana/famoahana entana. Noho izany, tsy misy fiantraikany amin'ny vokatry ny poroelastic izany. Mba hitsapana ity petra-kevitra ity, ny santionan'ny lehfilcon A CL dia nokikisana tamin'ny hery ambony indrindra raikitra tamin'ny fampiasana probe PFQNM-LC-A-CAL, fa tamin'ny hafainganam-pandeha roa samy hafa, ary ny fiolahana hery tensile sy retract vokatr'izany dia nampiasaina mba hanehoana ny hery (nN) amin'ny fisarahana (µm) aseho amin'ny Sary 5a. Mazava fa mifanindry tanteraka ny fiolahana hery mandritra ny fampidirana sy ny famoahana entana, ary tsy misy porofo mazava fa mitombo miaraka amin'ny hafainganam-pandehan'ny fampidirana aotra ny fikikisana hery amin'ny halaliny aotra, izay manondro fa ny singa borosy tsirairay dia nofaritana tsy misy fiantraikany poroelastic. Mifanohitra amin'izany, ny fiantraikan'ny fitazonana ranoka (vokatry ny extrusion viscous sy poroelasticity) dia miharihary ho an'ny probe AFM 45 µm savaivony amin'ny hafainganam-pandehan'ny fampidirana mitovy ary asongadin'ny hysteresis eo anelanelan'ny fiolahana mivelatra sy mihemotra, araka ny aseho amin'ny Sary 5b. Ireo valiny ireo dia manohana ny petra-kevitra ary milaza fa ny probe 140 nm savaivony dia safidy tsara ho an'ny famaritana ny velarana malefaka toy izany.
lehfilcon Fiolahana herin'ny fidiran'ny CL A mampiasa ACM; (a) mampiasa probe misy savaivony 140 nm amin'ny tahan'ny enta-mavesatra roa, mampiseho ny tsy fisian'ny fiantraikany poroelastic mandritra ny fidiran'ny velarana; (b) mampiasa probe misy savaivony 45 µm sy 140 nm. s dia mampiseho ny vokatry ny extrusion viscous sy ny poroelasticity ho an'ny probe lehibe raha oharina amin'ny probe kely kokoa.
Mba hamantarana ireo velarana malefaka dia malefaka, ny fomba nanoindentation AFM dia tsy maintsy manana ny probe tsara indrindra handinihana ny toetran'ny fitaovana dinihina. Ankoatra ny endrika sy ny haben'ny tendrony, ny fahatsapana ny rafitra mpitsikilo AFM, ny fahatsapana ny fivilian'ny tendrony ao amin'ny tontolo fitsapana, ary ny hamafin'ny cantilever dia mitana anjara toerana lehibe amin'ny famaritana ny fahamarinan'ny fandrefesana nanoindentation. Ho an'ny rafitra AFM anay, ny fetran'ny fitadiavana Position Sensitive Detector (PSD) dia eo amin'ny 0.5 mV eo ho eo ary mifototra amin'ny tahan'ny lohataona efa voalamina mialoha sy ny fahatsapana ny fivilian'ny ranoka voakajy amin'ny probe PFQNM-LC-A-CAL, izay mifanaraka amin'ny fahatsapana ny enta-mavesatra ara-teorika. dia latsaky ny 0.1 pN. Noho izany, ity fomba ity dia ahafahana mandrefy ny hery fidirana kely indrindra ≤ 0.1 pN tsy misy singa tabataba periferika. Na izany aza, saika tsy ho vitan'ny rafitra AFM ny mampihena ny tabataba periferika amin'ity ambaratonga ity noho ny anton-javatra toy ny hovitrovitra mekanika sy ny dinamikan'ny ranoka. Ireo anton-javatra ireo dia mametra ny fahatsapana ankapobeny amin'ny fomba nanoindentation AFM ary miteraka famantarana tabataba any ambadika eo amin'ny ≤ 10 pN eo ho eo. Ho an'ny famaritana ny ety ambonin'ny tany, ny santionan'ny substrate lehfilcon A CL sy SiHy dia nodidiana teo ambanin'ny fepetra feno rano tamin'ny fampiasana probe 140 nm ho an'ny famaritana SEM, ary ny fiolahana hery vokatr'izany dia napetraka teo anelanelan'ny hery (pN) sy ny tsindry. Ny tetika fisarahana (µm) dia aseho amin'ny Sary 6a. Raha ampitahaina amin'ny substrate fototra SiHy, ny fiolahana hery lehfilcon A CL dia mampiseho mazava tsara ny dingana tetezamita manomboka amin'ny teboka fifandraisana amin'ny borosy polymer misampana ary mifarana amin'ny fiovana tampoka eo amin'ny fifandraisana amin'ny marika tehezan-kavoana amin'ny fitaovana fototra. Ity ampahany tetezamita amin'ny fiolahana hery ity dia manasongadina ny fitondran-tena elastika marina amin'ny borosy polymer misampana eo amin'ny ety ambonin'ny tany, araka ny asehon'ny fiolahana famatrarana manaraka akaiky ny fiolahana fihenjanana sy ny fifanoheran'ny toetra mekanika eo amin'ny rafitry ny borosy sy ny fitaovana SiHy matevina. Rehefa mampitaha ny lefilcon. Ny fanasarahana ny halavan'ny borosy polimera misampana amin'ny sary STEM an'ny PCS (Sary 3a) sy ny fiolahana heriny manaraka ny abscissa ao amin'ny Sary 3a. 6a dia mampiseho fa ny fomba dia afaka mamantatra ny tendrony sy ny polimera misampana mahatratra ny tampony indrindra amin'ny velarana. Ny fifandraisana eo amin'ny rafitry ny borosy. Ankoatra izany, ny fifanindriana akaiky amin'ny fiolahana hery dia manondro fa tsy misy fiantraikan'ny fitazonana rano. Amin'ity tranga ity, dia tsy misy fifamatorana mihitsy eo amin'ny fanjaitra sy ny velaran'ny santionany. Ny fizarana ambony indrindra amin'ny fiolahana hery ho an'ny santionany roa dia mifanindry, maneho ny fitoviana amin'ny toetra mekanika amin'ny fitaovana substrate.
(a) Fiolahana herin'ny nanoindentation AFM ho an'ny substrates lehfilcon A CL sy ny substrates SiHy, (b) fiolahana hery mampiseho ny tombana ny teboka fifandraisana mampiasa ny fomba ambangovangon'ny tabataba any ambadika.
Mba handinihana ireo antsipiriany madinika kokoa momba ny fiolahana hery, dia aseho indray amin'ny Sary 6b ny fiolahana fihenjanana amin'ny santionany lehfilcon A CL miaraka amin'ny hery ambony indrindra 50 pN manaraka ny axe-y. Ity grafika ity dia manome fampahalalana manan-danja momba ny tabataba tany am-boalohany. Ny tabataba dia ao anatin'ny elanelana ±10 pN, izay ampiasaina hamaritana marina ny teboka fifandraisana sy hikajiana ny halaliny fidirana. Araka ny voalaza ao amin'ny literatiora, ny famantarana ireo teboka fifandraisana dia tena ilaina mba hanombanana marina ny toetran'ny fitaovana toy ny modulus85. Ny fomba fiasa iray izay misy ny fanodinana mandeha ho azy ny angon-drakitra momba ny fiolahana hery dia naneho ny fitoviana tsara kokoa eo amin'ny fampifanarahana ny angon-drakitra sy ny fandrefesana quantitative ho an'ny fitaovana malefaka86. Amin'ity asa ity, ny safidinay amin'ny teboka fifandraisana dia somary tsotra sy tsy miangatra, saingy manana ny fetrany. Ny fomba fiasantsika mitandrina amin'ny famaritana ny teboka fifandraisana dia mety hiteraka tombana kely loatra amin'ny sandan'ny modulus ho an'ny halaliny fidirana kely kokoa (< 100 nm). Ny fampiasana ny fitadiavana teboka fifandraisana mifototra amin'ny algorithm sy ny fanodinana angon-drakitra mandeha ho azy dia mety ho tohin'ity asa ity amin'ny ho avy mba hanatsarana bebe kokoa ny fomba fiasantsika. Noho izany, ho an'ny tabataba anatiny eo amin'ny filaharan'ny ±10 pN, dia faritanay ho teboka voalohany amin'ny x-axis ny teboka fifandraisana ao amin'ny Sary 6b miaraka amin'ny sanda ≥10 pN. Avy eo, mifanaraka amin'ny tokonam-baravaran'ny tabataba 10 pN, tsipika mitsangana eo amin'ny ~0.27 µm no manamarika ny teboka fifandraisana amin'ny velarana, ary aorian'izay dia mitohy ny fiolahana mandra-pihaonan'ny substrate amin'ny halaliny ~270 nm. Mahaliana fa mifototra amin'ny haben'ny endriky ny borosy polymer misampana (300–400 nm) refesina amin'ny fampiasana ny fomba fakana sary, ny halaliny amin'ny CL lehfilcon. Ny santionany iray hita mampiasa ny fomba tokonam-baravaran'ny tabataba dia eo amin'ny 270 nm eo ho eo, izay tena akaiky ny haben'ny fandrefesana amin'ny STEM. Ireo valiny ireo dia manamafy bebe kokoa ny fifanarahana sy ny fampiharana ny endrika sy ny haben'ny tendron'ny probe AFM ho an'ny fidirana amin'ity rafitra borosy polymer misampana malefaka sy elastika be ity. Ity angon-drakitra ity dia manome porofo matanjaka ihany koa hanohanana ny fomba fampiasanay ny tabataba any ambadika ho tokonam-baravaran'ny famantarana ireo teboka fifandraisana. Noho izany, ny vokatra azo avy amin'ny fanaovana modely matematika sy ny fampifanarahana ny fiolahana hery dia tokony ho marina tsara.
Ny fandrefesana ara-kajy amin'ny alalan'ny fomba nanoindentation AFM dia miankina tanteraka amin'ny modely matematika ampiasaina amin'ny fisafidianana angon-drakitra sy ny fanadihadiana manaraka. Noho izany, zava-dehibe ny mandinika ireo anton-javatra rehetra mifandraika amin'ny fisafidianana ny indenter, ny toetran'ny fitaovana ary ny mekanikan'ny fifandraisan'izy ireo alohan'ny hisafidianana modely manokana. Amin'ity tranga ity, ny jeometrika tendrony dia nojerena tsara tamin'ny fampiasana mikrôgrafia SEM (Sary 1), ary mifototra amin'ny valiny, ny probe nanoindenting AFM 140 nm savaivony miaraka amin'ny kônina mafy sy jeometrika tendrony boribory dia safidy tsara ho an'ny famaritana ny santionany lehfilcon A CL79. Anton-javatra manan-danja iray hafa izay mila tombanana tsara dia ny elasticity an'ny fitaovana polymer izay andramana. Na dia manazava tsara ny toetran'ny fifanindran'ny fihenjanana sy ny famatrarana aza ny angon-drakitra voalohany momba ny nanoindentation (Sary 5a sy 6a), izany hoe, ny famerenana tanteraka ny elastika amin'ny fitaovana, dia tena zava-dehibe ny manamarina ny toetra elastika madio amin'ny fifandraisana. Noho izany, dia nisy lavaka roa nifanesy natao teo amin'ny toerana iray ihany teo amin'ny velaran'ny santionany lehfilcon A CL tamin'ny tahan'ny lavaka 1 µm/s teo ambanin'ny fepetra hydration feno. Aseho amin'ny sary 7 ny angon-drakitra momba ny fiolahana hery vokarina ary, araka ny nantenaina, dia saika mitovy ny fiolahana fanitarana sy famatrarana amin'ireo pirinty roa, izay manasongadina ny elastika avo lenta amin'ny rafitry ny borosy polimera misampana.
Ny fiolahana roa misy hery miditra eo amin'ny toerana iray ihany eo amin'ny velaran'ny lehfilcon. Ny CL dia manondro ny elastika idealy ho an'ny velaran'ny family.
Mifototra amin'ny fampahalalana azo avy amin'ny sary SEM sy STEM amin'ny tendron'ny probe sy ny velaran'ny lehfilcon A CL, ny modely cone-sphere dia fanehoana matematika azo ekena amin'ny fifandraisana misy eo amin'ny tendron'ny probe AFM sy ny fitaovana polymer malefaka izay andramana. Ho fanampin'izany, ho an'ity modely cone-sphere ity, ny fiheverana fototra momba ny toetran'ny elastika amin'ny fitaovana vita pirinty dia marina ho an'ity fitaovana biomimetika vaovao ity ary ampiasaina handrefesana ny modulus elastika.
Taorian'ny fanombanana feno ny fomba nanoindentation AFM sy ireo singa ao aminy, anisan'izany ny toetran'ny probe indentation (endrika, habe ary hamafin'ny lohataona), ny fahatsapana (tabataba any ambadika sy ny tombana amin'ny teboka fifandraisana), ary ny modely fampifanarahana data (fandrefesana modulus quantitative), dia nampiasaina ny fomba. Hamaritra ireo santionany ultra-soft azo vidiana eny an-tsena mba hanamarinana ny valiny quantitative. Notsapaina tamin'ny toe-javatra hydrated ny hydrogel polyacrylamide (PAAM) ara-barotra misy modulus elastika 1 kPa tamin'ny fampiasana probe 140 nm. Ny antsipirian'ny fitsapana sy kajy module dia omena ao amin'ny Fampahalalana Fanampiny. Ny valiny dia naneho fa ny modulus antonony voarefy dia 0.92 kPa, ary ny %RSD sy ny isan-jato (%) fivilian-dalana avy amin'ny modulus fantatra dia latsaky ny 10%. Ireo valiny ireo dia manamafy ny fahamarinan'ny fomba nanoindentation AFM ampiasaina amin'ity asa ity handrefesana ny moduli amin'ny fitaovana ultrasoft. Nojerena bebe kokoa ny velaran'ny santionan'ny lehfilcon A CL sy ny substrate fototra SiHy tamin'ny fampiasana ny fomba nanoindentation AFM mitovy mba handinihana ny modulus fifandraisana miharihary amin'ny velaran-tany malefaka toy ny fiasan'ny halaliny fidirana. Noforonina ho an'ny santionany telo isaky ny karazany ny fiolahana fisarahana hery fidirana (n = 3; fidirana iray isaky ny santionany) amin'ny hery 300 pN, hafainganam-pandeha 1 µm/s, ary hydration feno. Notombanana ny fiolahana fizarana hery fidirana tamin'ny fampiasana modely cone-sphere. Mba hahazoana modulus miankina amin'ny halaliny fidirana, dia napetraka isaky ny 20 nm ny ampahany 40 nm amin'ny fiolahana hery manomboka amin'ny teboka fifandraisana, ary norefesina ny sandan'ny modulus amin'ny dingana tsirairay amin'ny fiolahana hery. Spin Cy et al. Fomba fiasa mitovy amin'izany no nampiasaina mba hanazavana ny gradient modulus an'ny borosy polymer poly(lauryl methacrylate) (P12MA) amin'ny fampiasana nanoindentation probe colloidal AFM, ary mifanaraka amin'ny angon-drakitra mampiasa ny modely fifandraisana Hertz izy ireo. Ity fomba fiasa ity dia manome kisarisary mampiseho ny modulus fifandraisana miharihary (kPa) mifanandrify amin'ny halaliny fidirana (nm), araka ny aseho amin'ny Sary 8, izay mampiseho ny modulus fifandraisana miharihary/gradient halaliny. Ny modulus elastika kajy amin'ny santionany CL lehfilcon A dia eo amin'ny 2–3 kPa ao anatin'ny 100 nm ambony amin'ny santionany, ary mihoatra izany dia manomboka mitombo miaraka amin'ny halaliny. Etsy ankilany, rehefa andramana ny substrate fototra SiHy tsy misy sarimihetsika toy ny borosy eo amin'ny velarana, ny halaliny fidirana ambony indrindra tratrarina amin'ny hery 300 pN dia latsaky ny 50 nm, ary ny sandan'ny modulus azo avy amin'ny angon-drakitra dia eo amin'ny 400 kPa eo ho eo, izay azo ampitahaina amin'ny sandan'ny modulus Young ho an'ny fitaovana betsaka.
Modulus fifandraisana miharihary (kPa) vs. halaliny fidirana (nm) ho an'ny substrates lehfilcon A CL sy SiHy mampiasa fomba nanoindentation AFM miaraka amin'ny jeometria cone-sphere mba handrefesana ny modulus.
Ny velaran-tany ambony indrindra amin'ny rafitra borosy polimera biomimetika vaovao dia mampiseho modulus elasticity ambany dia ambany (2–3 kPa). Izany dia hifanaraka amin'ny tendrony mihantona malalaka amin'ny borosy polimera misampana araka ny aseho amin'ny sary STEM. Na dia misy porofo sasany momba ny gradient modulus eo amin'ny sisiny ivelany amin'ny CL aza, ny substrate modulus avo indrindra no misy fiantraikany bebe kokoa. Na izany aza, ny 100 nm ambony amin'ny velaran-tany dia ao anatin'ny 20% amin'ny halavan'ny borosy polimera misampana, noho izany dia azo eritreretina fa ny sandan'ny modulus voarefy amin'ity elanelana halaliny ity dia somary marina ary tsy miankina betsaka amin'ny fiantraikan'ny zavatra ambany.
Noho ny endrika biomimetika miavaka amin'ny lantihy fifandraisana lehfilcon A, izay ahitana rafitra borosy polymer PMPC misampana natsofoka teo amin'ny velaran'ny substrates SiHy, dia tena sarotra ny mamaritra tsara ny toetra mekanika amin'ny rafitra velarany amin'ny alàlan'ny fomba fandrefesana nentim-paharazana. Eto izahay dia manolotra fomba nanoindentation AFM mandroso mba hamaritana tsara ireo fitaovana malefaka be toy ny lefilcon A izay manana rano be dia be ary elastika avo lenta. Ity fomba ity dia mifototra amin'ny fampiasana probe AFM izay nofantenana tsara ny haben'ny tendrony sy ny jeometrika mba hifanaraka amin'ny refy ara-drafitra amin'ny endri-javatra malefaka be hosoratana. Ity fitambaran'ny refy eo anelanelan'ny probe sy ny rafitra ity dia manome fahatsapana bebe kokoa, ahafahantsika mandrefy ny modulus ambany sy ny toetra elastika ao anatin'ny singa borosy polymer misampana, na inona na inona vokatry ny poroelastika. Ny valiny dia naneho fa ny borosy polymer PMPC misampana miavaka mampiavaka ny velaran'ny lantihy dia manana modulus elastika ambany dia ambany (hatramin'ny 2 kPa) ary elastika avo dia avo (efa ho 100%) rehefa nosedraina tao anaty tontolo misy rano. Ny vokatry ny nanoindentation AFM koa dia namela anay hamantatra ny modulus/gradient depth contact miharihary (30 kPa/200 nm) amin'ny velaran'ny family biomimetic. Mety ho vokatry ny fahasamihafan'ny modulus eo amin'ny borosy polymer misampana sy ny substrate SiHy, na ny rafitra/density misampana amin'ny borosy polymer, na ny fitambaran'izy ireo, io gradient io. Na izany aza, ilaina ny fanadihadiana lalina kokoa mba hahatakarana tanteraka ny fifandraisana misy eo amin'ny rafitra sy ny toetra, indrindra ny fiantraikan'ny sampan'ny borosy amin'ny toetra mekanika. Ny fandrefesana mitovy amin'izany dia afaka manampy amin'ny famaritana ny toetra mekanika amin'ny velaran'ny fitaovana malefaka sy fitaovana ara-pitsaboana hafa.
Azo alaina avy amin'ireo mpanoratra tsirairay avy ireo angon-drakitra novokarina sy/na nohadihadiana nandritra ny fanadihadiana ankehitriny raha misy fangatahana araka ny antonony.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. sy Haugen, HJ Fihetseham-po biolojika amin'ny toetra ara-batana sy simikan'ny velaran'ny akora biolojika. Simika. fiarahamonina. Ed. 49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM sy Liu, X. Fanatsarana ny akora biolojika azo avy amin'ny olombelona ho an'ny injenieran'ny sela. fandaharana. pôlimera. ny siansa. 53, 86 (2016).
Sadtler, K. et al. Famolavolana, fampiharana ara-pitsaboana, ary valin-kafatra ara-kery amin'ny biomaterials amin'ny fitsaboana regenerative. National Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK sy Farr GM Fomba iray nohatsaraina hamaritana ny hamafin'ny sy ny modulus elastika amin'ny alàlan'ny fanandramana fidirana amin'ny fandrefesana ny enta-mavesatra sy ny fifindran-toerana. J. Alma mater. tanky fitahirizana. 7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM. Ny niandohan'ny fitsapana ny hamafin'ny indentation ara-tantara. alma mater. ny siansa. ny teknolojia. 28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Fandrefesana ny hamafin'ny fidiran'ny akora amin'ny ambaratonga makro, mikro, ary nano: Famerenana mitsikera. tribe. Wright. 65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD sy Clapperich, SM Ny lesoka amin'ny fitadiavana ny velarana dia mitarika amin'ny fanombanana tafahoatra ny modulus amin'ny nanoindentation amin'ny fitaovana malefaka. J. Mecha. Fitondran-tena. Siansa biomedika. alma mater. 2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollakhi MR, Bushroa AR ary Yahya M.Yu. Fanombanana ny fomba nanoindentation mba hamaritana ny toetra mekanika amin'ny nanocomposites heterogeneous amin'ny alàlan'ny fomba fanandramana sy kajy. ny siansa. House 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, ary Owart, TS Famaritana mekanika ny gel viskoelastika malefaka amin'ny alàlan'ny fidirana sy ny famakafakana singa voafetra mivadika mifototra amin'ny fanatsarana. J. Mecha. Fitondran-tena. Siansa biomedika. alma mater. 2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J sy Chaneler D. Fanatsarana ny famaritana ny viscoelasticity amin'ny fampiasana rafitra fandrefesana mifanaraka amin'izany. Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. sy Pellillo, E. Fanodinana amin'ny alalan'ny nano amin'ny velaran-tany polimerika. J. Fizika. D. Ampiharo amin'ny fizika. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. ary Van Vliet KJ Famaritana ny toetra mekanika viskoelastika amin'ny pôlimera sy sela biolojika tena elastika amin'ny alàlan'ny fampidirana dona. Gazetin'ny Biomaterials. 71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Fanombanana ny modulus elastika sy ny asan'ny adhesion amin'ny fitaovana malefaka amin'ny alàlan'ny fomba Borodich-Galanov (BG) mivelatra sy ny fidirana lalina. fur. alma mater. 129, 198–213 (2019).
Shi, X. et al. Endriky ny nanoscale sy ny toetra mekanika amin'ny velaran-tany polimerika biomimetika amin'ny lantihy fifandraisana silikônina hydrogel. Langmuir 37, 13961–13967 (2021).