Nature.com تي اچڻ لاءِ مهرباني. توهان محدود CSS سپورٽ سان برائوزر ورزن استعمال ڪري رهيا آهيو. بهترين تجربي لاءِ، اسان سفارش ڪريون ٿا ته توهان هڪ اپڊيٽ ٿيل برائوزر استعمال ڪريو (يا انٽرنيٽ ايڪسپلورر ۾ مطابقت واري موڊ کي غير فعال ڪريو). ان کان علاوه، جاري سپورٽ کي يقيني بڻائڻ لاءِ، اسان سائيٽ کي اسٽائل ۽ جاوا اسڪرپٽ کان سواءِ ڏيکاريون ٿا.
هڪ ئي وقت ٽن سلائڊن جو ڪاروسيل ڏيکاري ٿو. هڪ ئي وقت ٽن سلائڊن مان گذرڻ لاءِ پوئين ۽ اڳيون بٽڻ استعمال ڪريو، يا هڪ ئي وقت ٽن سلائڊن مان گذرڻ لاءِ آخر ۾ سلائڊر بٽڻ استعمال ڪريو.
طبي ڊوائيسز ۽ بايوميڊيڪل ايپليڪيشنن لاءِ نئين الٽرا نرم مواد جي ترقي سان، انهن جي جسماني ۽ ميڪيڪل خاصيتن جي جامع خاصيت اهم ۽ چئلينجنگ ٻنهي آهي. هڪ تبديل ٿيل ايٽمي فورس مائڪروسڪوپي (AFM) نانو انڊينٽيشن ٽيڪنڪ کي نئين ليهفلڪون اي جي انتهائي گهٽ سطح جي ماڊيولس کي نمايان ڪرڻ لاءِ لاڳو ڪيو ويو بايوميميٽڪ سلڪون هائيڊروجيل ڪانٽيڪٽ لينس برانچ ٿيل پوليمر برش جي جوڙجڪ جي هڪ پرت سان ڍڪيل. هي طريقو برانچ ٿيل پوليمر جي ويجهو اچڻ تي ويسڪوس ايڪسٽروشن جي اثرن کان سواءِ رابطي جي پوائنٽن جي صحيح تعين جي اجازت ڏئي ٿو. ان کان علاوه، اهو ممڪن بڻائي ٿو ته انفرادي برش عناصر جي ميڪيڪل خاصيتن کي پورو لچڪ جي اثر کان سواءِ طئي ڪيو وڃي. اهو هڪ ڊيزائن (ٽپ سائيز، جاميٽري ۽ اسپرنگ ريٽ) سان هڪ AFM پروب چونڊڻ سان حاصل ڪيو وڃي ٿو جيڪو خاص طور تي نرم مواد ۽ حياتياتي نمونن جي خاصيتن کي ماپڻ لاءِ مناسب آهي. هي طريقو تمام نرم مواد ليهفلڪون اي جي صحيح ماپ لاءِ حساسيت ۽ درستگي کي بهتر بڻائي ٿو، جنهن جي مٿاڇري واري علائقي تي لچڪ جو انتهائي گهٽ ماڊيولس آهي (2 kPa تائين) ۽ اندروني (تقريبن 100٪) آبي ماحول ۾ هڪ انتهائي اعلي لچڪ. مٿاڇري جي مطالعي جي نتيجن نه رڳو ليفلڪون اي لينس جي الٽرا نرم مٿاڇري جي خاصيتن کي ظاهر ڪيو، پر اهو پڻ ڏيکاريو ته برانچ ٿيل پوليمر برش جو ماڊيولس سلڪون-هائيڊروجن سبسٽريٽ جي مقابلي ۾ هو. هي مٿاڇري جي خاصيت جي ٽيڪنڪ ٻين الٽرا نرم مواد ۽ طبي ڊوائيسز تي لاڳو ڪري سگهجي ٿي.
جاندار ٽشو سان سڌي رابطي لاءِ ٺهيل مواد جون مشيني خاصيتون اڪثر حياتياتي ماحول طرفان طئي ڪيون وينديون آهن. انهن مادي خاصيتن جو مڪمل ميلاپ مواد جي گهربل ڪلينڪل خاصيتن کي حاصل ڪرڻ ۾ مدد ڪري ٿو بغير خراب سيلولر ردعمل 1,2,3 پيدا ڪرڻ جي. بلڪ هڪجهڙائي واري مواد لاءِ، معياري طريقيڪار ۽ ٽيسٽ طريقن جي دستيابي جي ڪري ميڪيڪل خاصيتن جي خاصيت نسبتا آسان آهي (مثال طور، مائڪرو انڊينٽيشن 4,5,6). جڏهن ته، الٽرا نرم مواد جهڙوڪ جيل، هائيڊروجيل، بايوپوليمر، جاندار سيل، وغيره لاءِ، اهي ٽيسٽ طريقا عام طور تي ماپ جي حل جي حدن ۽ ڪجهه مواد جي غير هم آهنگي جي ڪري لاڳو نه ٿيندا آهن7. سالن کان، روايتي انڊينٽيشن طريقن کي تبديل ڪيو ويو آهي ۽ نرم مواد جي وسيع رينج کي بيان ڪرڻ لاءِ ترتيب ڏنو ويو آهي، پر ڪيترائي طريقا اڃا تائين سنگين خامين جو شڪار آهن جيڪي انهن جي استعمال کي محدود ڪن ٿا8,9,10,11,12,13. خاص ٽيسٽ طريقن جي کوٽ جيڪي سپر سافٽ مواد ۽ مٿاڇري جي پرتن جي ميڪيڪل خاصيتن کي صحيح ۽ قابل اعتماد طور تي بيان ڪري سگهن ٿيون مختلف ايپليڪيشنن ۾ انهن جي استعمال کي سختي سان محدود ڪن ٿيون.
اسان جي پوئين ڪم ۾، اسان ليهفلڪون اي (سي ايل) ڪانٽيڪٽ لينس متعارف ڪرايو، هڪ نرم هيٽروجينيئس مواد جنهن ۾ سڀني الٽرا نرم مٿاڇري جي خاصيتن سان گڏ اکين جي ڪارنيا جي مٿاڇري کان متاثر ٿيل امڪاني طور تي بايوميميٽڪ ڊيزائن مان نڪتل آهي. هي بايوميٽريل پولي (2-ميٿاڪريلوئلوڪسي ايٿائل فاسفوريلڪولين (ايم پي سي)) (پي ايم پي سي) جي هڪ شاخ واري، ڪراس لنڪڊ پوليمر پرت کي سلڪون هائيڊروجيل (سي ايڇ آئي) 15 تي گرافٽ ڪندي تيار ڪيو ويو هو جيڪو طبي ڊوائيسز لاءِ ٺهيل هو. هي گرافٽنگ عمل مٿاڇري تي هڪ پرت ٺاهي ٿو جنهن ۾ هڪ تمام نرم ۽ انتهائي لچڪدار برانچ ٿيل پوليمرڪ برش جي جوڙجڪ شامل آهي. اسان جي پوئين ڪم تصديق ڪئي آهي ته ليهفلڪون اي سي ايل جي بايوميميٽڪ جوڙجڪ اعليٰ سطحي خاصيتون مهيا ڪري ٿي جهڙوڪ بهتر ويٽنگ ۽ فاؤلنگ جي روڪٿام، وڌندڙ چکنائي، ۽ گهٽ سيل ۽ بيڪٽيريا جي چپکڻ 15,16. ان کان علاوه، هن بايوميميٽڪ مواد جو استعمال ۽ ترقي ٻين بايو ميڊيڪل ڊوائيسز ڏانهن وڌيڪ توسيع جو مشورو ڏئي ٿي. تنهن ڪري، اهو ضروري آهي ته هن الٽرا نرم مواد جي مٿاڇري جي خاصيتن کي بيان ڪيو وڃي ۽ ان جي اکين سان ميڪانياتي رابطي کي سمجهيو وڃي ته جيئن مستقبل جي ترقي ۽ ايپليڪيشنن جي مدد لاءِ هڪ جامع علم جو بنياد پيدا ٿئي. گهڻا تجارتي طور تي دستياب SiHy ڪانٽيڪٽ لينس هائيڊروفيلڪ ۽ هائيڊروفوبڪ پوليمر جي هڪجهڙائي واري مرکب مان ٺهيل آهن جيڪي هڪجهڙائي واري مادي structure17 ٺاهيندا آهن. روايتي ڪمپريشن، ٽينسل ۽ مائڪرو انڊينٽيشن ٽيسٽ طريقن 18,19,20,21 استعمال ڪندي انهن جي ميڪانياتي خاصيتن جي جاچ ڪرڻ لاءِ ڪيترائي مطالعو ڪيا ويا آهن. بهرحال، ليهفلڪون اي سي ايل جو ناول بايوميميٽڪ ڊيزائن ان کي هڪ منفرد هيٽروجينيئس مواد بڻائي ٿو جنهن ۾ برانچ ٿيل پوليمر برش جي جوڙجڪ جون ميڪانياتي خاصيتون SiHy بيس سبسٽريٽ جي انهن کان خاص طور تي مختلف آهن. تنهن ڪري، روايتي ۽ انڊينٽيشن طريقن کي استعمال ڪندي انهن خاصيتن کي صحيح طور تي مقدار ڏيڻ تمام ڏکيو آهي. هڪ واعدو ڪندڙ طريقو ايٽمي فورس مائڪروسڪوپي (AFM) ۾ لاڳو ڪيل نانو انڊينٽيشن ٽيسٽنگ طريقو استعمال ڪري ٿو، هڪ طريقو جيڪو نرم ويسڪوئلاسٽڪ مواد جهڙوڪ حياتياتي سيلز ۽ ٽشوز، انهي سان گڏ نرم پوليمر 22,23,24,25 جي ميڪانياتي خاصيتن کي طئي ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويو آهي. ،26,27,28,29,30. AFM نانو انڊينٽيشن ۾، نانو انڊينٽيشن ٽيسٽنگ جي بنيادي اصولن کي AFM ٽيڪنالاجي ۾ جديد ترقي سان گڏ ڪيو ويو آهي ته جيئن ماپ جي حساسيت ۽ فطري طور تي سپر سافٽ مواد جي وسيع رينج جي جانچ کي وڌايو وڃي 31,32,33,34,35,36. ان کان علاوه، ٽيڪنالاجي مختلف جاميٽري جي استعمال ذريعي ٻيا اهم فائدا پيش ڪري ٿي. انڊينٽر ۽ پروب ۽ مختلف مائع ميڊيا ۾ جانچ جي امڪان.
AFM نانو انڊينٽيشن کي مشروط طور تي ٽن مکيه حصن ۾ ورهائي سگهجي ٿو: (1) سامان (سينسر، ڊيڪٽر، پروبس، وغيره)؛ (2) ماپ جا پيرا ميٽر (جهڙوڪ قوت، بي گھرڻ، رفتار، ريمپ سائيز، وغيره)؛ (3) ڊيٽا پروسيسنگ (بيس لائين اصلاح، ٽچ پوائنٽ تخمينو، ڊيٽا فٽنگ، ماڊلنگ، وغيره). هن طريقي سان هڪ اهم مسئلو اهو آهي ته AFM نانو انڊينٽيشن استعمال ڪندي ادب ۾ ڪيترائي مطالعو ساڳئي نموني/سيل/مواد جي قسم 37,38,39,40,41 لاءِ تمام مختلف مقداري نتيجا رپورٽ ڪن ٿا. مثال طور، ليڪا ۽ ٻيا. ميڪانياتي طور تي هڪجهڙائي واري هائيڊروجيل ۽ هيٽروجنيئس سيلز جي نمونن جي ماپيل ينگ جي ماڊيولس تي AFM پروب جاميٽري جو اثر جو مطالعو ڪيو ويو ۽ مقابلو ڪيو ويو. اهي رپورٽ ڪن ٿا ته ماڊيولس قدر ڪينٽيليور جي چونڊ ۽ ٽپ جي شڪل تي تمام گهڻو منحصر آهن، هڪ پرامڊ جي شڪل واري پروب لاءِ سڀ کان وڌيڪ قدر ۽ هڪ گول پروب لاءِ گهٽ ۾ گهٽ قدر 42 سان. ساڳئي طرح، سيلهوبر-انڪل ۽ ٻيا. اهو ڏيکاريو ويو آهي ته ڪيئن انڊينٽر جي رفتار، انڊينٽر جي سائيز ۽ پولي ايڪريلامائيڊ (PAAM) نمونن جي ٿلهي ينگ جي ماڊيولس کي متاثر ڪري ٿي جيڪا ACM43 نانو انڊينٽيشن ذريعي ماپيل آهي. هڪ ٻيو پيچيده عنصر معياري انتهائي گهٽ ماڊيولس ٽيسٽ مواد ۽ مفت ٽيسٽ طريقيڪار جي کوٽ آهي. اهو اعتماد سان صحيح نتيجا حاصل ڪرڻ تمام ڏکيو بڻائي ٿو. بهرحال، طريقو ساڳئي نموني جي قسمن جي وچ ۾ نسبتي ماپن ۽ تقابلي تشخيص لاءِ تمام ڪارآمد آهي، مثال طور AFM نانو انڊينٽيشن استعمال ڪندي عام سيلز کي ڪينسر سيلز کان ڌار ڪرڻ لاءِ 44، 45.
جڏهن AFM نانو انڊينٽيشن سان نرم مواد جي جانچ ڪئي وڃي ٿي، ته هڪ عام اصول اهو آهي ته گهٽ اسپرنگ ڪانسٽنٽ (k) سان هڪ پروب استعمال ڪيو وڃي جيڪو نموني جي ماڊيولس ۽ هڪ هيميسفيريڪل/گول ٽِپ سان ويجهڙائي سان ملي ٿو ته جيئن پهريون پروب نرم مواد سان پهرين رابطي تي نموني جي سطحن کي نه ڇڪي. اهو پڻ ضروري آهي ته پروب پاران پيدا ٿيندڙ ڊيفلڪشن سگنل ليزر ڊيڪٽر سسٽم 24,34,46,47 ذريعي ڳولڻ لاءِ ڪافي مضبوط هجي. الٽرا نرم هيٽروجنيئس سيلز، ٽشوز ۽ جيلز جي صورت ۾، هڪ ٻيو چئلينج پروب ۽ نموني جي مٿاڇري جي وچ ۾ چپڪندڙ قوت کي ختم ڪرڻ آهي ته جيئن ٻيهر پيدا ٿيندڙ ۽ قابل اعتماد ماپن کي يقيني بڻائي سگهجي 48,49,50. تازو تائين، AFM نانو انڊينٽيشن تي گهڻو ڪم حياتياتي سيلز، ٽشوز، جيلز، هائيڊروجيلز، ۽ بايو ماليڪيولز جي ميڪانياتي رويي جي مطالعي تي ڌيان ڏنو ويو آهي جيڪي نسبتا وڏي گولائي پروب استعمال ڪندا آهن، جن کي عام طور تي ڪولائيڊل پروب (CPs) چيو ويندو آهي. ، 47، 51، 52، 53، 54، 55. انهن ٽِپس جو ريڊيس 1 کان 50 µm آهي ۽ عام طور تي بوروسيليڪيٽ گلاس، پولي ميٿائل ميٿڪريليٽ (PMMA)، پولسٽريئر (PS)، سلڪون ڊاءِ آڪسائيڊ (SiO2) ۽ هيرا جهڙو ڪاربان (DLC) مان ٺهيل آهن. جيتوڻيڪ CP-AFM نانو انڊينٽيشن اڪثر ڪري نرم نموني جي خاصيت لاءِ پهرين پسند هوندي آهي، ان جا پنهنجا مسئلا ۽ حدون هونديون آهن. وڏي، مائڪرون سائيز جي گولائي ٽِپس جو استعمال نموني سان ٽپ جي ڪل رابطي واري علائقي کي وڌائيندو آهي ۽ نتيجي ۾ مقامي ريزوليوشن جو هڪ اهم نقصان ٿيندو آهي. نرم، غير هم جنس نمونن لاءِ، جتي مقامي عنصرن جون ميڪانياتي خاصيتون وسيع علائقي تي اوسط کان خاص طور تي مختلف ٿي سگهن ٿيون، CP انڊينٽيشن مقامي پيماني تي ملڪيتن ۾ ڪنهن به غير هم جنس کي لڪائي سگهي ٿو52. ڪولائيڊل پروبس عام طور تي ايپوڪسي چپڪندڙ استعمال ڪندي مائڪرون سائيز جي ڪولائيڊل اسپيرز کي ٽپليس ڪينٽيليورس سان ڳنڍڻ سان ٺاهيا ويندا آهن. پيداوار جو عمل پاڻ ۾ ڪيترن ئي مسئلن سان ڀريل آهي ۽ پروب ڪيليبريشن جي عمل ۾ عدم مطابقت پيدا ڪري سگهي ٿو. ان کان علاوه، ڪولائيڊل ذرڙن جي سائيز ۽ ماس ڪينٽيليور جي مکيه ڪيليبريشن پيرا ميٽرز کي سڌو سنئون متاثر ڪن ٿا، جهڙوڪ گونج فريڪوئنسي، اسپرنگ سختي، ۽ ڊيفلڪشن حساسيت 56,57,58. اهڙيءَ طرح، روايتي AFM پروبس لاءِ عام طور تي استعمال ٿيندڙ طريقا، جهڙوڪ گرمي پد ڪيليبريشن، شايد CP لاءِ صحيح ڪيليبريشن فراهم نه ڪن، ۽ انهن سڌارن کي انجام ڏيڻ لاءِ ٻيا طريقا گهربل هوندا 57, 59, 60, 61. عام CP انڊينٽيشن تجربا نرم نمونن جي خاصيتن جو مطالعو ڪرڻ لاءِ وڏي انحراف ڪينٽيليور استعمال ڪندا آهن، جيڪو هڪ ٻيو مسئلو پيدا ڪري ٿو جڏهن نسبتاً وڏي انحرافن تي ڪينٽيليور جي غير لڪير رويي کي ڪيليبريٽر ڪيو ويندو آهي 62,63,64. جديد ڪولائيڊل پروب انڊينٽيشن طريقا عام طور تي پروب کي ڪيليبريشن ڪرڻ لاءِ استعمال ٿيندڙ ڪينٽيليور جي جاميٽري کي حساب ۾ رکندا آهن، پر ڪولائيڊل ذرڙن جي اثر کي نظرانداز ڪندا آهن، جيڪو طريقي جي درستگي ۾ اضافي غير يقيني صورتحال پيدا ڪندو آهي 38,61. ساڳئي طرح، ڪانٽيڪٽ ماڊل فٽنگ ذريعي حساب ڪيل لچڪدار ماڊيولي سڌو سنئون انڊينٽيشن پروب جي جاميٽري تي منحصر آهن، ۽ ٽپ ۽ نموني جي مٿاڇري جي خاصيتن جي وچ ۾ بي ترتيبي غلطيون 27، 65، 66، 67، 68 جو سبب بڻجي سگهي ٿي. اسپينسر ۽ ٻين پاران ڪجهه تازيون ڪم. CP-AFM نانو انڊينٽيشن طريقو استعمال ڪندي نرم پوليمر برش جي خاصيت ڪرڻ وقت جن عنصرن کي غور ۾ رکڻ گهرجي انهن کي نمايان ڪيو ويو آهي. انهن رپورٽ ڪئي ته رفتار جي ڪم جي طور تي پوليمر برش ۾ ويسڪوس سيال جي برقرار رکڻ جي نتيجي ۾ هيڊ لوڊنگ ۾ اضافو ٿئي ٿو ۽ ان ڪري رفتار تي منحصر خاصيتن جي مختلف ماپون 30،69،70،71.
هن مطالعي ۾، اسان هڪ تبديل ٿيل AFM نانو انڊينٽيشن طريقو استعمال ڪندي الٽرا نرم انتهائي لچڪدار مواد lehfilcon A CL جي مٿاڇري جي ماڊيولس کي بيان ڪيو آهي. هن مواد جي خاصيتن ۽ نئين جوڙجڪ کي ڏنو ويو آهي، روايتي انڊينٽيشن طريقي جي حساسيت جي حد واضح طور تي هن انتهائي نرم مواد جي ماڊيولس کي بيان ڪرڻ لاءِ ڪافي ناهي، تنهن ڪري اهو ضروري آهي ته هڪ AFM نانو انڊينٽيشن طريقو استعمال ڪيو وڃي جنهن ۾ وڌيڪ حساسيت ۽ گهٽ حساسيت هجي. موجوده ڪولائيڊل AFM پروب نانو انڊينٽيشن ٽيڪنڪ جي خامين ۽ مسئلن جو جائزو وٺڻ کان پوءِ، اسان ڏيکاريون ٿا ته اسان حساسيت، پس منظر جي شور، رابطي جي پوائنٽ پوائنٽ، نرم هيٽروجنيئس مواد جي رفتار ماڊيولس کي ماپڻ جهڙوڪ فلوئڊ برقرار رکڻ جي انحصار کي ختم ڪرڻ لاءِ هڪ ننڍڙو، ڪسٽم-ڊيزائن ٿيل AFM پروب ڇو چونڊيو. ۽ صحيح مقدار. ان کان علاوه، اسان انڊينٽيشن ٽپ جي شڪل ۽ طول و عرض کي صحيح طور تي ماپڻ جي قابل هئاسين، اسان کي مواد سان ٽپ جي رابطي واري علائقي جو جائزو وٺڻ کان سواءِ لچڪ جي ماڊيولس کي طئي ڪرڻ لاءِ ڪون-اسپير فٽ ماڊل استعمال ڪرڻ جي اجازت ڏني. هن ڪم ۾ ٻہ ضمني مفروضا جيڪي مقدار ۾ طئي ڪيا ويا آهن اهي مڪمل طور تي لچڪدار مادي خاصيتون ۽ انڊينٽيشن ڊيپٿ-انڊيپينڊنٽ ماڊيولس آهن. هن طريقي کي استعمال ڪندي، اسان پهريون ڀيرو هڪ سڃاتل ماڊيولس سان الٽرا-سافٽ معيارن کي جانچيو ته جيئن طريقو مقدار ۾ بيان ڪري سگهجي، ۽ پوءِ هن طريقي کي ٻن مختلف ڪانٽيڪٽ لينس مواد جي سطحن کي بيان ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو. AFM نانو انڊينٽيشن سطحن کي وڌندڙ حساسيت سان بيان ڪرڻ جو هي طريقو طبي ڊوائيسز ۽ بايوميڊيڪل ايپليڪيشنن ۾ امڪاني استعمال سان بايوميميٽڪ هيٽروجنيئس الٽراسافٽ مواد جي وسيع رينج تي لاڳو ٿيڻ جي اميد آهي.
ليفيلڪون اي ڪانٽيڪٽ لينس (الڪون، فورٽ ورٿ، ٽيڪساس، آمريڪا) ۽ انهن جي سلڪون هائيڊروجيل سبسٽريٽس کي نانو انڊينٽيشن تجربن لاءِ چونڊيو ويو. تجربي ۾ هڪ خاص طور تي ٺهيل لينس ماؤنٽ استعمال ڪيو ويو. ٽيسٽنگ لاءِ لينس کي انسٽال ڪرڻ لاءِ، ان کي احتياط سان گنبد جي شڪل واري اسٽينڊ تي رکيو ويو، پڪ ڪيو ويو ته ڪو به هوائي بلبل اندر نه وڃي، ۽ پوءِ ڪنارن سان درست ڪيو ويو. لينس هولڊر جي چوٽي تي فڪسچر ۾ هڪ سوراخ نانو انڊينٽيشن تجربن لاءِ لينس جي آپٽيڪل سينٽر تائين رسائي فراهم ڪري ٿو جڏهن ته مائع کي جاءِ تي رکي ٿو. اهو لينس کي مڪمل طور تي هائيڊريٽ رکي ٿو. ڪانٽيڪٽ لينس پيڪنگنگ حل جو 500 μl ٽيسٽ حل طور استعمال ڪيو ويو. مقداري نتيجن جي تصديق ڪرڻ لاءِ، تجارتي طور تي دستياب غير فعال پولي ايڪريلامائيڊ (PAAM) هائيڊروجيل هڪ پولي ايڪريلامائيڊ-ڪو-ميٿيلين-بائي ايڪريلامائيڊ ساخت (100 ملي ميٽر پيٽري سافٽ پيٽري ڊشز، ميٽريجن، ارون، CA، آمريڪا) مان تيار ڪيا ويا، 1 kPa جو هڪ سڃاتل لچڪدار ماڊيولس. AFM هائيڊروجيل-پروب انٽرفيس تي فاسفيٽ بفر ٿيل سالين جا 4-5 ڦڙا (تقريبن 125 µl) (ڪارننگ لائف سائنسز، ٽيوڪسبري، ايم اي، آمريڪا مان پي بي ايس) ۽ او پي ٽي آءِ-مفت پيورموسٽ ڪانٽيڪٽ لينس حل جو 1 ڦڙو (الڪون، واؤڊ، ٽيڪساس، آمريڪا) استعمال ڪريو.
ليهفلڪون اي سي ايل ۽ سي ايڇ آءِ سبسٽريٽس جا نمونا هڪ ​​FEI ڪوانٽا 250 فيلڊ ايميشن اسڪيننگ اليڪٽران مائڪروسڪوپ (FEG SEM) سسٽم استعمال ڪندي نظر آيا جيڪي اسڪيننگ ٽرانسميشن اليڪٽران مائڪروسڪوپ (STEM) ڊيٽيڪٽر سان ليس هئا. نمونن کي تيار ڪرڻ لاءِ، لينس کي پهريان پاڻي سان ڌوئي ۽ پائي جي شڪل وارن ويجز ۾ ڪٽيو ويو. نمونن جي هائيڊروفيلڪ ۽ هائيڊروفوبڪ حصن جي وچ ۾ هڪ فرق جي برعڪس حاصل ڪرڻ لاءِ، RuO4 جو 0.10٪ مستحڪم محلول رنگ جي طور تي استعمال ڪيو ويو، جنهن ۾ نمونن کي 30 منٽن لاءِ ٻوڙيو ويو. ليهفلڪون اي سي ايل آر او او 4 اسٽيننگ نه رڳو بهتر فرق جي برعڪس حاصل ڪرڻ لاءِ اهم آهي، پر شاخن واري پوليمر برش جي بناوت کي انهن جي اصل شڪل ۾ محفوظ رکڻ ۾ پڻ مدد ڪري ٿي، جيڪي پوءِ STEM تصويرن تي نظر اچن ٿا. پوءِ انهن کي ايٿانول/پاڻي جي مرکب جي هڪ سلسلي ۾ ڌوئي ۽ پاڻي جي کوٽائي ڪئي وئي جنهن ۾ ايٿانول ڪنسنٽريشن وڌي وئي. پوءِ نمونن کي EMBed 812/Araldite epoxy سان اڇلايو ويو، جيڪو رات جو 70 ° C تي ٺيڪ ٿي ويو. رال پوليمرائيزيشن ذريعي حاصل ڪيل نمونن جي بلاڪن کي الٽرامائڪروٽوم سان ڪٽيو ويو، ۽ نتيجي ۾ پتلي حصن کي 30 kV جي تيز رفتار وولٽيج تي گهٽ ويڪيوم موڊ ۾ STEM ڊيڪٽر سان تصور ڪيو ويو. ساڳيو SEM سسٽم PFQNM-LC-A-CAL AFM پروب (بروڪر نانو، سانتا باربرا، CA، USA) جي تفصيلي خاصيت لاءِ استعمال ڪيو ويو. AFM پروب جون SEM تصويرون 30 kV جي تيز رفتار وولٽيج سان هڪ عام هاءِ ويڪيوم موڊ ۾ حاصل ڪيون ويون. AFM پروب ٽِپ جي شڪل ۽ سائيز جي سڀني تفصيلن کي رڪارڊ ڪرڻ لاءِ مختلف زاوين ۽ ميگنيفڪيشن تي تصويرون حاصل ڪريو. تصويرن ۾ دلچسپي جي سڀني ٽِپ طول و عرض کي ڊجيٽل طور تي ماپيو ويو.
هڪ ڊائمينشن فاسٽ اسڪين بايو آئڪن ايٽمي فورس مائڪروسڪوپ (بروڪر نانو، سانتا باربرا، ڪيليفورنيا، آمريڪا) "پيڪ فورس QNM فلوئڊ ۾" موڊ سان ليفلڪون A CL، SiHy سبسٽريٽ، ۽ PAAm هائيڊروجيل نمونن کي ڏسڻ ۽ نانو انڊينٽيٽ ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويو. تصويري تجربن لاءِ، 1 nm جي نالي ماتر ٽِپ ريڊيس سان هڪ PEAKFORCE-HIRS-FA پروب (بروڪر) استعمال ڪيو ويو ته جيئن نموني جي اعليٰ ريزوليوشن تصويرون 0.50 Hz جي اسڪين شرح تي حاصل ڪري سگهجن. سڀئي تصويرون آبي محلول ۾ ورتيون ويون.
AFM نانو انڊينٽيشن تجربا PFQNM-LC-A-CAL پروب (Bruker) استعمال ڪندي ڪيا ويا. AFM پروب ۾ 345 nm ٿلهي، 54 µm ڊگهي ۽ 4.5 µm ويڪري نائٽرائڊ ڪينٽيليور تي سلڪون ٽِپ آهي جنهن جي گونج واري فريڪوئنسي 45 kHz آهي. اهو خاص طور تي نرم حياتياتي نمونن تي مقداري نانو ميڪينيڪل ماپن کي نمايان ڪرڻ ۽ انجام ڏيڻ لاءِ ٺاهيو ويو آهي. سينسر انفرادي طور تي فيڪٽري ۾ اڳ-ڪيليبريٽريڊ اسپرنگ سيٽنگز سان ڪيليبريٽ ڪيا ويا آهن. هن مطالعي ۾ استعمال ٿيندڙ پروبز جا اسپرنگ ڪانسٽنٽ 0.05-0.1 N/m جي حد ۾ هئا. ٽپ جي شڪل ۽ سائيز کي صحيح طور تي طئي ڪرڻ لاءِ، پروب کي SEM استعمال ڪندي تفصيل سان بيان ڪيو ويو. شڪل 1a PFQNM-LC-A-CAL پروب جو هڪ اعليٰ ريزوليوشن، گهٽ ميگنيفڪيشن اسڪيننگ اليڪٽران مائڪروگراف ڏيکاري ٿو، پروب ڊيزائن جو هڪ جامع نظارو فراهم ڪري ٿو. شڪل تي. شڪل 1b پروب ٽپ جي چوٽيءَ جو هڪ وڏو نظارو ڏيکاري ٿي، جيڪا ٽپ جي شڪل ۽ سائيز بابت معلومات فراهم ڪري ٿي. انتهائي آخر ۾، سوئي هڪ اڌ گول آهي جنهن جو قطر تقريباً 140 nm آهي (شڪل 1c). ان کان هيٺ، ٽپ هڪ مخروطي شڪل ۾ ٽيپر ٿئي ٿي، جيڪا تقريبن 500 nm جي ماپيل ڊيگهه تائين پهچي ٿي. ٽيپرنگ علائقي کان ٻاهر، ٽپ سلنڈر آهي ۽ 1.18 µm جي ڪل ٽپ جي ڊيگهه ۾ ختم ٿئي ٿي. هي پروب ٽپ جو مکيه ڪم ڪندڙ حصو آهي. ان کان علاوه، هڪ وڏو گول پولسٽريئر (PS) پروب (نووااسڪين ٽيڪنالاجيز، انڪارپوريٽڊ، بون، آئووا، آمريڪا) جنهن جو ٽپ قطر 45 µm ۽ اسپرنگ ڪانسٽنٽ 2 N/m آهي، پڻ ڪولائيڊل پروب جي طور تي جانچ لاءِ استعمال ڪيو ويو. مقابلي لاءِ PFQNM-LC-A-CAL 140 nm پروب سان.
اهو ٻڌايو ويو آهي ته نانو انڊينٽيشن دوران مائع AFM پروب ۽ پوليمر برش جي جوڙجڪ جي وچ ۾ ڦاسي سگهي ٿو، جيڪو AFM پروب تي مٿي طرف قوت لاڳو ڪندو ان کان اڳ جو اهو اصل ۾ مٿاڇري کي ڇهي 69. فلوئڊ برقرار رکڻ جي ڪري هي ويسڪس ايڪسٽروشن اثر رابطي جي ظاهري نقطي کي تبديل ڪري سگهي ٿو، ان ڪري مٿاڇري جي ماڊيولس جي ماپ کي متاثر ڪري ٿو. فلوئڊ برقرار رکڻ تي پروب جي جاميٽري ۽ انڊينٽيشن جي رفتار جي اثر جو مطالعو ڪرڻ لاءِ، انڊينٽيشن فورس ڪروز کي 1 µm/s ۽ 2 µm/s جي مسلسل بي گھرڻ جي شرح تي 140 nm قطر جي پروب استعمال ڪندي ليفلڪون A CL نمونن لاءِ پلاٽ ڪيو ويو. پروب قطر 45 µm، مقرر ٿيل فورس سيٽنگ 6 nN 1 µm/s تي حاصل ڪئي وئي. پروب 140 nm قطر جي انڊينٽيشن رفتار ۽ 300 pN جي هڪ سيٽ فورس سان تجربا ڪيا ويا، مٿئين پلڪ جي جسماني حد (1–8 kPa) اندر رابطي جو دٻاءُ پيدا ڪرڻ لاءِ چونڊيو ويو. دٻاءُ 72. 1 kPa جي دٻاءُ سان PAA هائيڊروجيل جا نرم تيار ٿيل نمونا 140 nm جي قطر واري پروب استعمال ڪندي 1 μm/s جي رفتار سان 50 pN جي انڊينٽيشن فورس لاءِ آزمايا ويا.
جيئن ته PFQNM-LC-A-CAL پروب جي چوٽي جي مخروطي حصي جي ڊيگهه تقريبن 500 nm آهي، ڪنهن به انڊينٽيشن جي کوٽائي < 500 nm لاءِ اهو محفوظ طور تي فرض ڪري سگهجي ٿو ته انڊينٽيشن دوران پروب جي جاميٽري ان جي مخروطي شڪل سان صحيح رهندي. ان کان علاوه، اهو فرض ڪيو ويو آهي ته ٽيسٽ هيٺ مواد جي مٿاڇري هڪ ريورسيبل لچڪدار ردعمل ڏيکاريندي، جنهن جي تصديق پڻ هيٺين حصن ۾ ڪئي ويندي. تنهن ڪري، ٽپ جي شڪل ۽ سائيز تي منحصر ڪري، اسان برسڪو، سيبسٽين ۽ ايڊمز پاران تيار ڪيل مخروطي-دائري جي فٽنگ ماڊل کي چونڊيو، جيڪو وينڊر جي سافٽ ويئر ۾ موجود آهي، اسان جي AFM نانو انڊينٽيشن تجربن (نانو اسڪوپ) کي پروسيس ڪرڻ لاءِ. علحدگي ڊيٽا تجزيو سافٽ ويئر، بروڪر) 73. ماڊل گولائي جي چوٽي جي خرابي سان مخروطي لاءِ قوت-ڊسپليسمينٽ رشتي F(δ) کي بيان ڪري ٿو. شڪل تي. شڪل 2 هڪ سخت مخروطي جي گولائي نوڪ سان رابطي دوران رابطي جي جاميٽري ڏيکاري ٿي، جتي R گولائي نوڪ جو ريڊيس آهي، a رابطي جو ريڊيس آهي، b گولائي نوڪ جي آخر ۾ رابطي جو ريڊيس آهي، δ رابطي جو ريڊيس آهي. انڊينٽيشن جي کوٽائي، θ مخروطي جو اڌ زاويه آهي. هن پروب جي SEM تصوير واضح طور تي ڏيکاري ٿي ته 140 nm قطر جو گولائي نوڪ هڪ مخروطي ۾ ٽينجينٽي طور تي ضم ٿئي ٿو، تنهنڪري هتي b صرف R ذريعي بيان ڪيو ويو آهي، يعني b = R cos θ. وينڊر پاران فراهم ڪيل سافٽ ويئر فورس سيپريشن ڊيٽا مان ينگ جي ماڊيولس (E) قدرن کي ڳڻڻ لاءِ هڪ مخروطي-دور تعلق فراهم ڪري ٿو a > b. تعلق:
جتي F انڊينٽيشن فورس آهي، E ينگ جو ماڊيولس آهي، ν پوئسن جو تناسب آهي. رابطي جي ريڊيس a جو اندازو هن ريت لڳائي سگهجي ٿو:
شاخن واري پوليمر برش جي مٿاڇري واري پرت سان ليفلڪون ڪانٽيڪٽ لينس جي مواد ۾ دٻايو ويو هڪ گول نوڪ سان هڪ سخت مخروط جي رابطي جي جاميٽري جو منصوبو.
جيڪڏهن a ≤ b، ته لاڳاپو هڪ روايتي گولائي انڊينٽر جي مساوات تائين گهٽجي ويندو آهي؛
اسان جو يقين آهي ته PMPC پوليمر برش جي شاخ واري جوڙجڪ سان انڊينٽنگ پروب جي رابطي جي ڪري رابطي جو ريڊيس a گول رابطي جي ريڊيس b کان وڌيڪ هوندو. تنهن ڪري، هن مطالعي ۾ ڪيل لچڪدار ماڊيولس جي سڀني مقداري ماپن لاءِ، اسان ڪيس a > b لاءِ حاصل ڪيل انحصار کي استعمال ڪيو.
هن مطالعي ۾ مطالعي ڪيل الٽرا سافٽ بايوميميٽڪ مواد کي نموني ڪراس سيڪشن جي اسڪيننگ ٽرانسميشن اليڪٽران مائڪروسڪوپي (STEM) ۽ مٿاڇري جي ايٽمي فورس مائڪروسڪوپي (AFM) استعمال ڪندي جامع طور تي تصوير ڪيو ويو. هي تفصيلي مٿاڇري جي خاصيت اسان جي اڳ ۾ شايع ٿيل ڪم جي واڌ جي طور تي ڪئي وئي هئي، جنهن ۾ اسان اهو طئي ڪيو ته PMPC-تبديل ٿيل ليهفلڪون A CL مٿاڇري جي متحرڪ طور تي شاخ ٿيل پوليمرڪ برش جي جوڙجڪ مقامي ڪارنيل ٽشو 14 سان ملندڙ جلندڙ ميڪيڪل خاصيتون ڏيکاري ٿي. انهي سبب لاءِ، اسان ڪانٽيڪٽ لينس جي مٿاڇري کي بايوميميٽڪ مواد 14 طور حوالو ڏيون ٿا. شڪل 3a، b تي، ترتيب وار ليهفلڪون A CL سبسٽريٽ ۽ هڪ غير علاج ٿيل SiHy سبسٽريٽ جي مٿاڇري تي شاخ ٿيل PMPC پوليمر برش جي جوڙجڪ جا ڪراس سيڪشن ڏيکاريا ويا. ٻنهي نمونن جي مٿاڇري کي وڌيڪ ريزوليوشن AFM تصويرن استعمال ڪندي تجزيو ڪيو ويو، جنهن STEM تجزيي جي نتيجن جي وڌيڪ تصديق ڪئي (شڪل 3c، d). گڏ ڪيل، اهي تصويرون 300-400 nm تي PMPC برانچ ٿيل پوليمر برش جي جوڙجڪ جي لڳ ڀڳ ڊيگهه ڏين ٿيون، جيڪا AFM نانو انڊينٽيشن ماپن جي تشريح لاءِ اهم آهي. تصويرن مان نڪتل هڪ ٻيو اهم مشاهدو اهو آهي ته CL بايوميميٽڪ مواد جي مجموعي سطح جي جوڙجڪ SiHy سبسٽريٽ مواد کان مورفولوجيڪل طور تي مختلف آهي. انهن جي مٿاڇري جي مورفولوجي ۾ اهو فرق انڊينٽنگ AFM پروب سان انهن جي ميڪيڪل رابطي دوران ۽ بعد ۾ ماپيل ماڊيولس قدرن ۾ ظاهر ٿي سگهي ٿو.
(a) lehfilcon A CL ۽ (b) SiHy سبسٽريٽ جون ڪراس-سيڪشنل STEM تصويرون. اسڪيل بار، 500 nm. lehfilcon A CL سبسٽريٽ (c) ۽ بيس SiHy سبسٽريٽ (d) (3 µm × 3 µm) جي مٿاڇري جون AFM تصويرون.
بايو انسپائرڊ پوليمر ۽ پوليمر برش جي جوڙجڪ فطري طور تي نرم آهن ۽ انهن جو وڏي پيماني تي مطالعو ڪيو ويو آهي ۽ مختلف بايوميڊيڪل ايپليڪيشنن ۾ استعمال ڪيو ويو آهي 74,75,76,77. تنهن ڪري، AFM نانو انڊينٽيشن طريقو استعمال ڪرڻ ضروري آهي، جيڪو انهن جي ميڪيڪل خاصيتن کي صحيح ۽ قابل اعتماد طريقي سان ماپي سگهي ٿو. پر ساڳئي وقت، انهن الٽرا نرم مواد جون منفرد خاصيتون، جهڙوڪ انتهائي گهٽ لچڪدار ماڊيولس، اعليٰ مائع مواد ۽ اعليٰ لچڪ، اڪثر ڪري صحيح مواد، شڪل ۽ انڊينٽنگ پروب جي شڪل چونڊڻ ڏکيو بڻائين ٿيون. سائيز. اهو ضروري آهي ته جيئن انڊينٽر نموني جي نرم مٿاڇري کي سوراخ نه ڪري، جيڪو مٿاڇري سان رابطي جي نقطي ۽ رابطي جي علائقي کي طئي ڪرڻ ۾ غلطيون پيدا ڪري.
ان لاءِ، الٽرا نرم بايوميميٽڪ مواد (ليهفلڪون اي سي ايل) جي مورفولوجي جي جامع سمجھ ضروري آهي. تصويري طريقي سان حاصل ڪيل شاخن واري پوليمر برش جي سائيز ۽ بناوت بابت معلومات AFM نانو انڊينٽيشن ٽيڪنڪ استعمال ڪندي مٿاڇري جي ميڪانياتي خاصيت لاءِ بنياد فراهم ڪري ٿي. مائڪرون سائيز جي گولائي ڪولائيڊل پروبس جي بدران، اسان PFQNM-LC-A-CAL سلڪون نائٽرائڊ پروب (بروڪر) کي چونڊيو جنهن جو قطر 140 nm آهي، خاص طور تي حياتياتي نمونن جي ميڪانياتي خاصيتن جي مقداري نقشي لاءِ ٺهيل آهي 78، 79، 80، 81، 82، 83، 84 روايتي ڪولائيڊل پروبس جي مقابلي ۾ نسبتاً تيز پروبس استعمال ڪرڻ جي منطق کي مواد جي ساخت جي خاصيتن ذريعي بيان ڪري سگهجي ٿو. تصوير 3a ۾ ڏيکاريل CL lehfilcon A جي مٿاڇري تي شاخن واري پوليمر برش سان پروب ٽِپ سائيز (~140 nm) جو مقابلو ڪندي، اهو نتيجو ڪڍي سگهجي ٿو ته ٽِپ انهن برش جي بناوتن سان سڌو رابطو ۾ اچڻ لاءِ ڪافي وڏي آهي، جيڪا انهن ذريعي ٽِپ جي سوراخ ٿيڻ جو امڪان گهٽائي ٿي. هن نقطي کي واضح ڪرڻ لاءِ، شڪل 4 ۾ ليهفِلڪن A CL ۽ AFM پروب جي انڊينٽنگ ٽِپ جي STEM تصوير آهي (پيماني تي ٺهيل).
اسڪيميٽڪ جيڪو ليفلڪون اي سي ايل ۽ اي سي ايم انڊينٽيشن پروب جي STEM تصوير ڏيکاري ٿو (اسڪيل تي ٺهيل).
ان کان علاوه، 140 nm جي ٽپ سائيز ايتري ننڍي آهي جو CP-AFM نانو انڊينٽيشن طريقي سان پيدا ٿيندڙ پوليمر برشز لاءِ اڳ ۾ رپورٽ ڪيل ڪنهن به چپچپا ايڪسٽروشن اثرات جي خطري کان بچي سگهجي ٿو69,71. اسان فرض ڪريون ٿا ته خاص مخروطي شڪل ۽ هن AFM ٽِپ (شڪل 1) جي نسبتاً ننڍڙي سائيز جي ڪري، ليهفلڪون A CL نانو انڊينٽيشن پاران پيدا ٿيندڙ فورس وکر جي نوعيت انڊينٽيشن جي رفتار يا لوڊنگ/ان لوڊنگ جي رفتار تي منحصر نه هوندي. تنهن ڪري، اهو پوروئلاسٽڪ اثرات کان متاثر نه ٿيندو آهي. هن مفروضي کي جانچڻ لاءِ، ليهفلڪون A CL نمونن کي PFQNM-LC-A-CAL پروب استعمال ڪندي هڪ مقرر وڌ ۾ وڌ قوت تي انڊينٽيڊ ڪيو ويو، پر ٻن مختلف رفتارن تي، ۽ نتيجي ۾ ٽينسل ۽ ريٽريڪٽ فورس وکر استعمال ڪيا ويا ته جيئن قوت (nN) کي الڳ ڪرڻ ۾ پلاٽ ڪري سگهجي (µm) شڪل 5a ۾ ڏيکاريو ويو آهي. اهو واضح آهي ته لوڊنگ ۽ ان لوڊنگ دوران فورس ڪروز مڪمل طور تي اوورليپ ٿين ٿا، ۽ ڪو به واضح ثبوت ناهي ته صفر انڊينٽيشن ڊيپٿ تي فورس شيئر شڪل ۾ انڊينٽيشن اسپيڊ سان وڌي ٿو، اهو مشورو ڏئي ٿو ته انفرادي برش عنصرن کي پوروئلاسٽڪ اثر کان سواءِ خاصيت ڏني وئي هئي. ان جي ابتڙ، فلوئڊ برقرار رکڻ جا اثر (واسڪوس ايڪسٽروشن ۽ پوروئلاسٽڪٽي اثرات) 45 µm قطر AFM پروب لاءِ ساڳئي انڊينٽيشن اسپيڊ تي واضح آهن ۽ اسٽريچ ۽ ريٽريڪٽ ڪروز جي وچ ۾ هسٽريسس ذريعي نمايان ڪيا ويا آهن، جيئن شڪل 5b ۾ ڏيکاريل آهي. اهي نتيجا مفروضي جي حمايت ڪن ٿا ۽ اهو مشورو ڏين ٿا ته 140 nm قطر جا پروب اهڙين نرم سطحن جي خاصيت لاءِ هڪ سٺو انتخاب آهن.
lehfilcon A CL انڊينٽيشن فورس ڪروز ACM استعمال ڪندي؛ (a) ٻن لوڊنگ ريٽس تي 140 nm جي قطر سان هڪ پروب استعمال ڪندي، مٿاڇري جي انڊينٽيشن دوران پوروئلاسٽڪ اثر جي غير موجودگي کي ظاهر ڪندي؛ (b) 45 µm ۽ 140 nm جي قطر سان پروب استعمال ڪندي ننڍن پروب جي مقابلي ۾ وڏن پروب لاءِ ويسڪوس ايڪسٽروشن ۽ پوروئلاسٽڪٽي جا اثر ڏيکاري ٿو.
الٽرا سافٽ مٿاڇري کي نمايان ڪرڻ لاءِ، AFM نانو انڊينٽيشن طريقن ۾ مطالعي هيٺ مواد جي خاصيتن جو مطالعو ڪرڻ لاءِ بهترين پروب هجڻ گهرجي. ٽپ جي شڪل ۽ سائيز کان علاوه، AFM ڊيڪٽر سسٽم جي حساسيت، ٽيسٽ ماحول ۾ ٽپ جي انفلڪشن جي حساسيت، ۽ ڪينٽيليور سختي نانو انڊينٽيشن جي درستگي ۽ اعتبار کي طئي ڪرڻ ۾ اهم ڪردار ادا ڪن ٿا. ماپون. اسان جي AFM سسٽم لاءِ، پوزيشن سينسٽيٽو ڊيڪٽر (PSD) جي سڃاڻپ جي حد تقريبن 0.5 mV آهي ۽ اڳ-ڪيليبريٽ ٿيل اسپرنگ ريٽ ۽ PFQNM-LC-A-CAL پروب جي حساب ڪيل فلوئڊ انفلڪشن حساسيت تي ٻڌل آهي، جيڪا نظرياتي لوڊ حساسيت سان مطابقت رکي ٿي. 0.1 pN کان گهٽ آهي. تنهن ڪري، هي طريقو ڪنهن به پردي جي شور جي جزو کان سواءِ گهٽ ۾ گهٽ انڊينٽيشن فورس ≤ 0.1 pN جي ماپ جي اجازت ڏئي ٿو. بهرحال، AFM سسٽم لاءِ پردي جي شور کي هن سطح تائين گهٽائڻ تقريبن ناممڪن آهي ڇاڪاڻ ته ميڪيڪل وائبريشن ۽ فلوئڊ ڊائنامڪس جهڙن عنصرن جي ڪري. اهي عنصر AFM نانو انڊينٽيشن جي طريقي جي مجموعي حساسيت کي محدود ڪن ٿا ۽ ان جي نتيجي ۾ تقريبن ≤ 10 pN جو پس منظر شور سگنل پڻ پيدا ٿئي ٿو. مٿاڇري جي خاصيت لاءِ، lehfilcon A CL ۽ SiHy سبسٽريٽ جا نمونا SEM خاصيت لاءِ 140 nm پروب استعمال ڪندي مڪمل طور تي هائيڊريٽ ٿيل حالتن ۾ انڊينٽ ڪيا ويا، ۽ نتيجي ۾ فورس وکر فورس (pN) ۽ دٻاءُ جي وچ ۾ سپر امپوز ڪيا ويا. علحدگي جو پلاٽ (µm) شڪل 6a ۾ ڏيکاريو ويو آهي. SiHy بيس سبسٽريٽ جي مقابلي ۾، lehfilcon A CL فورس وکر واضح طور تي هڪ عبوري مرحلو ڏيکاري ٿو جيڪو فورڪڊ پوليمر برش سان رابطي جي نقطي تي شروع ٿئي ٿو ۽ بنيادي مواد سان ٽپ جي سلپ مارڪنگ رابطي ۾ تيز تبديلي سان ختم ٿئي ٿو. فورس وکر جو هي عبوري حصو مٿاڇري تي شاخ ٿيل پوليمر برش جي واقعي لچڪدار رويي کي نمايان ڪري ٿو، جيئن ته ڪمپريشن وکر ٽينشن وکر ۽ برش جي جوڙجڪ ۽ وڏي SiHy مواد جي وچ ۾ ميڪيڪل ملڪيتن ۾ تضاد جي ويجهو عمل ڪندي ثبوت آهي. ليفلڪون جو مقابلو ڪرڻ وقت. پي سي ايس جي اسٽيم تصوير ۾ شاخ واري پوليمر برش جي سراسري ڊيگهه جي الڳ ٿيڻ (شڪل 3a) ۽ شڪل 3a ۾ ابسيسا سان گڏ ان جي قوت وکر. 6a ڏيکاري ٿو ته طريقو مٿاڇري جي بلڪل چوٽي تائين پهچڻ واري ٽپ ۽ شاخ واري پوليمر کي ڳولڻ جي قابل آهي. برش جي جوڙجڪ جي وچ ۾ رابطو. ان کان علاوه، قوت وکر جو ويجهو اوورليپ ڪو به مائع برقرار رکڻ وارو اثر ظاهر نٿو ڪري. هن صورت ۾، سوئي ۽ نموني جي مٿاڇري جي وچ ۾ بلڪل ڪو به چپڪندڙ نه آهي. ٻن نمونن لاءِ قوت وکر جا مٿيان حصا اوورليپ ٿين ٿا، جيڪي سبسٽريٽ مواد جي ميڪيڪل ملڪيت جي هڪجهڙائي کي ظاهر ڪن ٿا.
(a) lehfilcon A CL سبسٽريٽس ۽ SiHy سبسٽريٽس لاءِ AFM نانو انڊينٽيشن فورس ڪروز، (b) پس منظر شور جي حد جي طريقي کي استعمال ڪندي رابطي جي نقطي جو اندازو ڏيکاريندڙ فورس ڪروز.
فورس ڪرو جي وڌيڪ تفصيلن جو مطالعو ڪرڻ لاءِ، ليفلڪون اي سي ايل نموني جي ٽينشن ڪرو کي شڪل 6b ۾ y-محور سان 50 pN جي وڌ ۾ وڌ قوت سان ٻيهر پلاٽ ڪيو ويو آهي. هي گراف اصل پس منظر جي شور بابت اهم معلومات فراهم ڪري ٿو. شور ±10 pN جي حد ۾ آهي، جيڪو رابطي جي نقطي کي صحيح طور تي طئي ڪرڻ ۽ انڊينٽيشن جي کوٽائي کي ڳڻڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي. جيئن ادب ۾ ٻڌايو ويو آهي، رابطي جي پوائنٽن جي سڃاڻپ ماڊيولس 85 جهڙين مادي خاصيتن جو صحيح جائزو وٺڻ لاءِ اهم آهي. فورس ڪرو ڊيٽا جي خودڪار پروسيسنگ کي شامل ڪرڻ واري هڪ طريقي سان نرم مواد 86 لاءِ ڊيٽا فٽنگ ۽ مقداري ماپن جي وچ ۾ بهتر فٽ ڏيکاريو ويو آهي. هن ڪم ۾، رابطي جي پوائنٽن جي اسان جي چونڊ نسبتا سادو ۽ مقصدي آهي، پر ان جون حدون آهن. رابطي جي پوائنٽ کي طئي ڪرڻ لاءِ اسان جو قدامت پسند طريقو ننڍي انڊينٽيشن جي کوٽائي (< 100 nm) لاءِ ٿورو وڌيڪ اندازو ڪيل ماڊيولس قدرن جو نتيجو ٿي سگهي ٿو. الگورتھم تي ٻڌل ٽچ پوائنٽ جي ڳولا ۽ خودڪار ڊيٽا پروسيسنگ جو استعمال مستقبل ۾ هن ڪم جو تسلسل ٿي سگهي ٿو اسان جي طريقي کي وڌيڪ بهتر بڻائڻ لاءِ. اهڙيءَ طرح، ±10 pN جي ترتيب تي اندروني پس منظر جي شور لاءِ، اسان شڪل 6b ۾ x-محور تي پهرين ڊيٽا پوائنٽ جي طور تي رابطي جي نقطي کي ≥10 pN جي قدر سان بيان ڪريون ٿا. پوءِ، 10 pN جي شور جي حد جي مطابق، ~0.27 µm جي سطح تي هڪ عمودي لڪير مٿاڇري سان رابطي جي نقطي کي نشان لڳائي ٿي، جنهن کان پوءِ اسٽريچنگ وکر جاري رهي ٿو جيستائين سبسٽريٽ ~270 nm جي انڊينٽيشن ڊيپٿ کي پورو نه ڪري. دلچسپ ڳالهه اها آهي ته، اميجنگ طريقي سان ماپيل برانچ ٿيل پوليمر برش فيچرز (300-400 nm) جي سائيز جي بنياد تي، CL lehfilcon جي انڊينٽيشن ڊيپٿ هڪ نمونو جيڪو پس منظر شور جي حد جي طريقي سان مشاهدو ڪيو ويو آهي اهو تقريباً 270 nm آهي، جيڪو STEM سان ماپ جي سائيز جي تمام ويجهو آهي. اهي نتيجا هن تمام نرم ۽ انتهائي لچڪدار برانچ ٿيل پوليمر برش جي جوڙجڪ جي انڊينٽيشن لاءِ AFM پروب ٽِپ جي شڪل ۽ سائيز جي مطابقت ۽ لاڳو ٿيڻ جي وڌيڪ تصديق ڪن ٿا. هي ڊيٽا رابطي جي پوائنٽن کي نشان لڳائڻ لاءِ پس منظر شور کي حد جي طور تي استعمال ڪرڻ جي اسان جي طريقي جي حمايت ڪرڻ لاءِ مضبوط ثبوت پڻ فراهم ڪري ٿو. تنهن ڪري، رياضياتي ماڊلنگ ۽ فورس ڪرو فٽنگ مان حاصل ڪيل ڪو به مقداري نتيجو نسبتاً صحيح هجڻ گهرجي.
AFM نانو انڊينٽيشن طريقن پاران مقداري ماپون مڪمل طور تي ڊيٽا جي چونڊ ۽ بعد ۾ تجزيي لاءِ استعمال ٿيندڙ رياضياتي ماڊلز تي منحصر آهن. تنهن ڪري، ڪنهن خاص ماڊل کي چونڊڻ کان اڳ انڊينٽر جي چونڊ، مادي خاصيتن ۽ انهن جي رابطي جي ميڪانيڪس سان لاڳاپيل سڀني عنصرن تي غور ڪرڻ ضروري آهي. هن صورت ۾، ٽپ جاميٽري کي SEM مائڪروگرافس (شڪل 1) استعمال ڪندي احتياط سان بيان ڪيو ويو، ۽ نتيجن جي بنياد تي، سخت ڪون ۽ گول ٽِپ جاميٽري سان 140 nm قطر AFM نانو انڊينٽنگ پروب ليهفلڪون A CL79 نمونن جي خاصيت لاءِ هڪ سٺو انتخاب آهي. هڪ ٻيو اهم عنصر جنهن کي احتياط سان جائزو وٺڻ جي ضرورت آهي اهو آهي پوليمر مواد جي لچڪ جيڪا جانچ ڪئي پئي وڃي. جيتوڻيڪ نانو انڊينٽيشن جو شروعاتي ڊيٽا (شڪل 5a ۽ 6a) واضح طور تي ٽينشن ۽ ڪمپريشن وکر جي اوورليپنگ جي خاصيتن کي بيان ڪري ٿو، يعني مواد جي مڪمل لچڪدار بحالي، رابطن جي خالص لچڪدار نوعيت جي تصديق ڪرڻ انتهائي ضروري آهي. انهي مقصد لاءِ، مڪمل هائيڊريشن حالتن ۾ 1 µm/s جي انڊينٽيشن جي شرح تي ليفلڪون A CL نموني جي مٿاڇري تي ساڳئي جڳهه تي ٻه لڳاتار انڊينٽيشن ڪيا ويا. نتيجي ۾ فورس ڪرو ڊيٽا شڪل 7 ۾ ڏيکاريل آهي ۽، جيئن توقع ڪئي وئي، ٻن پرنٽس جي توسيع ۽ ڪمپريشن وکر تقريبن هڪجهڙا آهن، جيڪي شاخن واري پوليمر برش جي جوڙجڪ جي اعلي لچڪ کي اجاگر ڪن ٿا.
ليهفلڪون اي سي ايل جي مٿاڇري تي ساڳئي جڳهه تي ٻه انڊينٽيشن فورس وکر لينس جي مٿاڇري جي مثالي لچڪ کي ظاهر ڪن ٿا.
پروب ٽِپ ۽ ليهفلڪون اي سي ايل مٿاڇري جي SEM ۽ STEM تصويرن مان حاصل ڪيل معلومات جي بنياد تي، ترتيب وار، ڪون-اسپير ماڊل AFM پروب ٽِپ ۽ جانچيل نرم پوليمر مواد جي وچ ۾ رابطي جي هڪ معقول رياضياتي نمائندگي آهي. ان کان علاوه، هن ڪون-اسپير ماڊل لاءِ، امپرنٽ ٿيل مواد جي لچڪدار خاصيتن بابت بنيادي مفروضا هن نئين بايوميميٽڪ مواد لاءِ صحيح آهن ۽ لچڪدار ماڊيولس کي مقدار ڏيڻ لاءِ استعمال ڪيا ويندا آهن.
AFM نانو انڊينٽيشن طريقو ۽ ان جي اجزاء جي جامع تشخيص کان پوءِ، جنهن ۾ انڊينٽيشن پروب خاصيتون (شڪل، سائيز، ۽ اسپرنگ سختي)، حساسيت (پس منظر جو شور ۽ رابطي جي نقطي جو اندازو)، ۽ ڊيٽا فٽنگ ماڊل (مقداري ماڊيولس ماپون) شامل آهن، طريقو استعمال ڪيو ويو. مقداري نتيجن جي تصديق ڪرڻ لاءِ تجارتي طور تي دستياب الٽرا نرم نمونن کي بيان ڪريو. 1 kPa جي لچڪدار ماڊيولس سان هڪ ڪمرشل پولي ايڪريلامائيڊ (PAAM) هائيڊروجيل کي 140 nm پروب استعمال ڪندي هائيڊريٽ ٿيل حالتن هيٺ آزمايو ويو. ماڊيول ٽيسٽنگ ۽ حسابن جا تفصيل ضمني معلومات ۾ مهيا ڪيا ويا آهن. نتيجن مان ظاهر ٿيو ته ماپيل سراسري ماڊيولس 0.92 kPa هو، ۽ %RSD ۽ فيصد (%) ڄاڻايل ماڊيولس کان انحراف 10% کان گهٽ هو. اهي نتيجا الٽرا نرم مواد جي ماڊيولي کي ماپڻ لاءِ هن ڪم ۾ استعمال ٿيندڙ AFM نانو انڊينٽيشن طريقو جي درستگي ۽ ٻيهر پيداوار جي تصديق ڪن ٿا. ليفلڪون اي سي ايل نمونن ۽ سي ايڇ آءِ بيس سبسٽريٽ جي مٿاڇري کي وڌيڪ خاصيت ڏني وئي ته جيئن الٽراسافٽ مٿاڇري جي ظاهري رابطي جي ماڊيولس جو مطالعو ڪري سگهجي ته جيئن انڊينٽيشن ڊيپٿ جي ڪم جي طور تي. انڊينٽيشن فورس سيپريشن وکر هر قسم جي ٽن نمونن لاءِ (n = 3؛ في نموني هڪ انڊينٽيشن) 300 pN جي قوت، 1 µm/s جي رفتار، ۽ مڪمل هائيڊريشن تي پيدا ڪيا ويا. انڊينٽيشن فورس شيئرنگ وکر کي ڪون-اسپير ماڊل استعمال ڪندي تقريبن طئي ڪيو ويو. انڊينٽيشن ڊيپٿ تي منحصر ماڊيولس حاصل ڪرڻ لاءِ، رابطي جي نقطي کان شروع ٿيندڙ 20 nm جي هر واڌ تي فورس وکر جو 40 nm ويڪرو حصو مقرر ڪيو ويو، ۽ فورس وکر جي هر قدم تي ماڊيولس جي قدرن کي ماپيو ويو. اسپن سائي وغيره. ڪولائيڊل AFM پروب نانو انڊينٽيشن استعمال ڪندي پولي (لاريل ميٿيڪريليٽ) (P12MA) پوليمر برش جي ماڊيولس گريڊينٽ کي خاصيت ڏيڻ لاءِ هڪجهڙو طريقو استعمال ڪيو ويو آهي، ۽ اهي هرٽز رابطي ماڊل استعمال ڪندي ڊيٽا سان مطابقت رکن ٿا. هي طريقو ظاهري رابطي جي ماڊيولس (kPa) بمقابله انڊينٽيشن ڊيپٿ (nm) جو هڪ پلاٽ فراهم ڪري ٿو، جيئن شڪل 8 ۾ ڏيکاريل آهي، جيڪو ظاهري رابطي جي ماڊيولس/ڊيپٿ گريڊينٽ کي واضح ڪري ٿو. CL lehfilcon A نموني جو حساب ڪيل لچڪدار ماڊيولس نموني جي مٿئين 100 nm اندر 2-3 kPa جي حد ۾ آهي، جنهن کان اڳتي اهو کوٽائي سان وڌڻ شروع ٿئي ٿو. ٻئي طرف، جڏهن سطح تي برش جهڙي فلم کان سواءِ SiHy بيس سبسٽريٽ جي جانچ ڪئي وڃي ٿي، ته 300 pN جي قوت تي حاصل ڪيل وڌ ۾ وڌ انڊينٽيشن ڊيپٿ 50 nm کان گهٽ آهي، ۽ ڊيٽا مان حاصل ڪيل ماڊيولس ويليو تقريباً 400 kPa آهي، جيڪو بلڪ مواد لاءِ ينگ جي ماڊيولس جي قدرن جي مقابلي ۾ آهي.
ليفلڪون اي سي ايل ۽ سي آءِ ايڇ آءِ سبسٽريٽس لاءِ ظاهري رابطي جي ماڊيولس (kPa) بمقابله انڊينٽيشن ڊيپٿ (nm)، ماڊيولس کي ماپڻ لاءِ ڪون-اسپير جاميٽري سان AFM نانو انڊينٽيشن طريقو استعمال ڪندي.
ناول بايوميميٽڪ برانچڊ پوليمر برش جي جوڙجڪ جي مٿئين سطح تي لچڪ جو هڪ انتهائي گهٽ ماڊيولس (2-3 kPa) ڏيکاري ٿو. اهو فورڪڊ پوليمر برش جي آزاد لٽڪندڙ آخر سان ملندو جيئن STEM تصوير ۾ ڏيکاريل آهي. جڏهن ته CL جي ٻاهرئين ڪنڊ تي ماڊيولس گريڊينٽ جا ڪجهه ثبوت آهن، مکيه هاءِ ماڊيولس سبسٽريٽ وڌيڪ اثرائتو آهي. بهرحال، مٿاڇري جو مٿيون 100 nm برانچڊ پوليمر برش جي ڪل ڊيگهه جي 20٪ اندر آهي، تنهن ڪري اهو فرض ڪرڻ مناسب آهي ته هن انڊينٽيشن ڊيپٿ رينج ۾ ماڊيولس جا ماپيل قدر نسبتاً صحيح آهن ۽ هيٺئين شئي جي اثر تي مضبوطي سان منحصر نه آهن.
ليهفلڪون اي ڪانٽيڪٽ لينس جي منفرد بايوميميٽڪ ڊيزائن جي ڪري، جيڪو شاخن واري پي ايم پي سي پوليمر برش جي جوڙجڪ تي مشتمل آهي جيڪي سي هائي سبسٽريٽس جي مٿاڇري تي گرافٽ ٿيل آهن، روايتي ماپ جي طريقن کي استعمال ڪندي انهن جي مٿاڇري جي جوڙجڪ جي ميڪيڪل خاصيتن کي قابل اعتماد طور تي بيان ڪرڻ تمام ڏکيو آهي. هتي اسان هڪ ترقي يافته AFM نانو انڊينٽيشن طريقو پيش ڪريون ٿا جيڪو الٽرا نرم مواد جهڙوڪ ليفلڪون اي کي صحيح طور تي بيان ڪرڻ لاءِ اعليٰ پاڻي جي مواد ۽ انتهائي اعليٰ لچڪ سان. هي طريقو هڪ AFM پروب جي استعمال تي ٻڌل آهي جنهن جي ٽپ سائيز ۽ جاميٽري کي احتياط سان چونڊيو ويو آهي ته جيئن الٽرا نرم مٿاڇري جي خاصيتن جي ساخت جي طول و عرض سان ملائي سگهجي جيڪي امپرنٽ ڪيا وڃن. پروب ۽ ساخت جي وچ ۾ طول و عرض جو هي ميلاپ وڌندڙ حساسيت فراهم ڪري ٿو، اسان کي شاخن واري پوليمر برش عناصر جي گهٽ ماڊيولس ۽ موروثي لچڪدار خاصيتن کي ماپڻ جي اجازت ڏئي ٿو، قطع نظر پوروئلاسٽڪ اثرات جي. نتيجن مان ظاهر ٿيو ته لينس جي مٿاڇري جي منفرد شاخن واري پي ايم پي سي پوليمر برش جي خاصيت ۾ هڪ انتهائي گهٽ لچڪدار ماڊيولس (2 kPa تائين) ۽ تمام گهڻي لچڪ (تقريبن 100٪) هئي جڏهن آبي ماحول ۾ جانچ ڪئي وئي. AFM نانو انڊينٽيشن جي نتيجن اسان کي بايوميميٽڪ لينس جي مٿاڇري جي ظاهري رابطي جي ماڊيولس/ڊيپٿ گريڊينٽ (30 kPa/200 nm) کي نمايان ڪرڻ جي اجازت ڏني. هي گريڊينٽ برانچ ٿيل پوليمر برش ۽ SiHy سبسٽريٽ جي وچ ۾ ماڊيولس فرق، يا پوليمر برش جي برانچ ٿيل ساخت/ڊيگنيسٽي، يا ان جي ميلاپ جي ڪري ٿي سگهي ٿو. بهرحال، ساخت ۽ خاصيتن جي وچ ۾ تعلق کي مڪمل طور تي سمجهڻ لاءِ وڌيڪ گهري مطالعي جي ضرورت آهي، خاص طور تي برش برانچنگ جو ميڪيڪل خاصيتن تي اثر. ساڳي ماپون ٻين الٽرا نرم مواد ۽ طبي ڊوائيسز جي مٿاڇري جي ميڪيڪل خاصيتن کي نمايان ڪرڻ ۾ مدد ڪري سگهن ٿيون.
موجوده مطالعي دوران ٺاهيل ۽/يا تجزيو ڪيل ڊيٽا سيٽ لاڳاپيل ليکڪن کان مناسب درخواست تي دستياب آهن.
رحمتي، ايم.، سلوا، اي اي، ريزلينڊ، جي اي، هيورڊ، ڪي. ۽ هاگن، ايڇ جي بايوميٽريلز جي مٿاڇري جي جسماني ۽ ڪيميائي ملڪيتن تي حياتياتي رد عمل. ڪيميڪل. سوسائٽي. ايڊ. 49، 5178–5224 (2020).
چن، ايف ايم ۽ ليو، ايڪس. ٽشو انجنيئرنگ لاءِ انساني نڪتل بايوميٽريلز جي بهتري. پروگرامنگ. پوليمر. سائنس. 53، 86 (2016).
سيڊلر، ڪي. وغيره. ڊيزائن، ڪلينڪل عملدرآمد، ۽ بحالي واري دوائن ۾ بايوميٽريلز جو مدافعتي ردعمل. نيشنل ميٽ ريو. 1، 16040 (2016).
اوليور ڊبليو ڪي ۽ فار جي ايم لوڊ ۽ ڊسپليسمينٽ ماپن سان انڊينٽيشن تجربن کي استعمال ڪندي سختي ۽ لچڪدار ماڊيولس کي طئي ڪرڻ لاءِ هڪ بهتر طريقو. جي. الما ميٽر. اسٽوريج ٽينڪ. 7، 1564-1583 (2011).
والي، ايس ايم انڊينٽيشن سختي جي جاچ جا تاريخي اصل. الما ميٽر. سائنس. ٽيڪنالاجيون. 28، 1028-1044 (2012).
برائيٽمن، اي. ميڪرو-، مائڪرو-، ۽ نانو اسڪيل تي انڊينٽيشن سختي جي ماپ: هڪ تنقيدي جائزو. قبيلو. رائٽ. 65، 1-18 (2017).
ڪافمن، جي ڊي ۽ ڪليپريچ، ايس ايم مٿاڇري جي ڳولا جون غلطيون نرم مواد جي نانو انڊينٽيشن ۾ ماڊيولس اوور ايسٽيميشن جو سبب بڻجن ٿيون. جي. ميچا. رويي. بايوميڊيڪل سائنس. الما ميٽر. 2، 312-317 (2009).
ڪريم زاد اي.، ڪولور ايس ايس آر، آيت اللهخي ايم آر، بشروا اي آر ۽ يحييٰ ايم يو. تجرباتي ۽ ڪمپيوٽيشنل طريقن کي استعمال ڪندي هيٽروجنيئس نانو ڪمپوزائٽس جي ميڪانياتي خاصيتن کي طئي ڪرڻ لاءِ نانو انڊينٽيشن طريقي جو جائزو. سائنس. هائوس 9، 15763 (2019).
ليو، ڪي.، وان لينڊنگهم، ايم آر، ۽ اوارٽ، ٽي ايس نرم ويسڪوئلاسٽڪ جيل جي ميڪيڪل خاصيت انڊينٽيشن ۽ آپٽمائيزيشن تي ٻڌل انورس فائنائيٽ عنصر تجزيو ذريعي. جي. ميچا. رويي. بايوميڊيڪل سائنس. الما ميٽر. 2، 355-363 (2009).
اينڊريوز جي ڊبليو، بوون جي ۽ چينلر ڊي. مطابقت رکندڙ ماپنگ سسٽم استعمال ڪندي ويسڪوئلاسٽڪٽي جي تعين جي اصلاح. نرم مادو 9، 5581-5593 (2013).
برسڪو، بي جي، فيوري، ايل. ۽ پيليلو، اي. پوليمرڪ مٿاڇري جي نانو انڊينٽيشن. جي. فزڪس. ڊي. فزڪس لاءِ اپلائي. 31، 2395 (1998).
ميائيلووچ اي ايس، سن بي، فارچوناٽو ڊي ۽ وان ويلٽ ڪي جي، شاڪ انڊينٽيشن استعمال ڪندي انتهائي لچڪدار پوليمر ۽ حياتياتي ٽشوز جي ويسڪوئلاسٽڪ ميڪيڪل ملڪيتن جي خاصيت. جرنل آف بايوميٽريلز. 71، 388-397 (2018).
پيريپلڪن اين وي، ڪوواليف اي اي، گورب ايس اين، بوروڊيچ ايف ايم وڌايل بوروڊيچ-گالانوف (بي جي) طريقو ۽ ڊيپ انڊينٽيشن استعمال ڪندي نرم مواد جي لچڪدار ماڊيولس ۽ چپکڻ واري ڪم جو جائزو. فر. الما ميٽر. 129، 198-213 (2019).
شي، ايڪس. وغيره. سلڪون هائيڊروجيل ڪانٽيڪٽ لينس جي بايوميميٽڪ پوليمرڪ سطحن جي نانوسڪيل مورفولوجي ۽ ميڪيڪل خاصيتون. لانگموئر 37، 13961–13967 (2021).