Nature.com സന്ദർശിച്ചതിന് നന്ദി. പരിമിതമായ CSS പിന്തുണയുള്ള ഒരു ബ്രൗസർ പതിപ്പാണ് നിങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. മികച്ച അനുഭവത്തിനായി, അപ്ഡേറ്റ് ചെയ്ത ഒരു ബ്രൗസർ ഉപയോഗിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നു (അല്ലെങ്കിൽ ഇന്റർനെറ്റ് എക്സ്പ്ലോററിൽ കോംപാറ്റിബിലിറ്റി മോഡ് പ്രവർത്തനരഹിതമാക്കുക). കൂടാതെ, തുടർച്ചയായ പിന്തുണ ഉറപ്പാക്കാൻ, സ്റ്റൈലുകളും ജാവാസ്ക്രിപ്റ്റും ഇല്ലാതെ ഞങ്ങൾ സൈറ്റ് കാണിക്കുന്നു.
മൂന്ന് സ്ലൈഡുകളുടെ ഒരു കറൗസൽ ഒരേസമയം പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. ഒരേ സമയം മൂന്ന് സ്ലൈഡുകളിലൂടെ നീങ്ങാൻ മുമ്പത്തേതും അടുത്തതും ബട്ടണുകൾ ഉപയോഗിക്കുക, അല്ലെങ്കിൽ ഒരേ സമയം മൂന്ന് സ്ലൈഡുകളിലൂടെ നീങ്ങാൻ അവസാനത്തിലുള്ള സ്ലൈഡർ ബട്ടണുകൾ ഉപയോഗിക്കുക.
മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾക്കും ബയോമെഡിക്കൽ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കുമായി പുതിയ അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾ വികസിപ്പിച്ചതോടെ, അവയുടെ ഭൗതികവും മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും സമഗ്രമായി വിശദീകരിക്കുന്നത് പ്രധാനപ്പെട്ടതും വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞതുമാണ്. ശാഖിതമായ പോളിമർ ബ്രഷ് ഘടനകളുടെ ഒരു പാളി കൊണ്ട് പൊതിഞ്ഞ പുതിയ ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ ബയോമിമെറ്റിക് സിലിക്കൺ ഹൈഡ്രോജൽ കോൺടാക്റ്റ് ലെൻസിന്റെ വളരെ താഴ്ന്ന ഉപരിതല മോഡുലസ് ചിത്രീകരിക്കുന്നതിന് ഒരു പരിഷ്കരിച്ച ആറ്റോമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്കോപ്പി (എഎഫ്എം) നാനോഇൻഡന്റേഷൻ സാങ്കേതികത പ്രയോഗിച്ചു. ശാഖിതമായ പോളിമറുകളെ സമീപിക്കുമ്പോൾ വിസ്കോസ് എക്സ്ട്രൂഷന്റെ ഫലങ്ങളില്ലാതെ കോൺടാക്റ്റ് പോയിന്റുകളുടെ കൃത്യമായ നിർണ്ണയം ഈ രീതി അനുവദിക്കുന്നു. കൂടാതെ, പോറോഇലാസ്റ്റിസിറ്റിയുടെ ഫലമില്ലാതെ വ്യക്തിഗത ബ്രഷ് മൂലകങ്ങളുടെ മെക്കാനിക്കൽ സവിശേഷതകൾ നിർണ്ണയിക്കാൻ ഇത് സാധ്യമാക്കുന്നു. മൃദുവായ വസ്തുക്കളുടെയും ജൈവ സാമ്പിളുകളുടെയും ഗുണങ്ങൾ അളക്കുന്നതിന് പ്രത്യേകിച്ചും അനുയോജ്യമായ ഒരു ഡിസൈൻ (ടിപ്പ് വലുപ്പം, ജ്യാമിതി, സ്പ്രിംഗ് നിരക്ക്) ഉള്ള ഒരു എഎഫ്എം പ്രോബ് തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നതിലൂടെ ഇത് കൈവരിക്കാനാകും. ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണത്തിൽ (2 kPa വരെ) വളരെ കുറഞ്ഞ ഇലാസ്തികത മോഡുലസും ആന്തരിക (ഏകദേശം 100%) ജലീയ അന്തരീക്ഷത്തിൽ വളരെ ഉയർന്ന ഇലാസ്തികതയും ഉള്ള വളരെ മൃദുവായ മെറ്റീരിയൽ ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ യുടെ കൃത്യമായ അളവെടുപ്പിനായി ഈ രീതി സംവേദനക്ഷമതയും കൃത്യതയും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. ഉപരിതല പഠനത്തിന്റെ ഫലങ്ങൾ ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ ലെൻസിന്റെ അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് ഉപരിതല സവിശേഷതകൾ വെളിപ്പെടുത്തുക മാത്രമല്ല, ശാഖിതമായ പോളിമർ ബ്രഷുകളുടെ മോഡുലസ് സിലിക്കൺ-ഹൈഡ്രജൻ അടിവസ്ത്രത്തിന്റേതിന് സമാനമാണെന്ന് കാണിക്കുകയും ചെയ്തു. ഈ ഉപരിതല സ്വഭാവരൂപീകരണ സാങ്കേതികത മറ്റ് അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് മെറ്റീരിയലുകളിലും മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങളിലും പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയും.
ജീവജാലങ്ങളുമായി നേരിട്ട് സമ്പർക്കം പുലർത്തുന്നതിനായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത വസ്തുക്കളുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ പലപ്പോഴും ജൈവ പരിസ്ഥിതിയാൽ നിർണ്ണയിക്കപ്പെടുന്നു. പ്രതികൂല സെല്ലുലാർ പ്രതികരണങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കാതെ മെറ്റീരിയലിന്റെ ആവശ്യമുള്ള ക്ലിനിക്കൽ സവിശേഷതകൾ കൈവരിക്കാൻ ഈ മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങളുടെ പൂർണ്ണമായ പൊരുത്തം സഹായിക്കുന്നു1,2,3. ബൾക്ക് ഹോമോജീനിയസ് മെറ്റീരിയലുകൾക്ക്, സ്റ്റാൻഡേർഡ് നടപടിക്രമങ്ങളുടെയും പരീക്ഷണ രീതികളുടെയും ലഭ്യത കാരണം മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ സ്വഭാവം താരതമ്യേന എളുപ്പമാണ് (ഉദാ: മൈക്രോഇൻഡന്റേഷൻ4,5,6). എന്നിരുന്നാലും, ജെല്ലുകൾ, ഹൈഡ്രോജലുകൾ, ബയോപോളിമറുകൾ, ജീവനുള്ള കോശങ്ങൾ മുതലായവ പോലുള്ള അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾക്ക്, അളവെടുപ്പ് റെസല്യൂഷൻ പരിമിതികളും ചില വസ്തുക്കളുടെ അസമത്വവും കാരണം ഈ ടെസ്റ്റ് രീതികൾ സാധാരണയായി ബാധകമല്ല7. വർഷങ്ങളായി, പരമ്പരാഗത ഇൻഡന്റേഷൻ രീതികൾ പരിഷ്കരിക്കുകയും വൈവിധ്യമാർന്ന സോഫ്റ്റ് മെറ്റീരിയലുകളെ ചിത്രീകരിക്കാൻ പൊരുത്തപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്തിട്ടുണ്ട്, എന്നാൽ പല രീതികളിലും ഇപ്പോഴും അവയുടെ ഉപയോഗം പരിമിതപ്പെടുത്തുന്ന ഗുരുതരമായ പോരായ്മകൾ ഉണ്ട്8,9,10,11,12,13. സൂപ്പർസോഫ്റ്റ് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും ഉപരിതല പാളികളുടെയും മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളെ കൃത്യമായും വിശ്വസനീയമായും ചിത്രീകരിക്കാൻ കഴിയുന്ന പ്രത്യേക ടെസ്റ്റ് രീതികളുടെ അഭാവം വിവിധ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ അവയുടെ ഉപയോഗത്തെ ഗുരുതരമായി പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.
ഞങ്ങളുടെ മുൻ പ്രവർത്തനങ്ങളിൽ, കണ്ണിന്റെ കോർണിയയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ നിന്ന് പ്രചോദനം ഉൾക്കൊണ്ട് ബയോമിമെറ്റിക് ഡിസൈനുകളിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞ എല്ലാ അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് ഉപരിതല ഗുണങ്ങളുമുള്ള ഒരു സോഫ്റ്റ് വൈവിധ്യമാർന്ന മെറ്റീരിയലായ ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ (CL) കോൺടാക്റ്റ് ലെൻസ് ഞങ്ങൾ അവതരിപ്പിച്ചു. മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾക്കായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ഒരു സിലിക്കൺ ഹൈഡ്രോജൽ (SiHy) 15 ലേക്ക് പോളി(2-മെത്താക്രിലോയ്ലോക്സിതൈൽഫോസ്ഫോറിൽകോളിൻ (MPC)) (PMPC) ന്റെ ശാഖിതമായ, ക്രോസ്-ലിങ്ക്ഡ് പോളിമർ പാളി ഒട്ടിച്ചാണ് ഈ ബയോമെറ്റീരിയൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത്. ഈ ഗ്രാഫ്റ്റിംഗ് പ്രക്രിയ ഉപരിതലത്തിൽ വളരെ മൃദുവും ഉയർന്ന ഇലാസ്റ്റിക് ശാഖിതവുമായ പോളിമെറിക് ബ്രഷ് ഘടന അടങ്ങിയ ഒരു പാളി സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ CL ന്റെ ബയോമിമെറ്റിക് ഘടന മെച്ചപ്പെട്ട നനവ്, ഫൗളിംഗ് പ്രതിരോധം, വർദ്ധിച്ച ലൂബ്രിസിറ്റി, കുറഞ്ഞ സെൽ, ബാക്ടീരിയൽ അഡീഷൻ തുടങ്ങിയ മികച്ച ഉപരിതല സവിശേഷതകൾ നൽകുന്നുവെന്ന് ഞങ്ങളുടെ മുൻ പ്രവർത്തനങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിച്ചിട്ടുണ്ട്. കൂടാതെ, ഈ ബയോമിമെറ്റിക് മെറ്റീരിയലിന്റെ ഉപയോഗവും വികസനവും മറ്റ് ബയോമെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങളിലേക്ക് കൂടുതൽ വ്യാപനം നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. അതിനാൽ, ഭാവിയിലെ വികസനങ്ങളെയും പ്രയോഗങ്ങളെയും പിന്തുണയ്ക്കുന്നതിനായി സമഗ്രമായ ഒരു അറിവ് സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന്, ഈ അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് മെറ്റീരിയലിന്റെ ഉപരിതല ഗുണങ്ങളെ ചിത്രീകരിക്കുകയും കണ്ണുമായുള്ള അതിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ ഇടപെടൽ മനസ്സിലാക്കുകയും ചെയ്യേണ്ടത് വളരെ പ്രധാനമാണ്. വാണിജ്യപരമായി ലഭ്യമായ മിക്ക SiHy കോൺടാക്റ്റ് ലെൻസുകളും ഹൈഡ്രോഫിലിക്, ഹൈഡ്രോഫോബിക് പോളിമറുകളുടെ ഏകതാനമായ മിശ്രിതം ചേർന്നതാണ്, അവ ഒരു ഏകീകൃത മെറ്റീരിയൽ ഘടന ഉണ്ടാക്കുന്നു17. പരമ്പരാഗത കംപ്രഷൻ, ടെൻസൈൽ, മൈക്രോഇൻഡന്റേഷൻ ടെസ്റ്റ് രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് അവയുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ അന്വേഷിക്കുന്നതിന് നിരവധി പഠനങ്ങൾ നടത്തിയിട്ടുണ്ട്18,19,20,21. എന്നിരുന്നാലും, ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ സിഎല്ലിന്റെ പുതിയ ബയോമിമെറ്റിക് ഡിസൈൻ അതിനെ ഒരു സവിശേഷ വൈവിധ്യമാർന്ന വസ്തുവാക്കി മാറ്റുന്നു, അതിൽ ശാഖിതമായ പോളിമർ ബ്രഷ് ഘടനകളുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ SiHy ബേസ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ നിന്ന് ഗണ്യമായി വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. അതിനാൽ, പരമ്പരാഗതവും ഇൻഡന്റേഷൻ രീതികളും ഉപയോഗിച്ച് ഈ ഗുണങ്ങളെ കൃത്യമായി അളക്കുന്നത് വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. ആറ്റോമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്‌കോപ്പിയിൽ (AFM) നടപ്പിലാക്കിയ നാനോഇൻഡന്റേഷൻ ടെസ്റ്റിംഗ് രീതി ഒരു വാഗ്ദാന രീതി ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് ബയോളജിക്കൽ സെല്ലുകൾ, ടിഷ്യൂകൾ, സോഫ്റ്റ് പോളിമറുകൾ എന്നിവ പോലുള്ള സോഫ്റ്റ് വിസ്കോലാസ്റ്റിക് വസ്തുക്കളുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ നിർണ്ണയിക്കാൻ ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു22,23,24,25. ,26,27,28,29,30. AFM നാനോഇൻഡന്റേഷനിൽ, നാനോഇൻഡന്റേഷൻ പരിശോധനയുടെ അടിസ്ഥാനകാര്യങ്ങൾ AFM സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ ഏറ്റവും പുതിയ പുരോഗതികളുമായി സംയോജിപ്പിച്ച്, അന്തർലീനമായ സൂപ്പർസോഫ്റ്റ് വസ്തുക്കളുടെ വിശാലമായ ശ്രേണിയുടെ വർദ്ധിച്ച അളവെടുപ്പ് സംവേദനക്ഷമതയും പരിശോധനയും നൽകുന്നു31,32,33,34,35,36. കൂടാതെ, വ്യത്യസ്ത ജ്യാമിതികളുടെ ഉപയോഗത്തിലൂടെ സാങ്കേതികവിദ്യ മറ്റ് പ്രധാന ഗുണങ്ങൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. ഇൻഡന്ററും പ്രോബും, വിവിധ ദ്രാവക മാധ്യമങ്ങളിൽ പരിശോധന നടത്താനുള്ള സാധ്യതയും.
AFM നാനോഇൻഡന്റേഷനെ സോപാധികമായി മൂന്ന് പ്രധാന ഘടകങ്ങളായി തിരിക്കാം: (1) ഉപകരണങ്ങൾ (സെൻസറുകൾ, ഡിറ്റക്ടറുകൾ, പ്രോബുകൾ മുതലായവ); (2) അളക്കൽ പാരാമീറ്ററുകൾ (ബലം, സ്ഥാനചലനം, വേഗത, റാമ്പ് വലുപ്പം മുതലായവ); (3) ഡാറ്റ പ്രോസസ്സിംഗ് (ബേസ്‌ലൈൻ തിരുത്തൽ, ടച്ച് പോയിന്റ് എസ്റ്റിമേഷൻ, ഡാറ്റ ഫിറ്റിംഗ്, മോഡലിംഗ് മുതലായവ). ഈ രീതിയിലെ ഒരു പ്രധാന പ്രശ്നം, AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന സാഹിത്യത്തിലെ നിരവധി പഠനങ്ങൾ ഒരേ സാമ്പിൾ/സെൽ/മെറ്റീരിയൽ തരത്തിന് വളരെ വ്യത്യസ്തമായ അളവ് ഫലങ്ങൾ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യുന്നു എന്നതാണ്37,38,39,40,41. ഉദാഹരണത്തിന്, ലെക്ക തുടങ്ങിയവർ. മെക്കാനിക്കലി ഏകതാനമായ ഹൈഡ്രോജലിന്റെയും വൈവിധ്യമാർന്ന കോശങ്ങളുടെയും സാമ്പിളുകളുടെ അളന്ന യങ്ങിന്റെ മോഡുലസിൽ AFM പ്രോബ് ജ്യാമിതിയുടെ സ്വാധീനം പഠിക്കുകയും താരതമ്യം ചെയ്യുകയും ചെയ്തു. മോഡുലസ് മൂല്യങ്ങൾ കാന്റിലിവർ തിരഞ്ഞെടുപ്പിനെയും ടിപ്പ് ആകൃതിയെയും വളരെയധികം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നുവെന്ന് അവർ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യുന്നു, ഒരു പിരമിഡ് ആകൃതിയിലുള്ള പ്രോബിന് ഏറ്റവും ഉയർന്ന മൂല്യവും ഒരു ഗോളാകൃതിയിലുള്ള പ്രോബിന് ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ മൂല്യവും 42 ആണ്. അതുപോലെ, സെൽഹുബർ-അങ്കൽ തുടങ്ങിയവർ. പോളിഅക്രിലാമൈഡ് (PAAM) സാമ്പിളുകളുടെ ഇൻഡെന്റർ വേഗത, ഇൻഡെന്റർ വലുപ്പം, കനം എന്നിവ ACM43 നാനോഇൻഡന്റേഷൻ ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുന്ന യങ്ങിന്റെ മോഡുലസിനെ എങ്ങനെ ബാധിക്കുന്നുവെന്ന് കാണിച്ചിട്ടുണ്ട്. വളരെ കുറഞ്ഞ സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡുലസ് ടെസ്റ്റ് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും സൗജന്യ ടെസ്റ്റ് നടപടിക്രമങ്ങളുടെയും അഭാവമാണ് മറ്റൊരു സങ്കീർണ്ണ ഘടകം. ഇത് ആത്മവിശ്വാസത്തോടെ കൃത്യമായ ഫലങ്ങൾ നേടുന്നത് വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ആപേക്ഷിക അളവുകൾക്കും സമാന സാമ്പിൾ തരങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള താരതമ്യ വിലയിരുത്തലുകൾക്കും ഈ രീതി വളരെ ഉപയോഗപ്രദമാണ്, ഉദാഹരണത്തിന് AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ ഉപയോഗിച്ച് സാധാരണ കോശങ്ങളെ കാൻസർ കോശങ്ങളിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചറിയാൻ 44, 45.
AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ ഉപയോഗിച്ച് മൃദുവായ വസ്തുക്കൾ പരീക്ഷിക്കുമ്പോൾ, സാമ്പിൾ മോഡുലസുമായി അടുത്ത് പൊരുത്തപ്പെടുന്ന ഒരു താഴ്ന്ന സ്പ്രിംഗ് കോൺസ്റ്റന്റ് (k) ഉള്ള ഒരു പ്രോബ് ഉപയോഗിക്കുക എന്നതാണ് ഒരു പൊതു നിയമം, അതുവഴി ആദ്യത്തെ പ്രോബ് മൃദുവായ വസ്തുക്കളുമായി ആദ്യ സമ്പർക്കത്തിൽ സാമ്പിൾ പ്രതലങ്ങളിൽ തുളച്ചുകയറുന്നില്ല. പ്രോബ് സൃഷ്ടിക്കുന്ന വ്യതിചലന സിഗ്നൽ ലേസർ ഡിറ്റക്ടർ സിസ്റ്റം കണ്ടെത്തുന്നതിന് പര്യാപ്തമായിരിക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്24,34,46,47. അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് ഹെറ്റീരിയോജെനേറ്റീവ് സെല്ലുകൾ, ടിഷ്യൂകൾ, ജെല്ലുകൾ എന്നിവയുടെ കാര്യത്തിൽ, പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്നതും വിശ്വസനീയവുമായ അളവുകൾ ഉറപ്പാക്കുന്നതിന് പ്രോബിനും സാമ്പിൾ ഉപരിതലത്തിനും ഇടയിലുള്ള പശ ബലത്തെ മറികടക്കുക എന്നതാണ് മറ്റൊരു വെല്ലുവിളി. അടുത്ത കാലം വരെ, AFM നാനോഇൻഡന്റേഷനിലെ മിക്ക പ്രവർത്തനങ്ങളും താരതമ്യേന വലിയ ഗോളാകൃതിയിലുള്ള പ്രോബുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ജൈവ കോശങ്ങൾ, ടിഷ്യൂകൾ, ജെല്ലുകൾ, ഹൈഡ്രോജലുകൾ, ബയോമോളിക്യൂളുകൾ എന്നിവയുടെ മെക്കാനിക്കൽ സ്വഭാവത്തെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിലാണ് ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരുന്നത്, സാധാരണയായി കൊളോയ്ഡൽ പ്രോബുകൾ (CPs) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. , 47, 51, 52, 53, 54, 55. ഈ നുറുങ്ങുകൾക്ക് 1 മുതൽ 50 µm വരെ ആരമുണ്ട്, സാധാരണയായി ബോറോസിലിക്കേറ്റ് ഗ്ലാസ്, പോളിമെഥൈൽ മെത്തക്രൈലേറ്റ് (PMMA), പോളിസ്റ്റൈറൈൻ (PS), സിലിക്കൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് (SiO2), ഡയമണ്ട് പോലുള്ള കാർബൺ (DLC) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചാണ് ഇവ നിർമ്മിക്കുന്നത്. സോഫ്റ്റ് സാമ്പിൾ സ്വഭാവരൂപീകരണത്തിന് CP-AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ പലപ്പോഴും ആദ്യ ചോയിസാണെങ്കിലും, അതിന് അതിന്റേതായ പ്രശ്നങ്ങളും പരിമിതികളുമുണ്ട്. വലിയ, മൈക്രോൺ വലിപ്പമുള്ള ഗോളാകൃതിയിലുള്ള നുറുങ്ങുകളുടെ ഉപയോഗം സാമ്പിളുമായുള്ള നുറുങ്ങിന്റെ ആകെ സമ്പർക്ക വിസ്തീർണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും സ്പേഷ്യൽ റെസല്യൂഷന്റെ ഗണ്യമായ നഷ്ടത്തിന് കാരണമാവുകയും ചെയ്യുന്നു. മൃദുവായ, അസമമായ മാതൃകകൾക്ക്, പ്രാദേശിക മൂലകങ്ങളുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ വിശാലമായ ഒരു പ്രദേശത്ത് ശരാശരിയിൽ നിന്ന് ഗണ്യമായി വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കാം, CP ഇൻഡന്റേഷന് ഒരു പ്രാദേശിക സ്കെയിലിലെ ഗുണങ്ങളിലെ ഏതെങ്കിലും അസമത്വം മറയ്ക്കാൻ കഴിയും52. കൊളോയ്ഡൽ പ്രോബുകൾ സാധാരണയായി എപ്പോക്സി പശകൾ ഉപയോഗിച്ച് ടിപ്പ്ലെസ് കാന്റിലിവറുകളിൽ മൈക്രോൺ വലിപ്പമുള്ള കൊളോയ്ഡൽ ഗോളങ്ങൾ ഘടിപ്പിച്ചാണ് നിർമ്മിക്കുന്നത്. നിർമ്മാണ പ്രക്രിയ തന്നെ നിരവധി പ്രശ്‌നങ്ങൾ നിറഞ്ഞതാണ്, കൂടാതെ പ്രോബ് കാലിബ്രേഷൻ പ്രക്രിയയിൽ പൊരുത്തക്കേടുകൾക്ക് കാരണമായേക്കാം. കൂടാതെ, കൊളോയ്ഡൽ കണങ്ങളുടെ വലുപ്പവും പിണ്ഡവും കാന്റിലിവറിന്റെ പ്രധാന കാലിബ്രേഷൻ പാരാമീറ്ററുകളായ റെസൊണന്റ് ഫ്രീക്വൻസി, സ്പ്രിംഗ് കാഠിന്യം, ഡിഫ്ലക്ഷൻ സെൻസിറ്റിവിറ്റി എന്നിവയെ നേരിട്ട് ബാധിക്കുന്നു56,57,58. അതിനാൽ, താപനില കാലിബ്രേഷൻ പോലുള്ള പരമ്പരാഗത AFM പ്രോബുകൾക്ക് സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന രീതികൾ CP-ക്ക് കൃത്യമായ കാലിബ്രേഷൻ നൽകിയേക്കില്ല, കൂടാതെ ഈ തിരുത്തലുകൾ നടത്താൻ മറ്റ് രീതികൾ ആവശ്യമായി വന്നേക്കാം57, 59, 60, 61. സാധാരണ CP ഇൻഡന്റേഷൻ പരീക്ഷണങ്ങൾ സോഫ്റ്റ് സാമ്പിളുകളുടെ ഗുണവിശേഷതകൾ പഠിക്കാൻ വലിയ വ്യതിയാനങ്ങൾ കാന്റിലിവർ ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് താരതമ്യേന വലിയ വ്യതിയാനങ്ങളിൽ കാന്റിലിവറിന്റെ നോൺ-ലീനിയർ സ്വഭാവം കാലിബ്രേറ്റ് ചെയ്യുമ്പോൾ മറ്റൊരു പ്രശ്നം സൃഷ്ടിക്കുന്നു62,63,64. ആധുനിക കൊളോയ്ഡൽ പ്രോബ് ഇൻഡന്റേഷൻ രീതികൾ സാധാരണയായി പ്രോബ് കാലിബ്രേറ്റ് ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന കാന്റിലിവറിന്റെ ജ്യാമിതി കണക്കിലെടുക്കുന്നു, പക്ഷേ കൊളോയ്ഡൽ കണങ്ങളുടെ സ്വാധീനം അവഗണിക്കുന്നു, ഇത് രീതിയുടെ കൃത്യതയിൽ അധിക അനിശ്ചിതത്വം സൃഷ്ടിക്കുന്നു38,61. അതുപോലെ, കോൺടാക്റ്റ് മോഡൽ ഫിറ്റിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കുന്ന ഇലാസ്റ്റിക് മൊഡ്യൂളുകൾ ഇൻഡന്റേഷൻ പ്രോബിന്റെ ജ്യാമിതിയെ നേരിട്ട് ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ടിപ്പും സാമ്പിൾ ഉപരിതല സവിശേഷതകളും തമ്മിലുള്ള പൊരുത്തക്കേട് കൃത്യതയില്ലായ്മയിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം27, 65, 66, 67, 68. സ്പെൻസർ തുടങ്ങിയവരുടെ സമീപകാല ചില പ്രവർത്തനങ്ങൾ. CP-AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതി ഉപയോഗിച്ച് സോഫ്റ്റ് പോളിമർ ബ്രഷുകളെ ചിത്രീകരിക്കുമ്പോൾ കണക്കിലെടുക്കേണ്ട ഘടകങ്ങൾ എടുത്തുകാണിച്ചിരിക്കുന്നു. വേഗതയുടെ ഒരു പ്രവർത്തനമായി പോളിമർ ബ്രഷുകളിൽ ഒരു വിസ്കോസ് ദ്രാവകം നിലനിർത്തുന്നത് ഹെഡ് ലോഡിംഗിൽ വർദ്ധനവിന് കാരണമാകുമെന്നും അതിനാൽ വേഗതയെ ആശ്രയിച്ചുള്ള ഗുണങ്ങളുടെ വ്യത്യസ്ത അളവുകൾ ഉണ്ടാകുമെന്നും അവർ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തു30,69,70,71.
ഈ പഠനത്തിൽ, പരിഷ്കരിച്ച AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതി ഉപയോഗിച്ച് അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് ഹൈലി ഇലാസ്റ്റിക് മെറ്റീരിയൽ ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL ന്റെ ഉപരിതല മോഡുലസ് ഞങ്ങൾ ചിത്രീകരിച്ചു. ഈ മെറ്റീരിയലിന്റെ ഗുണങ്ങളും പുതിയ ഘടനയും കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, പരമ്പരാഗത ഇൻഡന്റേഷൻ രീതിയുടെ സെൻസിറ്റിവിറ്റി ശ്രേണി ഈ വളരെ മൃദുവായ മെറ്റീരിയലിന്റെ മോഡുലസിനെ ചിത്രീകരിക്കാൻ വ്യക്തമായി പര്യാപ്തമല്ല, അതിനാൽ ഉയർന്ന സെൻസിറ്റിവിറ്റിയും കുറഞ്ഞ സെൻസിറ്റിവിറ്റിയും ഉള്ള ഒരു AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതി ഉപയോഗിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. നിലവിലുള്ള കൊളോയ്ഡൽ AFM പ്രോബ് നാനോഇൻഡന്റേഷൻ ടെക്നിക്കുകളുടെ പോരായ്മകളും പ്രശ്നങ്ങളും അവലോകനം ചെയ്ത ശേഷം, ദ്രാവക നിലനിർത്തൽ ആശ്രിതത്വം പോലുള്ള മൃദുവായ വൈവിധ്യമാർന്ന വസ്തുക്കളുടെ സെൻസിറ്റിവിറ്റി, പശ്ചാത്തല ശബ്‌ദം, കൃത്യമായ കോൺടാക്റ്റ് പോയിന്റ്, വേഗത മോഡുലസ് അളക്കൽ എന്നിവ ഇല്ലാതാക്കാൻ ഞങ്ങൾ ഒരു ചെറിയ, ഇഷ്ടാനുസൃതമായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത AFM പ്രോബ് തിരഞ്ഞെടുത്തത് എന്തുകൊണ്ടാണെന്ന് ഞങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. കൃത്യമായ അളവ്. കൂടാതെ, ഇൻഡന്റേഷൻ ടിപ്പിന്റെ ആകൃതിയും അളവുകളും കൃത്യമായി അളക്കാൻ ഞങ്ങൾക്ക് കഴിഞ്ഞു, മെറ്റീരിയലുമായുള്ള ടിപ്പിന്റെ കോൺടാക്റ്റ് ഏരിയ വിലയിരുത്താതെ ഇലാസ്തികതയുടെ മോഡുലസ് നിർണ്ണയിക്കാൻ കോൺ-സ്ഫിയർ ഫിറ്റ് മോഡൽ ഉപയോഗിക്കാൻ ഞങ്ങളെ അനുവദിച്ചു. ഈ കൃതിയിൽ അളക്കപ്പെടുന്ന രണ്ട് അവ്യക്തമായ അനുമാനങ്ങൾ പൂർണ്ണമായും ഇലാസ്റ്റിക് മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങളും ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്ത്-ഇൻഡിപെൻഡന്റ് മോഡുലസുമാണ്. ഈ രീതി ഉപയോഗിച്ച്, രീതി അളക്കുന്നതിനായി അറിയപ്പെടുന്ന മോഡുലസ് ഉപയോഗിച്ച് ഞങ്ങൾ ആദ്യം അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് മാനദണ്ഡങ്ങൾ പരീക്ഷിച്ചു, തുടർന്ന് രണ്ട് വ്യത്യസ്ത കോൺടാക്റ്റ് ലെൻസ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ പ്രതലങ്ങളെ ചിത്രീകരിക്കാൻ ഈ രീതി ഉപയോഗിച്ചു. വർദ്ധിച്ച സംവേദനക്ഷമതയുള്ള AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ പ്രതലങ്ങളെ ചിത്രീകരിക്കുന്ന ഈ രീതി മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങളിലും ബയോമെഡിക്കൽ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലും സാധ്യതയുള്ള വൈവിധ്യമാർന്ന ബയോമിമെറ്റിക് ഹെറ്റീരിയോളജിക്കൽ അൾട്രാസോഫ്റ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് ബാധകമാകുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.
നാനോഇൻഡന്റേഷൻ പരീക്ഷണങ്ങൾക്കായി ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ കോൺടാക്റ്റ് ലെൻസുകളും (ആൽകോൺ, ഫോർട്ട് വർത്ത്, ടെക്സസ്, യുഎസ്എ) അവയുടെ സിലിക്കൺ ഹൈഡ്രോജൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളും തിരഞ്ഞെടുത്തു. പരീക്ഷണത്തിൽ പ്രത്യേകം രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ലെൻസ് മൗണ്ട് ഉപയോഗിച്ചു. പരിശോധനയ്ക്കായി ലെൻസ് സ്ഥാപിക്കുന്നതിന്, അത് ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം താഴികക്കുടത്തിന്റെ ആകൃതിയിലുള്ള സ്റ്റാൻഡിൽ സ്ഥാപിച്ചു, വായു കുമിളകളൊന്നും ഉള്ളിലേക്ക് കടക്കുന്നില്ലെന്ന് ഉറപ്പുവരുത്തി, തുടർന്ന് അരികുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഉറപ്പിച്ചു. ലെൻസ് ഹോൾഡറിന്റെ മുകളിലുള്ള ഫിക്സ്ചറിലെ ഒരു ദ്വാരം ദ്രാവകം സ്ഥാനത്ത് പിടിക്കുമ്പോൾ നാനോഇൻഡന്റേഷൻ പരീക്ഷണങ്ങൾക്കായി ലെൻസിന്റെ ഒപ്റ്റിക്കൽ സെന്ററിലേക്ക് പ്രവേശനം നൽകുന്നു. ഇത് ലെൻസുകളെ പൂർണ്ണമായും ജലാംശം നിലനിർത്തുന്നു. 500 μl കോൺടാക്റ്റ് ലെൻസ് പാക്കേജിംഗ് ലായനി ഒരു പരീക്ഷണ പരിഹാരമായി ഉപയോഗിച്ചു. അളവ് ഫലങ്ങൾ പരിശോധിക്കുന്നതിന്, വാണിജ്യപരമായി ലഭ്യമായ നോൺ-ആക്ടിവേറ്റഡ് പോളിഅക്രിലാമൈഡ് (PAAM) ഹൈഡ്രോജലുകൾ ഒരു പോളിഅക്രിലാമൈഡ്-കോ-മെത്തിലീൻ-ബിസാക്രിലാമൈഡ് കോമ്പോസിഷനിൽ നിന്ന് (100 mm പെട്രിസോഫ്റ്റ് പെട്രി ഡിഷുകൾ, മാട്രിജൻ, ഇർവിൻ, CA, യുഎസ്എ) തയ്യാറാക്കി, ഇത് 1 kPa യുടെ അറിയപ്പെടുന്ന ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസ് ആണ്. AFM ഹൈഡ്രോജൽ-പ്രോബ് ഇന്റർഫേസിൽ 4-5 തുള്ളി (ഏകദേശം 125 µl) ഫോസ്ഫേറ്റ് ബഫേർഡ് സലൈൻ (കോർണിംഗ് ലൈഫ് സയൻസസിൽ നിന്നുള്ള PBS, ടെവ്ക്സ്ബറി, MA, USA) ഉം OPTI-FREE Puremoist കോൺടാക്റ്റ് ലെൻസ് ലായനി (Alcon, Vaud, TX, USA) 1 തുള്ളിയും ഉപയോഗിക്കുക.
സ്കാനിംഗ് ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് (STEM) ഡിറ്റക്ടർ ഘടിപ്പിച്ച ഒരു FEI ക്വാണ്ട 250 ഫീൽഡ് എമിഷൻ സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് (FEG SEM) സിസ്റ്റം ഉപയോഗിച്ച് ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL, SiHy സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളുടെ സാമ്പിളുകൾ ദൃശ്യവൽക്കരിച്ചു. സാമ്പിളുകൾ തയ്യാറാക്കാൻ, ലെൻസുകൾ ആദ്യം വെള്ളത്തിൽ കഴുകി പൈ ആകൃതിയിലുള്ള വെഡ്ജുകളായി മുറിച്ചു. സാമ്പിളുകളുടെ ഹൈഡ്രോഫിലിക്, ഹൈഡ്രോഫോബിക് ഘടകങ്ങൾക്കിടയിൽ ഒരു ഡിഫറൻഷ്യൽ കോൺട്രാസ്റ്റ് നേടുന്നതിന്, 0.10% സ്റ്റെബിലൈസ് ചെയ്ത RuO4 ലായനി ഒരു ഡൈ ആയി ഉപയോഗിച്ചു, അതിൽ സാമ്പിളുകൾ 30 മിനിറ്റ് മുക്കി. മെച്ചപ്പെട്ട ഡിഫറൻഷ്യൽ കോൺട്രാസ്റ്റ് നേടുന്നതിന് മാത്രമല്ല, ശാഖിതമായ പോളിമർ ബ്രഷുകളുടെ ഘടന അവയുടെ യഥാർത്ഥ രൂപത്തിൽ സംരക്ഷിക്കാനും ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL RuO4 സ്റ്റെയിനിംഗ് പ്രധാനമാണ്, അവ പിന്നീട് STEM ചിത്രങ്ങളിൽ ദൃശ്യമാകും. വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന എത്തനോൾ സാന്ദ്രതയോടെ എത്തനോൾ/ജല മിശ്രിതങ്ങളുടെ ഒരു പരമ്പരയിൽ അവ കഴുകി നിർജ്ജലീകരണം ചെയ്തു. തുടർന്ന് സാമ്പിളുകൾ EMBed 812/Araldite എപ്പോക്സി ഉപയോഗിച്ച് കാസ്റ്റ് ചെയ്തു, ഇത് 70°C-ൽ ഒറ്റരാത്രികൊണ്ട് ഉണക്കി. റെസിൻ പോളിമറൈസേഷൻ വഴി ലഭിച്ച സാമ്പിൾ ബ്ലോക്കുകൾ ഒരു അൾട്രാമൈക്രോടോം ഉപയോഗിച്ച് മുറിച്ചു, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന നേർത്ത ഭാഗങ്ങൾ 30 kV യുടെ ആക്സിലറേറ്റിംഗ് വോൾട്ടേജിൽ കുറഞ്ഞ വാക്വം മോഡിൽ ഒരു STEM ഡിറ്റക്ടർ ഉപയോഗിച്ച് ദൃശ്യവൽക്കരിച്ചു. PFQNM-LC-A-CAL AFM പ്രോബിന്റെ വിശദമായ സ്വഭാവരൂപീകരണത്തിനായി അതേ SEM സിസ്റ്റം ഉപയോഗിച്ചു (ബ്രൂക്കർ നാനോ, സാന്താ ബാർബറ, CA, USA). 30 kV യുടെ ആക്സിലറേറ്റിംഗ് വോൾട്ടേജുള്ള ഒരു സാധാരണ ഉയർന്ന വാക്വം മോഡിലാണ് AFM പ്രോബിന്റെ SEM ചിത്രങ്ങൾ ലഭിച്ചത്. AFM പ്രോബ് ടിപ്പിന്റെ ആകൃതിയുടെയും വലുപ്പത്തിന്റെയും എല്ലാ വിശദാംശങ്ങളും രേഖപ്പെടുത്തുന്നതിന് വ്യത്യസ്ത കോണുകളിലും മാഗ്നിഫിക്കേഷനുകളിലും ചിത്രങ്ങൾ നേടുക. ചിത്രങ്ങളിൽ താൽപ്പര്യമുള്ള എല്ലാ ടിപ്പ് അളവുകളും ഡിജിറ്റലായി അളന്നു.
ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ സിഎൽ, സിഐഎച്ച് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്, പിഎഎഎം ഹൈഡ്രോജൽ സാമ്പിളുകൾ എന്നിവ ദൃശ്യവൽക്കരിക്കുന്നതിനും നാനോഇൻഡന്റേറ്റ് ചെയ്യുന്നതിനും "പീക്ക്ഫോഴ്‌സ് ക്യുഎൻഎം ​​ഇൻ ഫ്ലൂയിഡ്" മോഡുള്ള ഒരു ഡൈമൻഷൻ ഫാസ്റ്റ്‌സ്‌കാൻ ബയോ ഐക്കൺ ആറ്റോമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്‌കോപ്പ് (ബ്രൂക്കർ നാനോ, സാന്താ ബാർബറ, സിഎ, യുഎസ്എ) ഉപയോഗിച്ചു. ഇമേജിംഗ് പരീക്ഷണങ്ങൾക്കായി, 0.50 ഹെർട്‌സ് സ്‌കാൻ നിരക്കിൽ സാമ്പിളിന്റെ ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ ചിത്രങ്ങൾ പകർത്താൻ 1 നാനോമീറ്റർ നാമമാത്ര ടിപ്പ് റേഡിയസുള്ള ഒരു പീക്ക്‌ഫോഴ്‌സ്-ഹിർസ്-എഫ്എ പ്രോബ് (ബ്രൂക്കർ) ഉപയോഗിച്ചു. എല്ലാ ചിത്രങ്ങളും ജലീയ ലായനിയിലാണ് എടുത്തത്.
ഒരു PFQNM-LC-A-CAL പ്രോബ് (ബ്രൂക്കർ) ഉപയോഗിച്ചാണ് AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തിയത്. AFM പ്രോബിന് 345 nm കനവും 54 µm നീളവും 4.5 µm വീതിയുമുള്ള ഒരു നൈട്രൈഡ് കാന്റിലിവറിൽ ഒരു സിലിക്കൺ ടിപ്പ് ഉണ്ട്, അതിന്റെ റെസൊണന്റ് ഫ്രീക്വൻസി 45 kHz ആണ്. സോഫ്റ്റ് ബയോളജിക്കൽ സാമ്പിളുകളിൽ ക്വാണ്ടിറ്റേറ്റീവ് നാനോമെക്കാനിക്കൽ അളവുകൾ ചിത്രീകരിക്കുന്നതിനും നടപ്പിലാക്കുന്നതിനുമായി ഇത് പ്രത്യേകം രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു. മുൻകൂട്ടി കാലിബ്രേറ്റ് ചെയ്ത സ്പ്രിംഗ് ക്രമീകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് സെൻസറുകൾ ഫാക്ടറിയിൽ വ്യക്തിഗതമായി കാലിബ്രേറ്റ് ചെയ്യുന്നു. ഈ പഠനത്തിൽ ഉപയോഗിച്ച പ്രോബുകളുടെ സ്പ്രിംഗ് സ്ഥിരാങ്കങ്ങൾ 0.05–0.1 N/m പരിധിയിലായിരുന്നു. ടിപ്പിന്റെ ആകൃതിയും വലുപ്പവും കൃത്യമായി നിർണ്ണയിക്കാൻ, SEM ഉപയോഗിച്ച് പ്രോബിനെ വിശദമായി ചിത്രീകരിച്ചു. ചിത്രത്തിൽ. ചിത്രം 1a PFQNM-LC-A-CAL പ്രോബിന്റെ ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ, കുറഞ്ഞ മാഗ്നിഫിക്കേഷൻ സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോഗ്രാഫ് കാണിക്കുന്നു, ഇത് പ്രോബ് ഡിസൈനിന്റെ സമഗ്രമായ കാഴ്ച നൽകുന്നു. ചിത്രത്തിൽ. ചിത്രം 1b പ്രോബ് ടിപ്പിന്റെ മുകൾഭാഗത്തിന്റെ വലുതാക്കിയ കാഴ്ച കാണിക്കുന്നു, ഇത് അഗ്രത്തിന്റെ ആകൃതിയെയും വലുപ്പത്തെയും കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങൾ നൽകുന്നു. അങ്ങേയറ്റത്ത്, സൂചി ഏകദേശം 140 nm വ്യാസമുള്ള ഒരു അർദ്ധഗോളമാണ് (ചിത്രം 1c). ഇതിന് താഴെ, അഗ്രം ഒരു കോണാകൃതിയിലേക്ക് ചുരുങ്ങുന്നു, ഏകദേശം 500 nm നീളത്തിൽ എത്തുന്നു. ടാപ്പറിംഗ് മേഖലയ്ക്ക് പുറത്ത്, അഗ്രം സിലിണ്ടർ ആണ്, മൊത്തം അഗ്രം 1.18 µm നീളത്തിൽ അവസാനിക്കുന്നു. ഇത് പ്രോബ് ടിപ്പിന്റെ പ്രധാന പ്രവർത്തന ഭാഗമാണ്. കൂടാതെ, 45 µm ടിപ്പ് വ്യാസവും 2 N/m സ്പ്രിംഗ് കോൺസ്റ്റന്റും ഉള്ള ഒരു വലിയ ഗോളാകൃതിയിലുള്ള പോളിസ്റ്റൈറൈൻ (PS) പ്രോബ് (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, USA) ഒരു കൊളോയ്ഡൽ പ്രോബായി പരീക്ഷിക്കുന്നതിനായി ഉപയോഗിച്ചു. താരതമ്യത്തിനായി PFQNM-LC-A-CAL 140 nm പ്രോബ് ഉപയോഗിച്ച്.
നാനോഇൻഡന്റേഷൻ സമയത്ത് AFM പ്രോബിനും പോളിമർ ബ്രഷ് ഘടനയ്ക്കും ഇടയിൽ ദ്രാവകം കുടുങ്ങിക്കിടക്കുമെന്ന് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്, ഇത് AFM പ്രോബിൽ ഉപരിതലത്തിൽ സ്പർശിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് ഒരു മുകളിലേക്കുള്ള ബലം പ്രയോഗിക്കും69. ദ്രാവകം നിലനിർത്തൽ മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഈ വിസ്കോസ് എക്സ്ട്രൂഷൻ പ്രഭാവം സമ്പർക്കത്തിന്റെ പ്രത്യക്ഷ പോയിന്റിനെ മാറ്റുകയും അതുവഴി ഉപരിതല മോഡുലസ് അളവുകളെ ബാധിക്കുകയും ചെയ്യും. ദ്രാവക നിലനിർത്തലിൽ പ്രോബ് ജ്യാമിതിയുടെയും ഇൻഡന്റേഷൻ വേഗതയുടെയും പ്രഭാവം പഠിക്കാൻ, 1 µm/s ഉം 2 µm/s ഉം സ്ഥിരമായ സ്ഥാനചലന നിരക്കുകളിൽ 140 nm വ്യാസമുള്ള പ്രോബ് ഉപയോഗിച്ച് ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL സാമ്പിളുകൾക്കായി ഇൻഡന്റേഷൻ ഫോഴ്‌സ് കർവുകൾ പ്ലോട്ട് ചെയ്തു. പ്രോബ് വ്യാസം 45 µm, 1 µm/s ൽ സ്ഥിരമായ ബല ക്രമീകരണം 6 nN നേടി. 140 nm വ്യാസമുള്ള ഒരു പ്രോബ് ഉപയോഗിച്ചുള്ള പരീക്ഷണങ്ങൾ 1 µm/s ഇൻഡന്റേഷൻ വേഗതയിലും 300 pN സെറ്റ് ഫോഴ്‌സിലും നടത്തി, മുകളിലെ കണ്പോളയുടെ ഫിസിയോളജിക്കൽ പരിധിക്കുള്ളിൽ (1–8 kPa) ഒരു കോൺടാക്റ്റ് മർദ്ദം സൃഷ്ടിക്കാൻ തിരഞ്ഞെടുത്തു. മർദ്ദം 72. 1 kPa മർദ്ദമുള്ള PAA ഹൈഡ്രോജലിന്റെ സോഫ്റ്റ് റെഡിമെയ്ഡ് സാമ്പിളുകൾ 140 nm വ്യാസമുള്ള ഒരു പ്രോബ് ഉപയോഗിച്ച് 1 μm/s വേഗതയിൽ 50 pN ന്റെ ഇൻഡന്റേഷൻ ബലത്തിനായി പരീക്ഷിച്ചു.
PFQNM-LC-A-CAL പ്രോബിന്റെ അഗ്രഭാഗത്തിന്റെ കോണാകൃതിയിലുള്ള ഭാഗത്തിന്റെ നീളം ഏകദേശം 500 nm ആയതിനാൽ, 500 nm നും താഴെ പറയുന്ന ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്തിനും ഇൻഡന്റേഷൻ സമയത്ത് പ്രോബിന്റെ ജ്യാമിതി അതിന്റെ കോൺ ആകൃതിക്ക് അനുസൃതമായി നിലനിൽക്കുമെന്ന് സുരക്ഷിതമായി അനുമാനിക്കാം. കൂടാതെ, പരീക്ഷണത്തിലിരിക്കുന്ന മെറ്റീരിയലിന്റെ ഉപരിതലം ഒരു റിവേഴ്‌സിബിൾ ഇലാസ്റ്റിക് പ്രതികരണം പ്രദർശിപ്പിക്കുമെന്ന് അനുമാനിക്കപ്പെടുന്നു, അത് ഇനിപ്പറയുന്ന വിഭാഗങ്ങളിലും സ്ഥിരീകരിക്കപ്പെടും. അതിനാൽ, ടിപ്പിന്റെ ആകൃതിയും വലുപ്പവും അനുസരിച്ച്, ഞങ്ങളുടെ AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ പരീക്ഷണങ്ങൾ (നാനോസ്കോപ്പ്) പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നതിന്, വെണ്ടറുടെ സോഫ്റ്റ്‌വെയറിൽ ലഭ്യമായ ബ്രിസ്കോ, സെബാസ്റ്റ്യൻ, ആഡംസ് എന്നിവർ വികസിപ്പിച്ച കോൺ-സ്ഫിയർ ഫിറ്റിംഗ് മോഡൽ ഞങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുത്തു. സെപ്പറേഷൻ ഡാറ്റ വിശകലന സോഫ്റ്റ്‌വെയർ, ബ്രൂക്കർ) 73. ഒരു ഗോളാകൃതിയിലുള്ള അഗ്ര വൈകല്യമുള്ള ഒരു കോണിനുള്ള ബല-സ്ഥാനചലന ബന്ധം F(δ) മോഡൽ വിവരിക്കുന്നു. ചിത്രത്തിൽ. ഒരു ഗോളാകൃതിയിലുള്ള അഗ്രവുമായി ഒരു കർക്കശമായ കോണിന്റെ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിനിടയിലെ സമ്പർക്ക ജ്യാമിതി ചിത്രം 2 കാണിക്കുന്നു, ഇവിടെ R എന്നത് ഗോളാകൃതിയിലുള്ള അഗ്രത്തിന്റെ ആരമാണ്, a എന്നത് സമ്പർക്ക ആരമാണ്, b എന്നത് ഗോളാകൃതിയിലുള്ള അഗ്രത്തിന്റെ അറ്റത്തുള്ള സമ്പർക്ക ആരമാണ്, δ എന്നത് സമ്പർക്ക ആരമാണ്. ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്ത്, θ എന്നത് കോണിന്റെ അർദ്ധകോണാണ്. ഈ പ്രോബിന്റെ SEM ഇമേജ് 140 nm വ്യാസമുള്ള ഗോളാകൃതിയിലുള്ള അഗ്രം ഒരു കോണിലേക്ക് സ്പർശനപരമായി ലയിക്കുന്നുവെന്ന് വ്യക്തമായി കാണിക്കുന്നു, അതിനാൽ ഇവിടെ b നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത് R വഴി മാത്രമാണ്, അതായത് b = R cos θ. a > b അനുമാനിച്ചുകൊണ്ട് ബല വിഭജന ഡാറ്റയിൽ നിന്ന് യങ്ങിന്റെ മോഡുലസ് (E) മൂല്യങ്ങൾ കണക്കാക്കാൻ വെണ്ടർ-സപ്ലൈ ചെയ്ത സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ഒരു കോൺ-സ്ഫിയർ ബന്ധം നൽകുന്നു. ബന്ധം:
ഇവിടെ F എന്നത് ഇൻഡന്റേഷൻ ബലമാണ്, E എന്നത് യങ്ങിന്റെ മോഡുലസും ν എന്നത് പോയിസണിന്റെ അനുപാതവുമാണ്. കോൺടാക്റ്റ് ആരം a ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം:
ശാഖിതമായ പോളിമർ ബ്രഷുകളുടെ ഉപരിതല പാളി ഉപയോഗിച്ച് ലെഫിൽകൺ കോൺടാക്റ്റ് ലെൻസിന്റെ മെറ്റീരിയലിലേക്ക് ഒരു ഗോളാകൃതിയിലുള്ള അഗ്രം അമർത്തിപ്പിടിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു കർക്കശമായ കോണിന്റെ സമ്പർക്ക ജ്യാമിതിയുടെ സ്കീം.
a ≤ b ആണെങ്കിൽ, ബന്ധം ഒരു പരമ്പരാഗത ഗോളാകൃതിയിലുള്ള ഇൻഡെന്ററിന്റെ സമവാക്യത്തിലേക്ക് കുറയുന്നു;
PMPC പോളിമർ ബ്രഷിന്റെ ശാഖിത ഘടനയുമായുള്ള ഇൻഡന്റിംഗ് പ്രോബിന്റെ പ്രതിപ്രവർത്തനം കോൺടാക്റ്റ് ആരം a ഗോളാകൃതിയിലുള്ള കോൺടാക്റ്റ് ആരം b യേക്കാൾ വലുതായിരിക്കാൻ കാരണമാകുമെന്ന് ഞങ്ങൾ വിശ്വസിക്കുന്നു. അതിനാൽ, ഈ പഠനത്തിൽ നടത്തിയ ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസിന്റെ എല്ലാ അളവ് അളവുകൾക്കും, a > b എന്ന കേസിനായി ലഭിച്ച ആശ്രിതത്വം ഞങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചു.
ഈ പഠനത്തിൽ പഠിച്ച അൾട്രാസോഫ്റ്റ് ബയോമിമെറ്റിക് മെറ്റീരിയലുകൾ സാമ്പിൾ ക്രോസ് സെക്ഷന്റെ സ്കാനിംഗ് ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (STEM), ഉപരിതലത്തിന്റെ ആറ്റോമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്കോപ്പി (AFM) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് സമഗ്രമായി ചിത്രീകരിച്ചു. മുമ്പ് പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഞങ്ങളുടെ കൃതിയുടെ ഒരു വിപുലീകരണമായാണ് ഈ വിശദമായ ഉപരിതല സ്വഭാവം നടത്തിയത്, അതിൽ PMPC- പരിഷ്കരിച്ച ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL ഉപരിതലത്തിന്റെ ഡൈനാമിക് ബ്രാഞ്ച്ഡ് പോളിമെറിക് ബ്രഷ് ഘടന നേറ്റീവ് കോർണിയൽ ടിഷ്യുവിന് സമാനമായ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ പ്രദർശിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ടെന്ന് ഞങ്ങൾ നിർണ്ണയിച്ചു. ഇക്കാരണത്താൽ, കോൺടാക്റ്റ് ലെൻസ് ഉപരിതലങ്ങളെ ബയോമിമെറ്റിക് മെറ്റീരിയലുകൾ എന്ന് ഞങ്ങൾ പരാമർശിക്കുന്നു14. ചിത്രം 3a-യിൽ, b ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന്റെയും ചികിത്സയില്ലാത്ത SiHy സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന്റെയും ഉപരിതലത്തിൽ ശാഖിതമായ PMPC പോളിമർ ബ്രഷ് ഘടനകളുടെ ക്രോസ് സെക്ഷനുകൾ യഥാക്രമം കാണിക്കുന്നു. ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ AFM ഇമേജുകൾ ഉപയോഗിച്ച് രണ്ട് സാമ്പിളുകളുടെയും ഉപരിതലങ്ങൾ കൂടുതൽ വിശകലനം ചെയ്തു, ഇത് STEM വിശകലനത്തിന്റെ ഫലങ്ങൾ കൂടുതൽ സ്ഥിരീകരിച്ചു (ചിത്രം 3c, d). ഒരുമിച്ച് എടുത്താൽ, ഈ ചിത്രങ്ങൾ PMPC ബ്രാഞ്ചഡ് പോളിമർ ബ്രഷ് ഘടനയുടെ ഏകദേശ നീളം 300–400 nm ൽ നൽകുന്നു, ഇത് AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ അളവുകൾ വ്യാഖ്യാനിക്കുന്നതിന് നിർണായകമാണ്. ചിത്രങ്ങളിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞ മറ്റൊരു പ്രധാന നിരീക്ഷണം, CL ബയോമിമെറ്റിക് മെറ്റീരിയലിന്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള ഉപരിതല ഘടന SiHy സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയലിൽ നിന്ന് രൂപശാസ്ത്രപരമായി വ്യത്യസ്തമാണ് എന്നതാണ്. ഇൻഡന്റിംഗ് AFM പ്രോബുമായുള്ള മെക്കാനിക്കൽ ഇടപെടലിലും തുടർന്ന് അളന്ന മോഡുലസ് മൂല്യങ്ങളിലും അവയുടെ ഉപരിതല രൂപഘടനയിലെ ഈ വ്യത്യാസം വ്യക്തമാകും.
(a) ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL ഉം (b) SiHy സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റും അടങ്ങിയ ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ STEM ഇമേജുകൾ. സ്കെയിൽ ബാർ, 500 nm. ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന്റെ (c) ഉപരിതലത്തിന്റെയും ബേസ് SiHy സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന്റെയും (d) (3 µm × 3 µm) AFM ഇമേജുകൾ.
ബയോഇൻസ്‌പൈർഡ് പോളിമറുകളും പോളിമർ ബ്രഷ് ഘടനകളും അന്തർലീനമായി മൃദുവാണ്, അവ വ്യാപകമായി പഠിക്കുകയും വിവിധ ബയോമെഡിക്കൽ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്തിട്ടുണ്ട്74,75,76,77. അതിനാൽ, അവയുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളെ കൃത്യമായും വിശ്വസനീയമായും അളക്കാൻ കഴിയുന്ന AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതി ഉപയോഗിക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്. എന്നാൽ അതേ സമയം, വളരെ കുറഞ്ഞ ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസ്, ഉയർന്ന ദ്രാവക ഉള്ളടക്കം, ഉയർന്ന ഇലാസ്തികത തുടങ്ങിയ ഈ അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ അതുല്യമായ ഗുണങ്ങൾ പലപ്പോഴും ഇൻഡന്റിംഗ് പ്രോബിന്റെ ശരിയായ മെറ്റീരിയൽ, ആകൃതി, ആകൃതി എന്നിവ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്നു. വലുപ്പം. ഇൻഡെന്റർ സാമ്പിളിന്റെ മൃദുവായ പ്രതലത്തിൽ തുളച്ചുകയറാതിരിക്കാൻ ഇത് പ്രധാനമാണ്, ഇത് ഉപരിതലവുമായുള്ള സമ്പർക്ക പോയിന്റും സമ്പർക്ക വിസ്തൃതിയും നിർണ്ണയിക്കുന്നതിൽ പിശകുകളിലേക്ക് നയിക്കും.
ഇതിനായി, അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് ബയോമിമെറ്റിക് മെറ്റീരിയലുകളുടെ (ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ സിഎൽ) രൂപഘടനയെക്കുറിച്ചുള്ള സമഗ്രമായ ധാരണ അത്യാവശ്യമാണ്. ഇമേജിംഗ് രീതി ഉപയോഗിച്ച് ലഭിച്ച ശാഖിത പോളിമർ ബ്രഷുകളുടെ വലുപ്പത്തെയും ഘടനയെയും കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങൾ AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ ടെക്നിക്കുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഉപരിതലത്തിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ സ്വഭാവരൂപീകരണത്തിന് അടിസ്ഥാനം നൽകുന്നു. മൈക്രോൺ വലുപ്പത്തിലുള്ള ഗോളാകൃതിയിലുള്ള കൊളോയ്ഡൽ പ്രോബുകൾക്ക് പകരം, 140 nm ടിപ്പ് വ്യാസമുള്ള PFQNM-LC-A-CAL സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് പ്രോബ് (ബ്രൂക്കർ) ഞങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുത്തു, ജൈവ സാമ്പിളുകളുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ ക്വാണ്ടിറ്റേറ്റീവ് മാപ്പിംഗിനായി പ്രത്യേകം രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84 പരമ്പരാഗത കൊളോയ്ഡൽ പ്രോബുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ താരതമ്യേന മൂർച്ചയുള്ള പ്രോബുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതിനുള്ള യുക്തി മെറ്റീരിയലിന്റെ ഘടനാപരമായ സവിശേഷതകളാൽ വിശദീകരിക്കാം. ചിത്രം 3a-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, CL ലെഹ്ഫിൽകോൺ A-യുടെ ഉപരിതലത്തിലുള്ള ശാഖിതമായ പോളിമർ ബ്രഷുകളുമായി പ്രോബ് ടിപ്പ് വലുപ്പം (~140 nm) താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ, ഈ ബ്രഷ് ഘടനകളുമായി നേരിട്ട് സമ്പർക്കം പുലർത്താൻ അഗ്രം വലുതാണെന്ന് നിഗമനം ചെയ്യാം, ഇത് അഗ്രം അവയിലൂടെ തുളച്ചുകയറാനുള്ള സാധ്യത കുറയ്ക്കുന്നു. ഈ പോയിന്റ് വ്യക്തമാക്കുന്നതിന്, ചിത്രം 4-ൽ ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL-ന്റെയും AFM പ്രോബിന്റെ ഇൻഡന്റിംഗ് ടിപ്പിന്റെയും ഒരു STEM ഇമേജ് (സ്കെയിലിലേക്ക് വരച്ചത്) ഉണ്ട്.
ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ സിഎല്ലിന്റെയും എസിഎം ഇൻഡന്റേഷൻ പ്രോബിന്റെയും (സ്കെയിലിലേക്ക് വരച്ചത്) STEM ഇമേജ് കാണിക്കുന്ന സ്കീമാറ്റിക്.
കൂടാതെ, CP-AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതി ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച പോളിമർ ബ്രഷുകൾക്ക് മുമ്പ് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തിട്ടുള്ള ഏതെങ്കിലും സ്റ്റിക്കി എക്സ്ട്രൂഷൻ ഇഫക്റ്റുകളുടെ അപകടസാധ്യത ഒഴിവാക്കാൻ 140 nm ന്റെ ടിപ്പ് വലുപ്പം പര്യാപ്തമാണ്69,71. ഈ AFM ടിപ്പിന്റെ പ്രത്യേക കോൺ-സ്ഫെറിക്കൽ ആകൃതിയും താരതമ്യേന ചെറിയ വലിപ്പവും കാരണം (ചിത്രം 1), ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL നാനോഇൻഡന്റേഷൻ സൃഷ്ടിക്കുന്ന ഫോഴ്‌സ് കർവിന്റെ സ്വഭാവം ഇൻഡന്റേഷൻ വേഗതയെയോ ലോഡിംഗ്/അൺലോഡിംഗ് വേഗതയെയോ ആശ്രയിക്കില്ലെന്ന് ഞങ്ങൾ അനുമാനിക്കുന്നു. അതിനാൽ, ഇത് പോറോഇലാസ്റ്റിക് ഇഫക്റ്റുകൾ ബാധിച്ചിട്ടില്ല. ഈ സിദ്ധാന്തം പരീക്ഷിക്കുന്നതിനായി, ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL സാമ്പിളുകൾ PFQNM-LC-A-CAL പ്രോബ് ഉപയോഗിച്ച് ഒരു നിശ്ചിത പരമാവധി ഫോഴ്‌സിൽ ഇൻഡന്റ് ചെയ്തു, പക്ഷേ രണ്ട് വ്യത്യസ്ത വേഗതകളിൽ, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ടെൻസൈൽ, റിട്രാക്റ്റ് ഫോഴ്‌സ് കർവുകൾ ചിത്രം 5a-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ വേർതിരിവിൽ (µm) ഫോഴ്‌സ് (nN) പ്ലോട്ട് ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിച്ചു. ലോഡുചെയ്യുമ്പോഴും അൺലോഡുചെയ്യുമ്പോഴും ഫോഴ്‌സ് കർവുകൾ പൂർണ്ണമായും ഓവർലാപ്പ് ചെയ്യുന്നുവെന്ന് വ്യക്തമാണ്, കൂടാതെ ചിത്രത്തിൽ ഇൻഡന്റേഷൻ വേഗതയ്‌ക്കനുസരിച്ച് പൂജ്യം ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്‌ത്തിലെ ഫോഴ്‌സ് ഷിയർ വർദ്ധിക്കുന്നു എന്നതിന് വ്യക്തമായ തെളിവുകളൊന്നുമില്ല, ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നത് വ്യക്തിഗത ബ്രഷ് മൂലകങ്ങളെ പോറോഇലാസ്റ്റിക് ഇഫക്റ്റ് ഇല്ലാതെയാണ് വിശേഷിപ്പിച്ചിരുന്നത് എന്നാണ്. ഇതിനു വിപരീതമായി, ഒരേ ഇൻഡന്റേഷൻ വേഗതയിൽ 45 µm വ്യാസമുള്ള AFM പ്രോബിന് ദ്രാവക നിലനിർത്തൽ ഇഫക്റ്റുകൾ (വിസ്കോസ് എക്സ്ട്രൂഷൻ, പോറോഇലാസ്റ്റിസിറ്റി ഇഫക്റ്റുകൾ) വ്യക്തമാണ്, കൂടാതെ ചിത്രം 5b-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ സ്ട്രെച്ച്, റിട്രാക്റ്റ് കർവുകൾക്കിടയിലുള്ള ഹിസ്റ്റെറിസിസ് വഴി ഹൈലൈറ്റ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു. ഈ ഫലങ്ങൾ സിദ്ധാന്തത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുകയും 140 nm വ്യാസമുള്ള പ്രോബുകൾ അത്തരം മൃദുവായ പ്രതലങ്ങളെ ചിത്രീകരിക്കുന്നതിന് നല്ലൊരു തിരഞ്ഞെടുപ്പാണെന്ന് നിർദ്ദേശിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
ACM ഉപയോഗിച്ച് lehfilcon A CL ഇൻഡന്റേഷൻ ഫോഴ്‌സ് കർവുകൾ; (a) രണ്ട് ലോഡിംഗ് നിരക്കുകളിൽ 140 nm വ്യാസമുള്ള ഒരു പ്രോബ് ഉപയോഗിച്ച്, ഉപരിതല ഇൻഡന്റേഷൻ സമയത്ത് ഒരു പോറോഇലാസ്റ്റിക് ഇഫക്റ്റിന്റെ അഭാവം പ്രകടമാക്കുന്നു; (b) 45 µm ഉം 140 nm ഉം വ്യാസമുള്ള പ്രോബുകൾ ഉപയോഗിച്ച്, ചെറിയ പ്രോബുകളെ അപേക്ഷിച്ച് വലിയ പ്രോബുകൾക്ക് വിസ്കോസ് എക്സ്ട്രൂഷന്റെയും പോറോഇലാസ്റ്റിസിറ്റിയുടെയും ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.
അൾട്രാസോഫ്റ്റ് പ്രതലങ്ങളെ ചിത്രീകരിക്കുന്നതിന്, പഠനത്തിൻ കീഴിലുള്ള വസ്തുക്കളുടെ സവിശേഷതകൾ പഠിക്കാൻ AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതികൾക്ക് ഏറ്റവും മികച്ച പ്രോബ് ഉണ്ടായിരിക്കണം. ടിപ്പിന്റെ ആകൃതിയും വലുപ്പവും കൂടാതെ, AFM ഡിറ്റക്ടർ സിസ്റ്റത്തിന്റെ സംവേദനക്ഷമത, പരീക്ഷണ പരിതസ്ഥിതിയിലെ ടിപ്പ് ഡിഫ്ലെക്ഷനോടുള്ള സംവേദനക്ഷമത, കാന്റിലിവർ കാഠിന്യം എന്നിവ നാനോഇൻഡന്റേഷന്റെ അളവുകളുടെ കൃത്യതയും വിശ്വാസ്യതയും നിർണ്ണയിക്കുന്നതിൽ ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. ഞങ്ങളുടെ AFM സിസ്റ്റത്തിന്, പൊസിഷൻ സെൻസിറ്റീവ് ഡിറ്റക്ടർ (PSD) കണ്ടെത്തൽ പരിധി ഏകദേശം 0.5 mV ആണ്, ഇത് പ്രീ-കാലിബ്രേറ്റഡ് സ്പ്രിംഗ് നിരക്കിനെയും PFQNM-LC-A-CAL പ്രോബിന്റെ കണക്കാക്കിയ ദ്രാവക ഡിഫ്ലെക്ഷൻ സെൻസിറ്റിവിറ്റിയെയും അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്, ഇത് സൈദ്ധാന്തിക ലോഡ് സെൻസിറ്റിവിറ്റിയുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. 0.1 pN-ൽ താഴെയാണ്. അതിനാൽ, ഈ രീതി ഒരു പെരിഫറൽ നോയ്‌സ് ഘടകവുമില്ലാതെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഇൻഡന്റേഷൻ ഫോഴ്‌സ് ≤ 0.1 pN അളക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, മെക്കാനിക്കൽ വൈബ്രേഷൻ, ഫ്ലൂയിഡ് ഡൈനാമിക്സ് തുടങ്ങിയ ഘടകങ്ങൾ കാരണം ഒരു AFM സിസ്റ്റത്തിന് പെരിഫറൽ നോയ്‌സ് ഈ നിലയിലേക്ക് കുറയ്ക്കുന്നത് മിക്കവാറും അസാധ്യമാണ്. ഈ ഘടകങ്ങൾ AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതിയുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള സംവേദനക്ഷമതയെ പരിമിതപ്പെടുത്തുകയും ഏകദേശം ≤ 10 pN ന്റെ പശ്ചാത്തല ശബ്ദ സിഗ്നലിലേക്ക് നയിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉപരിതല സ്വഭാവനിർണ്ണയത്തിനായി, lehfilcon A CL ഉം SiHy സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് സാമ്പിളുകളും SEM സ്വഭാവനിർണ്ണയത്തിനായി 140 nm പ്രോബ് ഉപയോഗിച്ച് പൂർണ്ണമായും ജലാംശം കലർന്ന സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഇൻഡന്റ് ചെയ്തു, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഫോഴ്‌സ് കർവുകൾ ഫോഴ്‌സിനും (pN) മർദ്ദത്തിനും ഇടയിൽ സൂപ്പർഇമ്പോസ് ചെയ്‌തു. സെപ്പറേഷൻ പ്ലോട്ട് (µm) ചിത്രം 6a-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. SiHy ബേസ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ലെഹ്‌ഫിൽകോൺ A CL ഫോഴ്‌സ് കർവ് ഫോർക്ക് ചെയ്ത പോളിമർ ബ്രഷുമായുള്ള സമ്പർക്ക പോയിന്റിൽ നിന്ന് ആരംഭിച്ച് അടിസ്ഥാന മെറ്റീരിയലുമായുള്ള അഗ്രത്തിന്റെ ചരിവ് അടയാളപ്പെടുത്തൽ സമ്പർക്കത്തിൽ മൂർച്ചയുള്ള മാറ്റത്തോടെ അവസാനിക്കുന്ന ഒരു പരിവർത്തന ഘട്ടം വ്യക്തമായി കാണിക്കുന്നു. ഫോഴ്‌സ് കർവിന്റെ ഈ പരിവർത്തന ഭാഗം ഉപരിതലത്തിലെ ശാഖിതമായ പോളിമർ ബ്രഷിന്റെ യഥാർത്ഥ ഇലാസ്റ്റിക് സ്വഭാവത്തെ എടുത്തുകാണിക്കുന്നു, ടെൻഷൻ കർവിനെ അടുത്ത് പിന്തുടരുന്ന കംപ്രഷൻ കർവും ബ്രഷ് ഘടനയ്ക്കും ബൾക്കി SiHy മെറ്റീരിയലിനും ഇടയിലുള്ള മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളിലെ വ്യത്യാസവും ഇതിന് തെളിവാണ്. ലെഫിൽകോണിനെ താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ. PCS ന്റെ STEM ഇമേജിൽ (ചിത്രം 3a) ഒരു ശാഖിത പോളിമർ ബ്രഷിന്റെ ശരാശരി നീളവും ചിത്രം 3a. 6a ലെ അബ്‌സിസ്സയിലൂടെയുള്ള അതിന്റെ ബല വക്രവും വേർതിരിക്കുന്നത്, ഉപരിതലത്തിന്റെ ഏറ്റവും മുകൾഭാഗത്ത് എത്തുന്ന അഗ്രവും ശാഖിത പോളിമറും കണ്ടെത്താൻ രീതിക്ക് കഴിയുമെന്ന് കാണിക്കുന്നു. ബ്രഷ് ഘടനകൾ തമ്മിലുള്ള സമ്പർക്കം. കൂടാതെ, ബല വക്രങ്ങളുടെ അടുത്ത ഓവർലാപ്പ് ദ്രാവക നിലനിർത്തൽ ഫലത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നില്ല. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, സൂചിക്കും സാമ്പിളിന്റെ ഉപരിതലത്തിനും ഇടയിൽ ഒട്ടിപ്പിടിക്കൽ ഇല്ല. രണ്ട് സാമ്പിളുകൾക്കായുള്ള ബല വക്രങ്ങളുടെ ഏറ്റവും മുകളിലെ ഭാഗങ്ങൾ ഓവർലാപ്പ് ചെയ്യുന്നു, ഇത് അടിവസ്ത്ര വസ്തുക്കളുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ സമാനതയെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നു.
(എ) ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ സിഎൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്കും സിഹൈ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്കുമുള്ള എഎഫ്‌എം നാനോഇൻഡന്റേഷൻ ഫോഴ്‌സ് കർവുകൾ, (ബി) പശ്ചാത്തല ശബ്ദ പരിധി രീതി ഉപയോഗിച്ച് കോൺടാക്റ്റ് പോയിന്റ് എസ്റ്റിമേഷൻ കാണിക്കുന്ന ഫോഴ്‌സ് കർവുകൾ.
ഫോഴ്‌സ് കർവിന്റെ സൂക്ഷ്മമായ വിശദാംശങ്ങൾ പഠിക്കുന്നതിനായി, ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL സാമ്പിളിന്റെ ടെൻഷൻ കർവ് ചിത്രം 6b-യിൽ y-അക്ഷത്തിൽ പരമാവധി 50 pN ബലത്തോടെ വീണ്ടും പ്ലോട്ട് ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു. യഥാർത്ഥ പശ്ചാത്തല ശബ്ദത്തെക്കുറിച്ചുള്ള പ്രധാന വിവരങ്ങൾ ഈ ഗ്രാഫ് നൽകുന്നു. നോയ്‌സ് ±10 pN പരിധിയിലാണ്, ഇത് കോൺടാക്റ്റ് പോയിന്റ് കൃത്യമായി നിർണ്ണയിക്കാനും ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്ത് കണക്കാക്കാനും ഉപയോഗിക്കുന്നു. സാഹിത്യത്തിൽ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തതുപോലെ, മോഡുലസ് 85 പോലുള്ള മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങളെ കൃത്യമായി വിലയിരുത്തുന്നതിന് കോൺടാക്റ്റ് പോയിന്റുകളുടെ തിരിച്ചറിയൽ നിർണായകമാണ്. ഫോഴ്‌സ് കർവ് ഡാറ്റയുടെ യാന്ത്രിക പ്രോസസ്സിംഗ് ഉൾപ്പെടുന്ന ഒരു സമീപനം സോഫ്റ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾക്കായി ഡാറ്റ ഫിറ്റിംഗിനും ക്വാണ്ടിറ്റേറ്റീവ് അളവുകൾക്കും ഇടയിൽ മെച്ചപ്പെട്ട ഫിറ്റ് കാണിക്കുന്നു 86. ഈ പ്രവർത്തനത്തിൽ, കോൺടാക്റ്റ് പോയിന്റുകളുടെ ഞങ്ങളുടെ തിരഞ്ഞെടുപ്പ് താരതമ്യേന ലളിതവും വസ്തുനിഷ്ഠവുമാണ്, പക്ഷേ അതിന് അതിന്റേതായ പരിമിതികളുണ്ട്. കോൺടാക്റ്റ് പോയിന്റ് നിർണ്ണയിക്കുന്നതിനുള്ള ഞങ്ങളുടെ യാഥാസ്ഥിതിക സമീപനം ചെറിയ ഇൻഡന്റേഷൻ ആഴങ്ങൾക്ക് (<100 nm) അൽപ്പം അമിതമായി കണക്കാക്കിയ മോഡുലസ് മൂല്യങ്ങൾക്ക് കാരണമായേക്കാം. അൽഗോരിതം അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ടച്ച്‌പോയിന്റ് കണ്ടെത്തലും ഓട്ടോമേറ്റഡ് ഡാറ്റ പ്രോസസ്സിംഗും ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഭാവിയിൽ ഞങ്ങളുടെ രീതി കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഈ ജോലിയുടെ തുടർച്ചയായിരിക്കാം. അങ്ങനെ, ±10 pN എന്ന ക്രമത്തിലുള്ള ആന്തരിക പശ്ചാത്തല ശബ്ദത്തിന്, ചിത്രം 6b-യിലെ x-അക്ഷത്തിലെ ≥10 pN എന്ന മൂല്യമുള്ള ആദ്യ ഡാറ്റ പോയിന്റായി ഞങ്ങൾ കോൺടാക്റ്റ് പോയിന്റിനെ നിർവചിക്കുന്നു. തുടർന്ന്, 10 pN എന്ന ശബ്ദ പരിധിക്ക് അനുസൃതമായി, ~0.27 µm ലെവലിൽ ഒരു ലംബ രേഖ ഉപരിതലവുമായുള്ള സമ്പർക്ക പോയിന്റിനെ അടയാളപ്പെടുത്തുന്നു, അതിനുശേഷം സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ~270 nm എന്ന ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്ത് എത്തുന്നതുവരെ സ്ട്രെച്ചിംഗ് കർവ് തുടരുന്നു. രസകരമെന്നു പറയട്ടെ, ഇമേജിംഗ് രീതി ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുന്ന ബ്രാഞ്ചഡ് പോളിമർ ബ്രഷ് സവിശേഷതകളുടെ (300–400 nm) വലുപ്പത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, CL ലെഹ്ഫിൽകോണിന്റെ ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്ത്. പശ്ചാത്തല ശബ്ദ പരിധി രീതി ഉപയോഗിച്ച് നിരീക്ഷിച്ച ഒരു സാമ്പിൾ ഏകദേശം 270 nm ആണ്, ഇത് STEM-മായി അളക്കൽ വലുപ്പത്തിന് വളരെ അടുത്താണ്. വളരെ മൃദുവും ഉയർന്ന ഇലാസ്റ്റിക് ബ്രാഞ്ചഡ് പോളിമർ ബ്രഷ് ഘടനയുടെ ഇൻഡന്റേഷനായി AFM പ്രോബ് ടിപ്പിന്റെ ആകൃതിയുടെയും വലുപ്പത്തിന്റെയും അനുയോജ്യതയും പ്രയോഗക്ഷമതയും ഈ ഫലങ്ങൾ കൂടുതൽ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു. കോൺടാക്റ്റ് പോയിന്റുകൾ കൃത്യമായി കണ്ടെത്തുന്നതിനുള്ള ഒരു പരിധിയായി പശ്ചാത്തല ശബ്‌ദം ഉപയോഗിക്കുന്ന ഞങ്ങളുടെ രീതിയെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നതിന് ഈ ഡാറ്റ ശക്തമായ തെളിവുകൾ നൽകുന്നു. അതിനാൽ, ഗണിത മോഡലിംഗിൽ നിന്നും ഫോഴ്‌സ് കർവ് ഫിറ്റിംഗിൽ നിന്നും ലഭിക്കുന്ന ഏതൊരു അളവ് ഫലങ്ങളും താരതമ്യേന കൃത്യമായിരിക്കണം.
AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതികളുടെ അളവ് അളവുകൾ ഡാറ്റ തിരഞ്ഞെടുപ്പിനും തുടർന്നുള്ള വിശകലനത്തിനും ഉപയോഗിക്കുന്ന ഗണിതശാസ്ത്ര മോഡലുകളെ പൂർണ്ണമായും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. അതിനാൽ, ഒരു പ്രത്യേക മോഡൽ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നതിന് മുമ്പ് ഇൻഡെന്ററിന്റെ തിരഞ്ഞെടുപ്പ്, മെറ്റീരിയൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ, അവയുടെ ഇടപെടലിന്റെ മെക്കാനിക്സ് എന്നിവയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട എല്ലാ ഘടകങ്ങളും പരിഗണിക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, SEM മൈക്രോഗ്രാഫുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ടിപ്പ് ജ്യാമിതി ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം ചിത്രീകരിച്ചു (ചിത്രം 1), ഫലങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഹാർഡ് കോൺ, ഗോളാകൃതിയിലുള്ള ടിപ്പ് ജ്യാമിതി എന്നിവയുള്ള 140 nm വ്യാസമുള്ള AFM നാനോഇൻഡന്റിംഗ് പ്രോബ് ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL79 സാമ്പിളുകളുടെ സ്വഭാവം നിർണ്ണയിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു നല്ല തിരഞ്ഞെടുപ്പാണ്. ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം വിലയിരുത്തേണ്ട മറ്റൊരു പ്രധാന ഘടകം പരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്ന പോളിമർ മെറ്റീരിയലിന്റെ ഇലാസ്തികതയാണ്. നാനോഇൻഡന്റേഷന്റെ പ്രാരംഭ ഡാറ്റ (ചിത്രം 5a, 6a) ടെൻഷൻ, കംപ്രഷൻ കർവുകളുടെ ഓവർലാപ്പിംഗിന്റെ സവിശേഷതകൾ വ്യക്തമായി പ്രതിപാദിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, മെറ്റീരിയലിന്റെ പൂർണ്ണമായ ഇലാസ്റ്റിക് വീണ്ടെടുക്കൽ, കോൺടാക്റ്റുകളുടെ പൂർണ്ണമായും ഇലാസ്റ്റിക് സ്വഭാവം സ്ഥിരീകരിക്കേണ്ടത് വളരെ പ്രധാനമാണ്. ഇതിനായി, ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ സിഎൽ സാമ്പിളിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ഒരേ സ്ഥലത്ത് 1 µm/s ഇൻഡന്റേഷൻ നിരക്കിൽ പൂർണ്ണ ജലാംശം സാഹചര്യങ്ങളിൽ രണ്ട് തുടർച്ചയായ ഇൻഡന്റേഷനുകൾ നടത്തി. തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഫോഴ്‌സ് കർവ് ഡാറ്റ ചിത്രം 7 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, പ്രതീക്ഷിച്ചതുപോലെ, രണ്ട് പ്രിന്റുകളുടെയും വികാസ, കംപ്രഷൻ കർവുകൾ ഏതാണ്ട് സമാനമാണ്, ഇത് ശാഖിതമായ പോളിമർ ബ്രഷ് ഘടനയുടെ ഉയർന്ന ഇലാസ്തികത എടുത്തുകാണിക്കുന്നു.
ലെഫിൽകോൺ A CL ന്റെ പ്രതലത്തിൽ ഒരേ സ്ഥാനത്തുള്ള രണ്ട് ഇൻഡന്റേഷൻ ഫോഴ്‌സ് കർവുകൾ ലെൻസ് പ്രതലത്തിന്റെ അനുയോജ്യമായ ഇലാസ്തികതയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
യഥാക്രമം പ്രോബ് ടിപ്പിന്റെയും ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ സിഎൽ പ്രതലത്തിന്റെയും SEM, STEM ചിത്രങ്ങളിൽ നിന്ന് ലഭിച്ച വിവരങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, കോൺ-സ്ഫിയർ മോഡൽ, AFM പ്രോബ് ടിപ്പും പരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്ന സോഫ്റ്റ് പോളിമർ മെറ്റീരിയലും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ ന്യായമായ ഗണിതശാസ്ത്ര പ്രാതിനിധ്യമാണ്. കൂടാതെ, ഈ കോൺ-സ്ഫിയർ മോഡലിന്, മുദ്രണം ചെയ്ത മെറ്റീരിയലിന്റെ ഇലാസ്റ്റിക് ഗുണങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള അടിസ്ഥാന അനുമാനങ്ങൾ ഈ പുതിയ ബയോമിമെറ്റിക് മെറ്റീരിയലിന് ശരിയാണ്, കൂടാതെ ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസ് അളക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
ഇൻഡന്റേഷൻ പ്രോബ് പ്രോപ്പർട്ടികൾ (ആകൃതി, വലുപ്പം, സ്പ്രിംഗ് കാഠിന്യം), സെൻസിറ്റിവിറ്റി (പശ്ചാത്തല ശബ്ദവും കോൺടാക്റ്റ് പോയിന്റ് എസ്റ്റിമേഷനും), ഡാറ്റ ഫിറ്റിംഗ് മോഡലുകൾ (ക്വാണ്ടിറ്റേറ്റീവ് മോഡുലസ് അളവുകളും) ഉൾപ്പെടെ AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതിയുടെയും അതിന്റെ ഘടകങ്ങളുടെയും സമഗ്രമായ വിലയിരുത്തലിന് ശേഷം, ഈ രീതി ഉപയോഗിച്ചു. ക്വാണ്ടിറ്റേറ്റീവ് ഫലങ്ങൾ പരിശോധിക്കുന്നതിന് വാണിജ്യപരമായി ലഭ്യമായ അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് സാമ്പിളുകൾ ചിത്രീകരിക്കുക. 140 nm പ്രോബ് ഉപയോഗിച്ച് ജലാംശം ഉള്ള സാഹചര്യങ്ങളിൽ 1 kPa ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസുള്ള ഒരു വാണിജ്യ പോളിഅക്രിലാമൈഡ് (PAAM) ഹൈഡ്രോജൽ പരീക്ഷിച്ചു. മൊഡ്യൂൾ പരിശോധനയുടെയും കണക്കുകൂട്ടലുകളുടെയും വിശദാംശങ്ങൾ സപ്ലിമെന്ററി ഇൻഫർമേഷനിൽ നൽകിയിരിക്കുന്നു. അളന്ന ശരാശരി മോഡുലസ് 0.92 kPa ആണെന്നും അറിയപ്പെടുന്ന മോഡുലസിൽ നിന്നുള്ള %RSD യും ശതമാന (%) വ്യതിയാനവും 10% ൽ കുറവാണെന്നും ഫലങ്ങൾ കാണിച്ചു. അൾട്രാസോഫ്റ്റ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ മോഡുലി അളക്കാൻ ഈ ജോലിയിൽ ഉപയോഗിച്ച AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതിയുടെ കൃത്യതയും പുനരുൽപാദനക്ഷമതയും ഈ ഫലങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു. ലെഹ്ഫിൽകോൺ എ സിഎൽ സാമ്പിളുകളുടെയും സിഎച്ച്ഐ ബേസ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന്റെയും പ്രതലങ്ങളെ അതേ എഎഫ്എം നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതി ഉപയോഗിച്ച് ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്ത്തിന്റെ ഫംഗ്‌ഷനായി അൾട്രാസോഫ്റ്റ് ഉപരിതലത്തിന്റെ പ്രത്യക്ഷ കോൺടാക്റ്റ് മോഡുലസ് പഠിക്കാൻ കൂടുതൽ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ നൽകി. ഓരോ തരത്തിലുമുള്ള മൂന്ന് മാതൃകകൾക്കായി (n = 3; ഒരു സ്‌പെസിമെൻ ഇൻഡന്റേഷൻ) 300 pN ബലത്തിലും 1 µm/s വേഗതയിലും പൂർണ്ണ ജലാംശത്തിലും ഇൻഡന്റേഷൻ ഫോഴ്‌സ് സെപ്പറേഷൻ കർവുകൾ സൃഷ്ടിച്ചു. കോൺ-സ്ഫിയർ മോഡൽ ഉപയോഗിച്ച് ഇൻഡന്റേഷൻ ഫോഴ്‌സ് ഷെയറിംഗ് കർവ് ഏകദേശമായി കണക്കാക്കി. ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്ത്തിനെ ആശ്രയിച്ച് മോഡുലസ് ലഭിക്കുന്നതിന്, കോൺടാക്റ്റ് പോയിന്റിൽ നിന്ന് ആരംഭിച്ച് 20 nm ന്റെ ഓരോ ഇൻക്രിമെന്റിലും ഫോഴ്‌സ് കർവിന്റെ 40 nm വീതിയുള്ള ഭാഗം സജ്ജമാക്കി, ഫോഴ്‌സ് കർവിന്റെ ഓരോ ഘട്ടത്തിലും മോഡുലസിന്റെ അളന്ന മൂല്യങ്ങൾ. സ്പിൻ സൈ തുടങ്ങിയവർ. കൊളോയ്ഡൽ എഎഫ്എം പ്രോബ് നാനോഇൻഡന്റേഷൻ ഉപയോഗിച്ച് പോളി(ലോറിൽ മെത്തക്രൈലേറ്റ്) (P12MA) പോളിമർ ബ്രഷുകളുടെ മോഡുലസ് ഗ്രേഡിയന്റ് ചിത്രീകരിക്കുന്നതിന് സമാനമായ ഒരു സമീപനം ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ അവ ഹെർട്സ് കോൺടാക്റ്റ് മോഡൽ ഉപയോഗിച്ചുള്ള ഡാറ്റയുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. ചിത്രം 8-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്ത് (nm) വേഴ്സസ് ആപേക്ഷിക കോൺടാക്റ്റ് മോഡുലസ് (kPa) യുടെ ഒരു പ്ലോട്ട് ഈ സമീപനം നൽകുന്നു, ഇത് വ്യക്തമായ കോൺടാക്റ്റ് മോഡുലസ്/ഡെപ്ത് ഗ്രേഡിയന്റ് വ്യക്തമാക്കുന്നു. CL ലെഹ്ഫിൽകണിന്റെ കണക്കാക്കിയ ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസ് എ സാമ്പിൾ സാമ്പിളിന്റെ മുകളിലെ 100 nm-നുള്ളിൽ 2-3 kPa പരിധിയിലാണ്, അതിനപ്പുറം അത് ആഴത്തിനനുസരിച്ച് വർദ്ധിക്കാൻ തുടങ്ങുന്നു. മറുവശത്ത്, ഉപരിതലത്തിൽ ബ്രഷ് പോലുള്ള ഫിലിം ഇല്ലാതെ SiHy ബേസ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് പരിശോധിക്കുമ്പോൾ, 300 pN ന്റെ ബലത്തിൽ നേടുന്ന പരമാവധി ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്ത് 50 nm-ൽ താഴെയാണ്, കൂടാതെ ഡാറ്റയിൽ നിന്ന് ലഭിച്ച മോഡുലസ് മൂല്യം ഏകദേശം 400 kPa ആണ്, ഇത് ബൾക്ക് മെറ്റീരിയലുകൾക്കായുള്ള യങ്ങിന്റെ മോഡുലസിന്റെ മൂല്യങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്നതാണ്.
മോഡുലസ് അളക്കുന്നതിന് കോൺ-സ്ഫിയർ ജ്യാമിതി ഉപയോഗിച്ച് AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതി ഉപയോഗിച്ച് ലെഹ്ഫിൽകോൺ A CL, SiHy സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്കുള്ള പ്രത്യക്ഷ കോൺടാക്റ്റ് മോഡുലസ് (kPa) vs. ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്ത് (nm).
നോവൽ ബയോമിമെറ്റിക് ബ്രാഞ്ചഡ് പോളിമർ ബ്രഷ് ഘടനയുടെ ഏറ്റവും മുകൾഭാഗം വളരെ കുറഞ്ഞ ഇലാസ്തികത മോഡുലസ് (2–3 kPa) കാണിക്കുന്നു. STEM ഇമേജിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ ഫോർക്ക്ഡ് പോളിമർ ബ്രഷിന്റെ സ്വതന്ത്രമായി തൂങ്ങിക്കിടക്കുന്ന അറ്റവുമായി ഇത് പൊരുത്തപ്പെടും. CL ന്റെ പുറം അറ്റത്ത് ഒരു മോഡുലസ് ഗ്രേഡിയന്റിന് ചില തെളിവുകൾ ഉണ്ടെങ്കിലും, പ്രധാന ഉയർന്ന മോഡുലസ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് കൂടുതൽ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഉപരിതലത്തിന്റെ മുകളിലെ 100 nm ശാഖിതമായ പോളിമർ ബ്രഷിന്റെ മൊത്തം നീളത്തിന്റെ 20% ഉള്ളിലാണ്, അതിനാൽ ഈ ഇൻഡന്റേഷൻ ഡെപ്ത് ശ്രേണിയിലെ മോഡുലസിന്റെ അളന്ന മൂല്യങ്ങൾ താരതമ്യേന കൃത്യമാണെന്നും താഴെയുള്ള വസ്തുവിന്റെ പ്രഭാവത്തെ ശക്തമായി ആശ്രയിക്കുന്നില്ലെന്നും അനുമാനിക്കുന്നത് ന്യായമാണ്.
SiHy സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ ഒട്ടിച്ച ശാഖിതമായ PMPC പോളിമർ ബ്രഷ് ഘടനകൾ അടങ്ങിയ ലെഹ്‌ഫിൽകോൺ എ കോൺടാക്റ്റ് ലെൻസുകളുടെ അതുല്യമായ ബയോമിമെറ്റിക് ഡിസൈൻ കാരണം, പരമ്പരാഗത അളവെടുപ്പ് രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് അവയുടെ ഉപരിതല ഘടനകളുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളെ വിശ്വസനീയമായി ചിത്രീകരിക്കുന്നത് വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. ഉയർന്ന ജലാംശവും വളരെ ഉയർന്ന ഇലാസ്തികതയും ഉള്ള ലെഫിൽകോൺ എ പോലുള്ള അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് വസ്തുക്കളെ കൃത്യമായി ചിത്രീകരിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു നൂതന AFM നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതി ഞങ്ങൾ ഇവിടെ അവതരിപ്പിക്കുന്നു. മുദ്രണം ചെയ്യേണ്ട അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് ഉപരിതല സവിശേഷതകളുടെ ഘടനാപരമായ അളവുകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നതിന് ടിപ്പ് വലുപ്പവും ജ്യാമിതിയും ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം തിരഞ്ഞെടുത്ത ഒരു AFM പ്രോബിന്റെ ഉപയോഗത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് ഈ രീതി. പ്രോബിനും ഘടനയ്ക്കും ഇടയിലുള്ള ഈ അളവുകളുടെ സംയോജനം വർദ്ധിച്ച സംവേദനക്ഷമത നൽകുന്നു, ഇത് പോറോഇലാസ്റ്റിക് ഇഫക്റ്റുകൾ പരിഗണിക്കാതെ ശാഖിതമായ പോളിമർ ബ്രഷ് മൂലകങ്ങളുടെ കുറഞ്ഞ മോഡുലസും അന്തർലീനമായ ഇലാസ്റ്റിക് ഗുണങ്ങളും അളക്കാൻ ഞങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു. ലെൻസ് ഉപരിതലത്തിന്റെ സവിശേഷതയായ സവിശേഷമായ ശാഖിതമായ PMPC പോളിമർ ബ്രഷുകൾക്ക് ജലീയ പരിതസ്ഥിതിയിൽ പരീക്ഷിക്കുമ്പോൾ വളരെ കുറഞ്ഞ ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസും (2 kPa വരെ) വളരെ ഉയർന്ന ഇലാസ്തികതയും (ഏകദേശം 100%) ഉണ്ടെന്ന് ഫലങ്ങൾ കാണിച്ചു. AFM നാനോഇൻഡന്റേഷന്റെ ഫലങ്ങൾ, ബയോമിമെറ്റിക് ലെൻസ് ഉപരിതലത്തിന്റെ വ്യക്തമായ കോൺടാക്റ്റ് മോഡുലസ്/ഡെപ്ത് ഗ്രേഡിയന്റ് (30 kPa/200 nm) ചിത്രീകരിക്കാനും ഞങ്ങളെ അനുവദിച്ചു. ശാഖിതമായ പോളിമർ ബ്രഷുകളും SiHy സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റും തമ്മിലുള്ള മോഡുലസ് വ്യത്യാസം, അല്ലെങ്കിൽ പോളിമർ ബ്രഷുകളുടെ ശാഖിതമായ ഘടന/സാന്ദ്രത, അല്ലെങ്കിൽ അവയുടെ സംയോജനം എന്നിവ ഈ ഗ്രേഡിയന്റ് മൂലമാകാം. എന്നിരുന്നാലും, ഘടനയും ഗുണങ്ങളും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം, പ്രത്യേകിച്ച് മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളിൽ ബ്രഷ് ബ്രാഞ്ചിംഗിന്റെ പ്രഭാവം എന്നിവ പൂർണ്ണമായി മനസ്സിലാക്കാൻ കൂടുതൽ ആഴത്തിലുള്ള പഠനങ്ങൾ ആവശ്യമാണ്. മറ്റ് അൾട്രാ-സോഫ്റ്റ് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങളുടെയും ഉപരിതലത്തിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളെ ചിത്രീകരിക്കാൻ സമാനമായ അളവുകൾ സഹായിക്കും.
നിലവിലെ പഠനത്തിൽ സൃഷ്ടിച്ചതും/അല്ലെങ്കിൽ വിശകലനം ചെയ്തതുമായ ഡാറ്റാസെറ്റുകൾ ന്യായമായ അഭ്യർത്ഥന പ്രകാരം അതത് രചയിതാക്കളിൽ നിന്ന് ലഭ്യമാണ്.
റഹ്മതി, എം., സിൽവ, ഇ.എ., റെസെലാൻഡ്, ജെ.ഇ., ഹേവാർഡ്, കെ., ഹൗഗൻ, എച്ച്.ജെ. ബയോമെറ്റീരിയലുകളുടെ ഉപരിതലങ്ങളുടെ ഭൗതികവും രാസപരവുമായ ഗുണങ്ങളോടുള്ള ജൈവ പ്രതികരണങ്ങൾ. കെമിക്കൽ. സൊസൈറ്റി. എഡ്. 49, 5178–5224 (2020).
ചെൻ, എഫ്എം, ലിയു, എക്സ്. ടിഷ്യു എഞ്ചിനീയറിംഗിനായി മനുഷ്യനിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞ ബയോമെറ്റീരിയലുകളുടെ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ. പ്രോഗ്രാമിംഗ്. പോളിമർ. ശാസ്ത്രം. 53, 86 (2016).
സാഡ്‌ലർ, കെ. തുടങ്ങിയവർ. റീജനറേറ്റീവ് മെഡിസിനിൽ ബയോമെറ്റീരിയലുകളുടെ രൂപകൽപ്പന, ക്ലിനിക്കൽ നടപ്പിലാക്കൽ, രോഗപ്രതിരോധ പ്രതികരണം. നാഷണൽ മാറ്റ് റെവ. 1, 16040 (2016).
ഒലിവർ WK, ഫാർ GM ലോഡ്, ഡിസ്‌പ്ലേസ്‌മെന്റ് അളവുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഇൻഡന്റേഷൻ പരീക്ഷണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് കാഠിന്യവും ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസും നിർണ്ണയിക്കുന്നതിനുള്ള മെച്ചപ്പെട്ട രീതി. ജെ. അൽമ മേറ്റർ. സ്റ്റോറേജ് ടാങ്ക്. 7, 1564–1583 (2011).
വാലി, എസ്.എം. ഇൻഡന്റേഷൻ കാഠിന്യം പരിശോധനയുടെ ചരിത്രപരമായ ഉത്ഭവം. ആൽമ മേറ്റർ. ശാസ്ത്രം. സാങ്കേതികവിദ്യകൾ. 28, 1028–1044 (2012).
ബ്രോയിറ്റ്മാൻ, ഇ. മാക്രോ-, മൈക്രോ-, നാനോസ്കെയിൽ: ഒരു നിർണായക അവലോകനത്തിലെ ഇൻഡന്റേഷൻ കാഠിന്യം അളക്കൽ. ഗോത്രം. റൈറ്റ്. 65, 1–18 (2017).
കോഫ്മാൻ, ജെ.ഡി. ക്ലാപ്പറിച്ച്, എസ്.എം. ഉപരിതല കണ്ടെത്തൽ പിശകുകൾ മൃദുവായ വസ്തുക്കളുടെ നാനോഇൻഡന്റേഷനിൽ മോഡുലസ് അമിതമായി വിലയിരുത്തുന്നതിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. ജെ. മെച്ച. പെരുമാറ്റം. ബയോമെഡിക്കൽ സയൻസ്. അൽമാ മേറ്റർ. 2, 312–317 (2009).
കരിംസാഡെ എ., കൊളൂർ എസ്എസ്ആർ, അയതൊല്ലാഖി എംആർ, ബുഷ്‌റോവ എആർ, യഹ്യ എം.യു. പരീക്ഷണാത്മകവും കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ രീതികളും ഉപയോഗിച്ച് വൈവിധ്യമാർന്ന നാനോകോമ്പോസിറ്റുകളുടെ മെക്കാനിക്കൽ സവിശേഷതകൾ നിർണ്ണയിക്കുന്നതിനുള്ള നാനോഇൻഡന്റേഷൻ രീതിയുടെ വിലയിരുത്തൽ. ശാസ്ത്രം. ഹൗസ് 9, 15763 (2019).
ലിയു, കെ., വാൻലെൻഡിംഗ്ഹാം, എംആർ, ഓവാർട്ട്, ടിഎസ്. ഇൻഡന്റേഷനും ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള വിപരീത പരിമിത മൂലക വിശകലനവും വഴി സോഫ്റ്റ് വിസ്കോഇലാസ്റ്റിക് ജെല്ലുകളുടെ മെക്കാനിക്കൽ സ്വഭാവരൂപീകരണം. ജെ. മെച്ച. പെരുമാറ്റം. ബയോമെഡിക്കൽ സയൻസ്. അൽമ മേറ്റർ. 2, 355–363 (2009).
ആൻഡ്രൂസ് ജെഡബ്ല്യു, ബോവൻ ജെ, ചാനൽലർ ഡി. അനുയോജ്യമായ അളവെടുക്കൽ സംവിധാനങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് വിസ്കോഇലാസ്റ്റിസിറ്റി നിർണ്ണയത്തിന്റെ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ. സോഫ്റ്റ് മാറ്റർ 9, 5581–5593 (2013).
ബ്രിസ്കോ, ബിജെ, ഫിയോറി, എൽ., പെല്ലില്ലോ, ഇ. പോളിമെറിക് ഉപരിതലങ്ങളുടെ നാനോഇൻഡന്റേഷൻ. ജെ. ഫിസിക്സ്. ഡി. ഫിസിക്സിനായി അപേക്ഷിക്കുക. 31, 2395 (1998).
ഷോക്ക് ഇൻഡന്റേഷൻ ഉപയോഗിച്ച് ഉയർന്ന ഇലാസ്റ്റിക് പോളിമറുകളുടെയും ജൈവ കലകളുടെയും വിസ്കോഇലാസ്റ്റിക് മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ സ്വഭാവം മിയായിലോവിച്ച് എ.എസ്., സിൻ ബി., ഫോർച്യൂണാറ്റോ ഡി., വാൻ വ്ലിയറ്റ് കെ.ജെ. ജേണൽ ഓഫ് ബയോമെറ്റീരിയൽസ്. 71, 388–397 (2018).
പെരെപെൽകിൻ എൻവി, കോവാലേവ് എഇ, ഗോർബ് എസ്എൻ, ബോറോഡിച്ച് എഫ്എം. എക്സ്റ്റെൻഡഡ് ബോറോഡിച്ച്-ഗാലനോവ് (ബിജി) രീതിയും ആഴത്തിലുള്ള ഇൻഡന്റേഷനും ഉപയോഗിച്ച് മൃദുവായ വസ്തുക്കളുടെ ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസിന്റെയും അഡീഷൻ വർക്കിന്റെയും വിലയിരുത്തൽ. രോമങ്ങൾ. അൽമ മേറ്റർ. 129, 198–213 (2019).
ഷി, എക്സ്. തുടങ്ങിയവർ. സിലിക്കൺ ഹൈഡ്രോജൽ കോൺടാക്റ്റ് ലെൻസുകളുടെ ബയോമിമെറ്റിക് പോളിമെറിക് പ്രതലങ്ങളുടെ നാനോസ്കെയിൽ രൂപഘടനയും മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും. ലാങ്മുയർ 37, 13961–13967 (2021).