Asante kwa kutembelea Nature.com. Unatumia toleo la kivinjari lenye usaidizi mdogo wa CSS. Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Utangamano katika Internet Explorer). Zaidi ya hayo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tunaonyesha tovuti bila mitindo na JavaScript.
Huonyesha mzunguko wa slaidi tatu kwa wakati mmoja. Tumia vitufe vya Iliyotangulia na Inayofuata ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja, au tumia vitufe vya kutelezesha mwishoni ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja.
Kwa maendeleo ya vifaa vipya laini sana kwa vifaa vya matibabu na matumizi ya kibiolojia, uainishaji kamili wa sifa zao za kimwili na kiufundi ni muhimu na changamoto. Mbinu ya nanoindentation ya nguvu ya atomiki iliyorekebishwa (AFM) ilitumika kuainisha moduli ya uso wa chini sana wa lehfilcon mpya. Lenzi ya mawasiliano ya silicone hidrojeli ya biomimetic iliyofunikwa na safu ya miundo ya brashi ya polima yenye matawi. Njia hii inaruhusu uamuzi sahihi wa sehemu za mawasiliano bila athari za extrusion ya mnato wakati wa kukaribia polima zenye matawi. Kwa kuongezea, inafanya uwezekano wa kubaini sifa za kiufundi za vipengele vya brashi vya kibinafsi bila athari ya poroelasticity. Hii inafanikiwa kwa kuchagua probe ya AFM yenye muundo (ukubwa wa ncha, jiometri na kiwango cha chemchemi) ambayo inafaa sana kwa kupima sifa za vifaa laini na sampuli za kibiolojia. Njia hii inaboresha unyeti na usahihi kwa kipimo sahihi cha nyenzo laini sana lehfilcon A, ambayo ina moduli ya chini sana ya unyumbufu kwenye eneo la uso (hadi 2 kPa) na unyumbufu wa juu sana katika mazingira ya ndani ya maji (karibu 100%). Matokeo ya utafiti wa uso hayakuonyesha tu sifa za uso laini sana za lenzi ya lehfilcon A, lakini pia yalionyesha kuwa moduli ya brashi za polima zenye matawi ilikuwa sawa na ile ya substrate ya silicon-hidrojeni. Mbinu hii ya uainishaji wa uso inaweza kutumika kwa vifaa vingine laini sana na vifaa vya matibabu.
Sifa za kiufundi za nyenzo zilizoundwa kwa ajili ya kugusana moja kwa moja na tishu hai mara nyingi huamuliwa na mazingira ya kibiolojia. Ulinganifu kamili wa sifa hizi za nyenzo husaidia kufikia sifa za kimatibabu zinazohitajika za nyenzo bila kusababisha athari mbaya za seli1,2,3. Kwa nyenzo zenye wingi sawa, uainishaji wa sifa za kiufundi ni rahisi kutokana na upatikanaji wa taratibu za kawaida na mbinu za majaribio (km, uwekaji mdogo wa nyuzi 4,5,6). Hata hivyo, kwa nyenzo laini sana kama vile jeli, hidrojeli, biopolima, seli hai, n.k., mbinu hizi za majaribio kwa ujumla hazitumiki kutokana na mapungufu ya azimio la vipimo na kutofautiana kwa baadhi ya vifaa7. Kwa miaka mingi, mbinu za jadi za uwekaji mdogo zimebadilishwa na kubadilishwa ili kuainisha aina mbalimbali za nyenzo laini, lakini mbinu nyingi bado zinakabiliwa na mapungufu makubwa ambayo hupunguza matumizi yake8,9,10,11,12,13. Ukosefu wa mbinu maalum za majaribio ambazo zinaweza kuainisha kwa usahihi na kwa uaminifu sifa za kiufundi za nyenzo laini na tabaka za uso hupunguza sana matumizi yake katika matumizi mbalimbali.
Katika kazi yetu ya awali, tulianzisha lenzi ya mguso ya lehfilcon A (CL), nyenzo laini isiyo ya kawaida yenye sifa zote laini za uso zinazotokana na miundo inayoweza kuwa ya kibiomimetiki iliyoongozwa na uso wa konea ya jicho. Biomaterial hii ilitengenezwa kwa kupandikiza safu ya polima yenye matawi, iliyounganishwa mtambuka ya poly(2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine (MPC)) (PMPC) kwenye hidrojeli ya silikoni (SiHy) 15 iliyoundwa kwa ajili ya vifaa vya matibabu kulingana na. Mchakato huu wa kupandikiza huunda safu kwenye uso inayojumuisha muundo wa brashi ya polima yenye matawi laini sana na yenye elastic sana. Kazi yetu ya awali imethibitisha kwamba muundo wa kibiomimetiki wa lehfilcon A CL hutoa sifa bora za uso kama vile kuzuia unyevu na uchafu ulioboreshwa, kuongezeka kwa kulainisha, na kupungua kwa mshikamano wa seli na bakteria15,16. Kwa kuongezea, matumizi na ukuzaji wa nyenzo hii ya kibiomimetiki pia unapendekeza upanuzi zaidi kwa vifaa vingine vya kibiomimetiki. Kwa hivyo, ni muhimu kuainisha sifa za uso wa nyenzo hii laini sana na kuelewa mwingiliano wake wa kiufundi na jicho ili kuunda msingi kamili wa maarifa ili kusaidia maendeleo na matumizi ya siku zijazo. Lenzi nyingi za mawasiliano za SiHy zinazopatikana kibiashara zinaundwa na mchanganyiko sawa wa polima zenye hidrofili na hidrofili ambazo huunda muundo sare wa nyenzo17. Tafiti kadhaa zimefanywa ili kuchunguza sifa zao za kiufundi kwa kutumia mbinu za jadi za mtihani wa mgandamizo, mvutano na mikroindensheni18,19,20,21. Hata hivyo, muundo mpya wa kibiomimetiki wa lehfilcon A CL unaifanya kuwa nyenzo ya kipekee isiyo ya kawaida ambapo sifa za kiufundi za miundo ya brashi ya polima yenye matawi hutofautiana sana na zile za substrate ya msingi wa SiHy. Kwa hivyo, ni vigumu sana kupima sifa hizi kwa usahihi kwa kutumia mbinu za kawaida na za mikroindensheni. Njia yenye matumaini hutumia mbinu ya upimaji wa nanoindensheni inayotekelezwa katika hadubini ya nguvu ya atomiki (AFM), njia ambayo imetumika kubaini sifa za kiufundi za nyenzo laini za viscoelastic kama vile seli na tishu za kibiolojia, pamoja na polima laini22,23,24,25. ,26,27,28,29,30. Katika uundaji wa nano wa AFM, misingi ya upimaji wa nano hujumuishwa na maendeleo ya hivi karibuni katika teknolojia ya AFM ili kutoa unyeti ulioongezeka wa kipimo na upimaji wa aina mbalimbali za vifaa laini zaidi31,32,33,34,35,36. Kwa kuongezea, teknolojia hii inatoa faida zingine muhimu kupitia matumizi ya jiometri tofauti, indenter na probe na uwezekano wa upimaji katika vyombo mbalimbali vya kioevu.
Uwekaji wa nano wa AFM unaweza kugawanywa kwa masharti katika vipengele vitatu vikuu: (1) vifaa (vitambuzi, vigunduzi, probes, n.k.); (2) vigezo vya kipimo (kama vile nguvu, uhamishaji, kasi, ukubwa wa njia panda, n.k.); (3) Usindikaji wa data (usahihisho wa msingi, makadirio ya sehemu ya kugusa, uwekaji wa data, uundaji wa modeli, n.k.). Tatizo kubwa na njia hii ni kwamba tafiti kadhaa katika fasihi zinazotumia uwekaji wa nano wa AFM zinaripoti matokeo tofauti sana ya kiasi kwa aina moja ya sampuli/seli/nyenzo37,38,39,40,41. Kwa mfano, Lekka et al. Ushawishi wa jiometri ya probe ya AFM kwenye moduli ya Young iliyopimwa ya sampuli za hidrojeli yenye umbo la kimuundo na seli zisizo za kawaida ulisomwa na kulinganishwa. Wanaripoti kwamba thamani za moduli hutegemea sana uteuzi wa cantilever na umbo la ncha, huku thamani ya juu zaidi ikiwa kwa probe yenye umbo la piramidi na thamani ya chini kabisa ikiwa 42 kwa probe ya duara. Vile vile, Selhuber-Unkel et al. Imeonyeshwa jinsi kasi ya indenter, ukubwa wa indenter na unene wa sampuli za poliakrilamidi (PAAM) zinavyoathiri moduli ya Young inayopimwa kwa nanoindentation ya ACM43. Jambo lingine linalochanganya ni ukosefu wa vifaa vya kawaida vya upimaji wa moduli vya chini sana na taratibu za upimaji huru. Hii inafanya iwe vigumu sana kupata matokeo sahihi kwa ujasiri. Hata hivyo, njia hii ni muhimu sana kwa vipimo vya jamaa na tathmini za kulinganisha kati ya aina zinazofanana za sampuli, kwa mfano kutumia nanoindentation ya AFM kutofautisha seli za kawaida na seli za saratani 44, 45.
Wakati wa kujaribu nyenzo laini kwa kutumia nanoindentation ya AFM, kanuni ya jumla ya kidole gumba ni kutumia probe yenye kigezo cha chini cha chemchemi (k) kinacholingana kwa karibu na modulus ya sampuli na ncha ya hemispherical/round ili probe ya kwanza isitoboe nyuso za sampuli inapogusana na nyenzo laini kwa mara ya kwanza. Ni muhimu pia kwamba ishara ya kupotoka inayotokana na probe iwe na nguvu ya kutosha kugunduliwa na mfumo wa kugundua leza24,34,46,47. Katika kesi ya seli, tishu na jeli zenye utofauti mwingi, changamoto nyingine ni kushinda nguvu ya gundi kati ya probe na uso wa sampuli ili kuhakikisha vipimo vinavyoweza kuzaliana na vya kuaminika48,49,50. Hadi hivi majuzi, kazi nyingi kuhusu nanoindentation ya AFM zimejikita katika utafiti wa tabia ya mitambo ya seli za kibiolojia, tishu, jeli, hidrojeli, na biomolekuli kwa kutumia probe kubwa za duara, ambazo hujulikana kama probe za kolloidal (CPs). , 47, 51, 52, 53, 54, 55. Vidokezo hivi vina kipenyo cha µm 1 hadi 50 na kwa kawaida hutengenezwa kwa glasi ya borosilicate, polymethakrilate (PMMA), polistirini (PS), silicon dioksidi (SiO2) na kaboni kama almasi (DLC). Ingawa nanoindentation ya CP-AFM mara nyingi ndiyo chaguo la kwanza kwa uainishaji wa sampuli laini, ina matatizo na mapungufu yake. Matumizi ya ncha kubwa za duara zenye ukubwa wa mikroni huongeza eneo lote la mguso wa ncha na sampuli na husababisha upotevu mkubwa wa azimio la anga. Kwa sampuli laini, zisizo na usawa, ambapo sifa za mitambo za vipengele vya ndani zinaweza kutofautiana sana na wastani katika eneo pana zaidi, indentation ya CP inaweza kuficha inhomogeneity yoyote katika sifa kwa kiwango cha ndani52. Vichunguzi vya kolloidal kwa kawaida hufanywa kwa kuambatanisha tufe za kolloidal zenye ukubwa wa mikroni kwenye cantilevers zisizo na ncha kwa kutumia gundi za epoxy. Mchakato wa utengenezaji wenyewe umejaa matatizo mengi na unaweza kusababisha kutofautiana katika mchakato wa urekebishaji wa probe. Kwa kuongezea, ukubwa na uzito wa chembe za kolloidal huathiri moja kwa moja vigezo vikuu vya urekebishaji wa cantilever, kama vile masafa ya mwangwi, ugumu wa chemchemi, na unyeti wa kupotoka56,57,58. Kwa hivyo, njia zinazotumika sana kwa probe za kawaida za AFM, kama vile urekebishaji wa halijoto, zinaweza zisitoe urekebishaji sahihi wa CP, na njia zingine zinaweza kuhitajika kufanya marekebisho haya57, 59, 60, 61. Majaribio ya kawaida ya uelekezaji wa CP hutumia cantilever kubwa ya kupotoka kusoma sifa za sampuli laini, ambayo husababisha tatizo jingine wakati wa kurekebisha tabia isiyo ya mstari ya cantilever kwa kupotoka kubwa kiasi62,63,64. Mbinu za kisasa za uelekezaji wa probe za kolloidal kawaida huzingatia jiometri ya cantilever inayotumika kurekebisha probe, lakini hupuuza ushawishi wa chembe za kolloidal, ambayo husababisha kutokuwa na uhakika zaidi katika usahihi wa njia38,61. Vile vile, moduli za elastic zilizohesabiwa kwa kutumia uunganishaji wa modeli ya mguso hutegemea moja kwa moja jiometri ya probe ya kuingiza, na kutolingana kati ya sifa za ncha na uso wa sampuli kunaweza kusababisha ukosefu wa usahihi27, 65, 66, 67, 68. Baadhi ya kazi za hivi karibuni za Spencer et al. Mambo ambayo yanapaswa kuzingatiwa wakati wa kuainisha brashi laini za polima kwa kutumia mbinu ya nanoindensheni ya CP-AFM yameangaziwa. Waliripoti kwamba uhifadhi wa umajimaji mnato katika brashi za polima kama kazi ya kasi husababisha ongezeko la mzigo wa kichwa na hivyo vipimo tofauti vya sifa zinazotegemea kasi30,69,70,71.
Katika utafiti huu, tumebainisha moduli ya uso wa nyenzo laini sana yenye elastic lehfilcon A CL kwa kutumia mbinu ya nanoindent ya AFM iliyorekebishwa. Kwa kuzingatia sifa na muundo mpya wa nyenzo hii, kiwango cha unyeti cha njia ya jadi ya uindent haitoshi kuainisha moduli ya nyenzo hii laini sana, kwa hivyo ni muhimu kutumia mbinu ya nanoindent ya AFM yenye unyeti wa juu na kiwango cha chini cha unyeti. Baada ya kukagua mapungufu na matatizo ya mbinu zilizopo za nanoindent ya probe ya AFM ya colloidal, tunaonyesha ni kwa nini tulichagua probe ndogo, iliyoundwa maalum ya AFM ili kuondoa unyeti, kelele ya usuli, sehemu ya mawasiliano ya uhakika, kupima moduli ya kasi ya nyenzo laini zisizo za kawaida kama vile utegemezi wa uhifadhi wa umajimaji. na upimaji sahihi. Kwa kuongezea, tuliweza kupima kwa usahihi umbo na vipimo vya ncha ya uindent, na kuturuhusu kutumia modeli ya koni-tufe inayofaa kubaini moduli ya unyumbufu bila kutathmini eneo la mguso la ncha na nyenzo. Mawazo mawili yasiyo dhahiri ambayo yamepimwa katika kazi hii ni sifa za nyenzo zenye unyumbufu kikamilifu na moduli isiyotegemea kina cha kuingia ndani. Kwa kutumia njia hii, kwanza tulijaribu viwango laini sana na moduli inayojulikana ili kupima mbinu hiyo, na kisha tukatumia njia hii kuainisha nyuso za vifaa viwili tofauti vya lenzi za mguso. Njia hii ya kuainisha nyuso za uingiaji wa nano za AFM zenye unyeti ulioongezeka inatarajiwa kutumika kwa aina mbalimbali za vifaa vya ultrasoft visivyo vya kawaida vya kibiomimetiki vyenye uwezo wa kutumika katika vifaa vya matibabu na matumizi ya kibiolojia.
Lenzi za mguso za Lehfilcon (Alcon, Fort Worth, Texas, Marekani) na sehemu zao za hidrojeli za silikoni zilichaguliwa kwa ajili ya majaribio ya nanoindent. Kiambatisho cha lenzi kilichoundwa maalum kilitumika katika jaribio hilo. Ili kusakinisha lenzi kwa ajili ya majaribio, iliwekwa kwa uangalifu kwenye kibanda chenye umbo la kuba, ikihakikisha kwamba hakuna viputo vya hewa vilivyoingia ndani, kisha vikawekwa kando. Shimo kwenye kifaa juu ya kishikilia lenzi hutoa ufikiaji wa kituo cha macho cha lenzi kwa majaribio ya nanoindent huku kikishikilia kioevu mahali pake. Hii huweka lenzi zenye unyevunyevu kamili. Mikroli 500 za suluhisho la ufungaji wa lenzi za mguso zilitumika kama suluhisho la majaribio. Ili kuthibitisha matokeo ya kiasi, hidrojeli za polyacrylamide (PAAM) zisizoamilishwa kibiashara zilitayarishwa kutoka kwa muundo wa polyacrylamide-co-methylene-bisacrylamide (100 mm Petrisoft Petri dishes, Matrigen, Irvine, CA, Marekani), modulus inayojulikana ya elastic ya 1 kPa. Tumia matone 4-5 (takriban 125 µl) ya saline iliyo na fosfeti (PBS kutoka Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, Marekani) na tone 1 la suluhisho la lenzi ya mguso ya Puremoist isiyo na OPTI (Alcon, Vaud, TX, Marekani).) kwenye kiolesura cha probe ya hydrogel ya AFM.
Sampuli za substrates za Lehfilcon A CL na SiHy zilionyeshwa kwa kutumia mfumo wa FEI Quanta 250 Field Emission Scanning Electron Microscope (FEG SEM) ulio na kigunduzi cha Scanning Transmission Electron Microscope (STEM). Ili kuandaa sampuli, lenzi zilioshwa kwanza kwa maji na kukatwa vipande vyenye umbo la pai. Ili kufikia tofauti tofauti kati ya vipengele vya hidrofili na hidrofili vya sampuli, myeyusho uliotulia wa 0.10% wa RuO4 ulitumika kama rangi, ambapo sampuli zilizamishwa kwa dakika 30. Madoa ya lehfilcon A CL RuO4 ni muhimu sio tu kufikia tofauti iliyoboreshwa, lakini pia husaidia kuhifadhi muundo wa brashi za polima zenye matawi katika umbo lao la asili, ambazo kisha huonekana kwenye picha za STEM. Kisha zilioshwa na kukaushwa katika mfululizo wa mchanganyiko wa ethanoli/maji na kuongezeka kwa mkusanyiko wa ethanoli. Sampuli kisha zilitupwa kwa EMBEd 812/Araldite epoxy, ambayo iliponya usiku kucha kwa 70°C. Vizuizi vya sampuli vilivyopatikana kwa upolimishaji wa resini vilikatwa kwa kutumia ultramicrotome, na sehemu nyembamba zilizopatikana zilionyeshwa kwa kutumia kigunduzi cha STEM katika hali ya chini ya utupu kwa volteji ya kuongeza kasi ya 30 kV. Mfumo huo huo wa SEM ulitumika kwa uainishaji wa kina wa probe ya PFQNM-LC-A-CAL AFM (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, Marekani). Picha za SEM za probe ya AFM zilipatikana katika hali ya kawaida ya utupu wa juu kwa volteji ya kuongeza kasi ya 30 kV. Pata picha katika pembe na ukuzaji tofauti ili kurekodi maelezo yote ya umbo na ukubwa wa ncha ya probe ya AFM. Vipimo vyote vya ncha vinavyovutia katika picha vilipimwa kidijitali.
Darubini ya nguvu ya atomiki ya Dimension FastScan Bio (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, Marekani) yenye hali ya "PeakForce QNM in Fluid" ilitumika kuibua na kuiga nanofilcon sampuli za CL, SiHy substrate, na PAAm hydrogel. Kwa majaribio ya upigaji picha, probe ya PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) yenye radius ya nominella ya nm 1 ilitumika kunasa picha za ubora wa juu za sampuli kwa kiwango cha uchanganuzi cha 0.50 Hz. Picha zote zilipigwa katika myeyusho wa maji.
Majaribio ya nanoindent ya AFM yalifanywa kwa kutumia probe ya PFQNM-LC-A-CAL (Bruker). Probe ya AFM ina ncha ya silikoni kwenye cantilever ya nitride yenye unene wa nanomita 345, urefu wa µm 54 na upana wa µm 4.5 yenye masafa ya resonant ya 45 kHz. Imeundwa mahsusi kuainisha na kufanya vipimo vya nanomekaniki vya kiasi kwenye sampuli laini za kibiolojia. Vihisi vimerekebishwa kibinafsi kiwandani kwa kutumia mipangilio ya chemchemi iliyorekebishwa awali. Vigezo vya chemchemi vya probe vilivyotumika katika utafiti huu vilikuwa katika kiwango cha 0.05–0.1 N/m. Ili kubaini kwa usahihi umbo na ukubwa wa ncha, probe ilibainishwa kwa undani kwa kutumia SEM. Kwenye mchoro. Mchoro 1a unaonyesha mikrografu ya elektroni ya skanning ya azimio la juu, ya ukuzaji mdogo wa probe ya PFQNM-LC-A-CAL, ikitoa mtazamo kamili wa muundo wa probe. Kwenye mchoro 1b unaonyesha mtazamo uliopanuliwa wa sehemu ya juu ya ncha ya probe, ikitoa taarifa kuhusu umbo na ukubwa wa ncha. Katika ncha ya mwisho, sindano ni nusu-hemisphere yenye kipenyo cha takriban nanomita 140 (Mchoro 1c). Chini ya hii, ncha hupungua na kuwa umbo la koni, na kufikia urefu uliopimwa wa takriban nanomita 500. Nje ya eneo linalopunguza, ncha ni ya silinda na huishia katika urefu wa jumla wa ncha ya 1.18 µm. Hii ndiyo sehemu kuu ya utendaji kazi wa ncha ya probe. Zaidi ya hayo, probe kubwa ya duara ya polystyrene (PS) (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, Marekani) yenye kipenyo cha ncha ya 45 µm na kigezo cha chemchemi cha 2 N/m pia ilitumika kwa majaribio kama probe ya colloidal. Kwa kutumia probe ya PFQNM-LC-A-CAL 140 nm kwa ajili ya kulinganisha.
Imeripotiwa kuwa kioevu kinaweza kunaswa kati ya probe ya AFM na muundo wa brashi ya polima wakati wa nanoindentation, ambayo itatoa nguvu ya juu kwenye probe ya AFM kabla haijagusa uso69. Athari hii ya uondoaji wa mnato kutokana na uhifadhi wa umajimaji inaweza kubadilisha sehemu inayoonekana ya mguso, na hivyo kuathiri vipimo vya moduli ya uso. Ili kusoma athari ya jiometri ya probe na kasi ya kuingia kwenye uwekaji wa umajimaji, mikunjo ya nguvu ya kuingia ilichorwa kwa sampuli za lehfilcon A CL kwa kutumia probe ya kipenyo cha nm 140 kwa viwango vya uhamishaji wa mara kwa mara wa 1 µm/s na 2 µm/s. kipenyo cha probe 45 µm, mpangilio wa nguvu usiobadilika 6 nN ulipatikana kwa 1 µm/s. Majaribio ya probe ya kipenyo cha nm 140 yalifanywa kwa kasi ya kuingia kwenye 1 µm/s na nguvu iliyowekwa ya 300 pN, iliyochaguliwa kuunda shinikizo la mguso ndani ya safu ya kisaikolojia (1–8 kPa) ya kope la juu. shinikizo 72. Sampuli laini zilizotengenezwa tayari za hidrojeli ya PAA zenye shinikizo la kPa 1 zilijaribiwa kwa nguvu ya kuingiza ya pN 50 kwa kasi ya 1 μm/s kwa kutumia probe yenye kipenyo cha 140 nm.
Kwa kuwa urefu wa sehemu ya koni ya ncha ya probe ya PFQNM-LC-A-CAL ni takriban 500 nanomita, kwa kina chochote cha kuingilia kati < 500 nanomita inaweza kudhaniwa kwa usalama kwamba jiometri ya probe wakati wa kuingilia kati itabaki kuwa kweli kwa umbo lake la koni. Zaidi ya hayo, inadhaniwa kwamba uso wa nyenzo inayojaribiwa utaonyesha mwitikio wa elastic unaoweza kubadilishwa, ambao pia utathibitishwa katika sehemu zifuatazo. Kwa hivyo, kulingana na umbo na ukubwa wa ncha, tulichagua modeli ya kufaa koni-duara iliyotengenezwa na Briscoe, Sebastian na Adams, ambayo inapatikana katika programu ya muuzaji, ili kusindika majaribio yetu ya nanoindent ya AFM (NanoScope). Programu ya uchanganuzi wa data ya utengano, Bruker) 73. Mfano unaelezea uhusiano wa nguvu-uhamishaji F(δ) kwa koni yenye kasoro ya kilele cha duara. Kwenye mchoro. Mchoro 2 unaonyesha jiometri ya mguso wakati wa mwingiliano wa koni ngumu na ncha ya duara, ambapo R ni radius ya ncha ya duara, a ni radius ya mguso, b ni radius ya mguso mwishoni mwa ncha ya duara, δ ni radius ya mguso. kina cha kuingia ndani, θ ni nusu-angle ya koni. Picha ya SEM ya probe hii inaonyesha wazi kwamba ncha ya duara ya kipenyo cha 140 nm huungana kwa njia ya tangentially na kuwa koni, kwa hivyo hapa b inafafanuliwa tu kupitia R, yaani b = R cos θ. Programu inayotolewa na muuzaji hutoa uhusiano wa koni-duara ili kuhesabu thamani za moduli (E) za Young kutoka kwa data ya utengano wa nguvu ikizingatia a > b. Uhusiano:
ambapo F ni nguvu ya kuingia ndani, E ni moduli ya Young, ν ni uwiano wa Poisson. Radius ya mguso a inaweza kukadiriwa kwa kutumia:
Mpango wa jiometri ya mguso wa koni ngumu yenye ncha ya duara iliyobanwa kwenye nyenzo za lenzi ya mguso ya Lefilcon yenye safu ya uso ya brashi za polima zenye matawi.
Ikiwa a ≤ b, uhusiano unapungua hadi kwenye mlinganyo wa kiashiria cha duara cha kawaida;
Tunaamini kwamba mwingiliano wa kipima-umbo na muundo wa matawi ya brashi ya polima ya PMPC utasababisha radius ya mguso a kuwa kubwa kuliko radius ya mguso ya duara b. Kwa hivyo, kwa vipimo vyote vya kiasi vya modulus ya elastic iliyofanywa katika utafiti huu, tulitumia utegemezi uliopatikana kwa kesi a > b.
Nyenzo za biomimetiki laini zaidi zilizosomwa katika utafiti huu zilipigwa picha kwa kina kwa kutumia hadubini ya elektroni ya upitishaji skanning (STEM) ya sehemu ya msalaba ya sampuli na hadubini ya nguvu ya atomiki (AFM) ya uso. Uainishaji huu wa kina wa uso ulifanywa kama mwendelezo wa kazi yetu iliyochapishwa hapo awali, ambapo tuliamua kwamba muundo wa brashi ya polima yenye matawi yenye nguvu ya uso wa lehfilcon A CL uliobadilishwa na PMPC ulionyesha sifa sawa za kiufundi na tishu asilia za konea 14. Kwa sababu hii, tunarejelea nyuso za lenzi za mguso kama nyenzo za biomimetiki14. Kwenye mchoro 3a,b onyesha sehemu za msalaba za miundo ya brashi ya polima ya PMPC yenye matawi kwenye uso wa substrate ya lehfilcon A CL na substrate ya SiHy isiyotibiwa, mtawalia. Nyuso za sampuli zote mbili zilichambuliwa zaidi kwa kutumia picha za AFM zenye ubora wa juu, ambazo zilithibitisha zaidi matokeo ya uchambuzi wa STEM (Mchoro 3c, d). Kwa pamoja, picha hizi hutoa urefu wa takriban wa muundo wa brashi ya polima yenye matawi ya PMPC kwa nm 300–400, ambayo ni muhimu kwa kutafsiri vipimo vya nanoindentation ya AFM. Uchunguzi mwingine muhimu unaotokana na picha ni kwamba muundo wa jumla wa uso wa nyenzo za kibiomimetiki za CL ni tofauti kimofolojia na ule wa nyenzo ya substrate ya SiHy. Tofauti hii katika mofolojia yao ya uso inaweza kuonekana wazi wakati wa mwingiliano wao wa kiufundi na probe ya AFM inayojipenyeza na baadaye katika thamani za moduli zilizopimwa.
Picha za STEM zenye sehemu mtambuka za (a) lehfilcon A CL na (b) substrate ya SiHy. Upau wa mizani, 500 nm. Picha za AFM za uso wa substrate ya lehfilcon A CL (c) na substrate ya msingi ya SiHy (d) (3 µm × 3 µm).
Polima zilizoongozwa na kibiolojia na miundo ya brashi ya polima ni laini kiasili na zimesomwa sana na kutumika katika matumizi mbalimbali ya kibiolojia74,75,76,77. Kwa hivyo, ni muhimu kutumia mbinu ya nanoindentation ya AFM, ambayo inaweza kupima kwa usahihi na kwa uhakika sifa zao za kiufundi. Lakini wakati huo huo, sifa za kipekee za nyenzo hizi laini sana, kama vile moduli ya elastic ya chini sana, kiwango cha juu cha kioevu na elasticity ya juu, mara nyingi hufanya iwe vigumu kuchagua nyenzo sahihi, umbo na umbo la ukubwa wa probe inayojipenyeza. Hii ni muhimu ili indenter isitoboe uso laini wa sampuli, ambayo ingesababisha makosa katika kubaini sehemu ya kugusana na uso na eneo la kugusana.
Kwa hili, uelewa kamili wa mofolojia ya vifaa vya biomimetic laini sana (lehfilcon A CL) ni muhimu. Taarifa kuhusu ukubwa na muundo wa brashi za polima zenye matawi zilizopatikana kwa kutumia mbinu ya upigaji picha hutoa msingi wa uainishaji wa kiufundi wa uso kwa kutumia mbinu za nanoindentation za AFM. Badala ya probes za mviringo za ukubwa wa micron, tulichagua probe ya nitridi ya silicon ya PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) yenye kipenyo cha ncha ya 140 nm, iliyoundwa mahsusi kwa ajili ya uchoraji ramani wa kiasi cha sifa za kiufundi za sampuli za kibiolojia 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84 Sababu ya kutumia probes kali kiasi ikilinganishwa na probes za kawaida za colloidal inaweza kuelezewa na sifa za kimuundo za nyenzo. Kwa kulinganisha ukubwa wa ncha ya probe (~140 nm) na brashi za polima zenye matawi kwenye uso wa CL lehfilcon A, zinazoonyeshwa kwenye Mchoro 3a, inaweza kuhitimishwa kwamba ncha hiyo ni kubwa vya kutosha kugusana moja kwa moja na miundo hii ya brashi, ambayo hupunguza uwezekano wa ncha kutoboa kupitia hizo. Ili kuonyesha jambo hili, katika Mchoro 4 ni picha ya STEM ya lehfilcon A CL na ncha inayojikunja ya probe ya AFM (iliyochorwa kwa kipimo).
Kielelezo kinachoonyesha picha ya STEM ya lehfilcon A CL na kipimajoto cha ACM (kilichochorwa kwa kipimo).
Kwa kuongezea, ukubwa wa ncha ya 140 nm ni mdogo wa kutosha kuepuka hatari ya athari zozote za uondoaji zenye kunata zilizoripotiwa hapo awali kwa brashi za polima zinazozalishwa na mbinu ya nanoindentation ya CP-AFM69,71. Tunadhania kwamba kutokana na umbo maalum la koni-duara na ukubwa mdogo wa ncha hii ya AFM (Mchoro 1), asili ya mkunjo wa nguvu unaozalishwa na nanoindentation ya lehfilcon A CL haitategemea kasi ya uingiaji au kasi ya upakiaji/upakuaji. Kwa hivyo, haiathiriwi na athari za poroelastic. Ili kujaribu dhana hii, sampuli za lehfilcon A CL ziliwekwa ndani kwa nguvu ya juu isiyobadilika kwa kutumia probe ya PFQNM-LC-A-CAL, lakini kwa kasi mbili tofauti, na mikunjo ya nguvu ya mvutano na ya kurudi nyuma iliyotokana ilitumika kupanga nguvu (nN) katika utengano (µm) imeonyeshwa kwenye Mchoro 5a. Ni wazi kwamba mikunjo ya nguvu wakati wa kupakia na kupakua huingiliana kabisa, na hakuna ushahidi dhahiri kwamba mkato wa nguvu katika kina cha mikunjo sifuri huongezeka kwa kasi ya mikunjo katika mchoro, ikidokeza kwamba vipengele vya brashi vya kibinafsi vilibainishwa bila athari ya poroelastic. Kwa upande mwingine, athari za uhifadhi wa umajimaji (athari za extrusion mnato na poroelasticity) zinaonekana kwa probe ya AFM yenye kipenyo cha µm 45 kwa kasi sawa ya mikunjo na zinaangaziwa na hysteresis kati ya mikunjo ya kunyoosha na kurudi nyuma, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5b. Matokeo haya yanaunga mkono dhana na yanaonyesha kwamba probe zenye kipenyo cha 140 nm ni chaguo nzuri la kuainisha nyuso laini kama hizo.
lehfilcon Mikunjo ya nguvu ya uingiaji wa CL kwa kutumia ACM; (a) kutumia probe yenye kipenyo cha 140 nm kwa viwango viwili vya upakiaji, kuonyesha kutokuwepo kwa athari ya poroelastic wakati wa uingiaji wa uso; (b) kutumia probe zenye kipenyo cha 45 µm na 140 nm. s zinaonyesha athari za extrusion ya mnato na poroelasticity kwa probe kubwa ikilinganishwa na probe ndogo.
Ili kuainisha nyuso laini zaidi, mbinu za uwekaji alama wa AFM lazima ziwe na kifaa bora cha kuchunguza sifa za nyenzo zinazosomwa. Mbali na umbo na ukubwa wa ncha, unyeti wa mfumo wa kigunduzi cha AFM, unyeti wa kupotoka kwa ncha katika mazingira ya majaribio, na ugumu wa chombo cha kutolea sauti huchukua jukumu muhimu katika kubaini usahihi na uaminifu wa vipimo vya uwekaji alama wa nano. Kwa mfumo wetu wa AFM, kikomo cha kugundua cha Kigunduzi Nyeti cha Nafasi (PSD) ni takriban 0.5 mV na kinategemea kiwango cha chemchemi kilichopimwa awali na unyeti wa kupotoka kwa umajimaji wa kifaa cha PFQNM-LC-A-CAL, ambacho kinalingana na unyeti wa kinadharia wa mzigo. ni chini ya 0.1 pN. Kwa hivyo, njia hii inaruhusu kipimo cha nguvu ya chini ya uwekaji alama ≤ 0.1 pN bila sehemu yoyote ya kelele ya pembeni. Hata hivyo, ni vigumu kwa mfumo wa AFM kupunguza kelele ya pembeni hadi kiwango hiki kutokana na mambo kama vile mtetemo wa mitambo na mienendo ya umajimaji. Mambo haya hupunguza unyeti wa jumla wa mbinu ya nanoindentation ya AFM na pia husababisha ishara ya kelele ya usuli ya takriban ≤ 10 pN. Kwa uainishaji wa uso, sampuli za substrate za lehfilcon A CL na SiHy ziliwekwa ndani chini ya hali ya unyevunyevu kamili kwa kutumia probe ya 140 nm kwa uainishaji wa SEM, na mikunjo ya nguvu inayotokana iliwekwa kati ya nguvu (pN) na shinikizo. Mchoro wa utenganisho (µm) umeonyeshwa kwenye Mchoro 6a. Ikilinganishwa na substrate ya msingi ya SiHy, mkunjo wa nguvu wa lehfilcon A CL unaonyesha wazi awamu ya mpito kuanzia mahali pa kugusana na brashi ya polima iliyogawanyika na kuishia na mabadiliko makali katika mguso wa kuashiria mteremko wa ncha na nyenzo ya chini. Sehemu hii ya mpito ya mkunjo wa nguvu inaonyesha tabia ya elastic ya brashi ya polima yenye matawi juu ya uso, kama inavyothibitishwa na mkunjo wa mgandamizo unaofuata kwa karibu mkunjo wa mvutano na tofauti katika sifa za kiufundi kati ya muundo wa brashi na nyenzo kubwa ya SiHy. Unapolinganisha lefilcon. Mgawanyo wa urefu wa wastani wa brashi ya polima yenye matawi katika picha ya STEM ya PCS (Mchoro 3a) na mkunjo wake wa nguvu kando ya abscissa katika Mchoro 3a. 6a unaonyesha kwamba mbinu hiyo inaweza kugundua ncha na polima yenye matawi inayofikia juu kabisa ya uso. Mguso kati ya miundo ya brashi. Kwa kuongezea, mwingiliano wa karibu wa mikunjo ya nguvu hauonyeshi athari ya uhifadhi wa kioevu. Katika hali hii, hakuna mshikamano kabisa kati ya sindano na uso wa sampuli. Sehemu za juu kabisa za mikunjo ya nguvu kwa sampuli hizo mbili huingiliana, zikionyesha kufanana kwa sifa za kiufundi za vifaa vya msingi.
(a) Mikunjo ya nguvu ya nanoindentation ya AFM kwa substrates za lehfilcon A CL na substrates za SiHy, (b) mikunjo ya nguvu inayoonyesha makadirio ya sehemu ya mguso kwa kutumia mbinu ya kizingiti cha kelele ya usuli.
Ili kusoma maelezo madogo zaidi ya mkunjo wa nguvu, mkunjo wa mvutano wa sampuli ya lehfilcon A CL umepangwa upya katika Mchoro 6b kwa nguvu ya juu ya pN 50 kando ya mhimili wa y. Grafu hii hutoa taarifa muhimu kuhusu kelele ya asili ya usuli. Kelele iko katika kiwango cha ±10 pN, ambacho hutumika kubaini kwa usahihi sehemu ya mguso na kuhesabu kina cha mguso. Kama ilivyoripotiwa katika machapisho, utambuzi wa sehemu za mguso ni muhimu ili kutathmini kwa usahihi sifa za nyenzo kama vile modulus85. Mbinu inayohusisha usindikaji otomatiki wa data ya mkunjo wa nguvu imeonyesha ulinganifu ulioboreshwa kati ya uwekaji data na vipimo vya kiasi kwa nyenzo laini86. Katika kazi hii, uchaguzi wetu wa sehemu za mguso ni rahisi na usio na upendeleo, lakini una mapungufu yake. Mbinu yetu ya kihafidhina ya kubaini sehemu ya mguso inaweza kusababisha thamani za modulus zilizozidishwa kidogo kwa kina kidogo cha mguso (< 100 nm). Matumizi ya ugunduzi wa sehemu ya mguso unaotegemea algoriti na usindikaji wa data otomatiki yanaweza kuwa mwendelezo wa kazi hii katika siku zijazo ili kuboresha zaidi mbinu yetu. Kwa hivyo, kwa kelele ya asili ya usuli kwa mpangilio wa ±10 pN, tunafafanua sehemu ya mguso kama sehemu ya kwanza ya data kwenye mhimili wa x katika Mchoro 6b yenye thamani ya ≥10 pN. Kisha, kulingana na kizingiti cha kelele cha 10 pN, mstari wima katika kiwango cha ~0.27 µm huashiria sehemu ya mguso na uso, baada ya hapo mkunjo wa kunyoosha unaendelea hadi sehemu ya chini ikidhi kina cha mguso cha ~270 nm. Cha kufurahisha, kulingana na ukubwa wa vipengele vya brashi ya polima yenye matawi (300–400 nm) iliyopimwa kwa kutumia mbinu ya upigaji picha, kina cha mguso cha CL lehfilcon Sampuli iliyoonekana kwa kutumia mbinu ya kizingiti cha kelele ya usuli ni kama 270 nm, ambayo iko karibu sana na ukubwa wa kipimo na STEM. Matokeo haya yanathibitisha zaidi utangamano na utumiaji wa umbo na ukubwa wa ncha ya uchunguzi ya AFM kwa mguso wa muundo huu wa brashi ya polima yenye matawi laini sana na yenye elastic sana. Data hii pia hutoa ushahidi thabiti wa kuunga mkono mbinu yetu ya kutumia kelele ya usuli kama kizingiti cha kubainisha sehemu za mguso. Kwa hivyo, matokeo yoyote ya kiasi yanayopatikana kutokana na uundaji wa modeli za hisabati na uwekaji wa mkunjo wa nguvu yanapaswa kuwa sahihi kiasi.
Vipimo vya kiasi kwa kutumia mbinu za uundaji wa nano za AFM hutegemea kabisa mifumo ya hisabati inayotumika kwa uteuzi wa data na uchambuzi unaofuata. Kwa hivyo, ni muhimu kuzingatia mambo yote yanayohusiana na uchaguzi wa kiashiria, sifa za nyenzo na utaratibu wa mwingiliano wao kabla ya kuchagua mfumo fulani. Katika hali hii, jiometri ya ncha ilibainishwa kwa uangalifu kwa kutumia mikrografu za SEM (Mchoro 1), na kulingana na matokeo, kipima cha uundaji wa nano cha AFM chenye kipenyo cha nanomita 140 chenye koni ngumu na jiometri ya ncha ya duara ni chaguo zuri la kuainisha sampuli za lehfilcon A CL79. Jambo lingine muhimu linalohitaji kutathminiwa kwa uangalifu ni unyumbufu wa nyenzo za polima zinazojaribiwa. Ingawa data ya awali ya uundaji wa nano (Michoro 5a na 6a) inaelezea wazi sifa za mwingiliano wa mikunjo ya mvutano na mgandamizo, yaani, urejeshaji kamili wa elastic wa nyenzo, ni muhimu sana kuthibitisha asili ya elastic ya miguso. Kwa lengo hili, miinuko miwili mfululizo ilifanywa katika eneo moja kwenye uso wa sampuli ya lehfilcon A CL kwa kiwango cha miinuko cha 1 µm/s chini ya hali kamili ya unyevu. Data ya mkunjo wa nguvu inayotokana inaonyeshwa kwenye mchoro 7 na, kama inavyotarajiwa, mikunjo ya upanuzi na mgandamizo ya chapa hizo mbili ni karibu sawa, ikiangazia unyumbufu wa juu wa muundo wa brashi ya polima yenye matawi.
Mikunjo miwili ya nguvu ya kuingia ndani katika eneo moja kwenye uso wa lehfilcon A CL inaonyesha unyumbufu bora wa uso wa lenzi.
Kulingana na taarifa zilizopatikana kutoka kwa picha za SEM na STEM za ncha ya probe na uso wa lehfilcon A CL, mtawalia, modeli ya koni-duara ni uwakilishi unaofaa wa kihisabati wa mwingiliano kati ya ncha ya probe ya AFM na nyenzo laini ya polima inayojaribiwa. Zaidi ya hayo, kwa modeli hii ya koni-duara, mawazo ya msingi kuhusu sifa za elastic za nyenzo iliyochapishwa yana ukweli kwa nyenzo hii mpya ya biomimetiki na hutumika kupima moduli ya elastic.
Baada ya tathmini kamili ya mbinu ya nanoindentation ya AFM na vipengele vyake, ikiwa ni pamoja na sifa za probe ya indentation (umbo, ukubwa, na ugumu wa chemchemi), unyeti (kelele ya usuli na makadirio ya sehemu ya mguso), na mifano ya kufaa data (vipimo vya moduli ya kiasi), mbinu hiyo ilitumika. bainisha sampuli laini zinazopatikana kibiashara ili kuthibitisha matokeo ya kiasi. Hidrojeli ya kibiashara ya poliacrylamide (PAAM) yenye moduli ya elastic ya kPa 1 ilijaribiwa chini ya hali ya unyevu kwa kutumia probe ya 140 nm. Maelezo ya upimaji wa moduli na hesabu yametolewa katika Taarifa ya Ziada. Matokeo yalionyesha kuwa moduli ya wastani iliyopimwa ilikuwa 0.92 kPa, na kupotoka kwa %RSD na asilimia (%) kutoka kwa moduli inayojulikana kulikuwa chini ya 10%. Matokeo haya yanathibitisha usahihi na urejelezaji wa mbinu ya nanoindentation ya AFM iliyotumika katika kazi hii kupima moduli ya vifaa vya ultrasoft. Nyuso za sampuli za lehfilcon A CL na substrate ya msingi wa SiHy zilibainishwa zaidi kwa kutumia mbinu ile ile ya nanoindentation ya AFM ili kusoma moduli inayoonekana ya mguso wa uso laini kama kazi ya kina cha indentation. Mikunjo ya utenganisho wa nguvu ya indentation ilitengenezwa kwa sampuli tatu za kila aina (n = 3; indentation moja kwa kila sampuli) kwa nguvu ya 300 pN, kasi ya 1 µm/s, na unyevunyevu kamili. Mkunjo wa kushiriki nguvu ya indentation ulikadiriwa kwa kutumia modeli ya koni-tufe. Ili kupata moduli inayotegemea kina cha indentation, sehemu ya upana wa nm 40 ya mkunjo wa nguvu iliwekwa kwa kila nyongeza ya nm 20 kuanzia mahali pa mguso, na kupima thamani za moduli katika kila hatua ya mkunjo wa nguvu. Spin Cy et al. Mbinu kama hiyo imetumika kuainisha mteremko wa moduli wa brashi za polima za poly(lauryl methacrylate) (P12MA) kwa kutumia nanoindentation ya probe ya colloidal AFM, na zinaendana na data kwa kutumia modeli ya mguso ya Hertz. Mbinu hii hutoa mchoro wa moduli ya mguso inayoonekana (kPa) dhidi ya kina cha indentation (nm), kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8, ambao unaonyesha mteremko wa moduli/kina cha mguso inayoonekana. Moduli ya elastic iliyohesabiwa ya sampuli ya CL lehfilcon A iko katika kiwango cha 2–3 kPa ndani ya nm 100 za juu za sampuli, zaidi ya hapo huanza kuongezeka kwa kina. Kwa upande mwingine, wakati wa kujaribu substrate ya msingi ya SiHy bila filamu kama brashi juu ya uso, kina cha juu cha indentation kinachopatikana kwa nguvu ya 300 pN ni chini ya nm 50, na thamani ya moduli inayopatikana kutoka kwa data ni takriban kPa 400, ambayo inalinganishwa na thamani za moduli ya Young kwa vifaa vya wingi.
Moduli ya mguso inayoonekana (kPa) dhidi ya kina cha mguso (nm) kwa substrate za lehfilcon A CL na SiHy kwa kutumia mbinu ya mguso wa nano wa AFM kwa kutumia jiometri ya tufe la koni ili kupima moduli.
Sehemu ya juu kabisa ya muundo mpya wa brashi ya polima yenye matawi ya kibiomimetiki inaonyesha moduli ya chini sana ya unyumbufu (2–3 kPa). Hii italingana na ncha huru ya kuning'inia ya brashi ya polima iliyogawanyika kama inavyoonyeshwa kwenye picha ya STEM. Ingawa kuna ushahidi fulani wa mteremko wa moduli kwenye ukingo wa nje wa CL, sehemu kuu ya moduli ya juu ina ushawishi zaidi. Hata hivyo, nm 100 za juu za uso ziko ndani ya 20% ya urefu wote wa brashi ya polima yenye matawi, kwa hivyo ni busara kudhani kwamba thamani zilizopimwa za moduli katika safu hii ya kina cha unyooshaji ni sahihi kiasi na hazitegemei sana athari ya kitu cha chini.
Kutokana na muundo wa kipekee wa kibiomimetiki wa lenzi za mguso za lehfilcon A, unaojumuisha miundo ya brashi ya polima ya PMPC yenye matawi yaliyopandikizwa kwenye uso wa substrates za SiHy, ni vigumu sana kuainisha kwa uhakika sifa za mitambo za miundo yao ya uso kwa kutumia mbinu za jadi za upimaji. Hapa tunawasilisha mbinu ya hali ya juu ya uwekaji alama wa AFM kwa ajili ya kuainisha kwa usahihi vifaa laini sana kama vile lefilcon A yenye kiwango cha juu cha maji na unyumbufu wa juu sana. Njia hii inategemea matumizi ya probe ya AFM ambayo ukubwa na jiometri yake ya ncha huchaguliwa kwa uangalifu ili kuendana na vipimo vya kimuundo vya vipengele vya uso laini sana vitakavyochapishwa. Mchanganyiko huu wa vipimo kati ya probe na muundo hutoa unyeti ulioongezeka, unaoturuhusu kupima moduli ya chini na sifa za elastic asili za vipengele vya brashi ya polima yenye matawi, bila kujali athari za poroelastic. Matokeo yalionyesha kuwa brashi ya polima ya PMPC yenye matawi ya kipekee yenye sifa ya uso wa lenzi ilikuwa na moduli ya elastic ya chini sana (hadi 2 kPa) na unyumbufu wa juu sana (karibu 100%) ilipojaribiwa katika mazingira ya maji. Matokeo ya nanoindentation ya AFM pia yalituwezesha kubainisha moduli/mteremko wa kina unaoonekana (30 kPa/200 nm) wa uso wa lenzi ya biomimetiki. Mteremko huu unaweza kuwa kutokana na tofauti ya moduli kati ya brashi za polima zenye matawi na substrate ya SiHy, au muundo/mzigo wa matawi wa brashi za polima, au mchanganyiko wake. Hata hivyo, tafiti zaidi za kina zinahitajika ili kuelewa kikamilifu uhusiano kati ya muundo na sifa, hasa athari ya matawi ya brashi kwenye sifa za mitambo. Vipimo sawa vinaweza kusaidia kubainisha sifa za mitambo za uso wa vifaa vingine laini sana na vifaa vya matibabu.
Seti za data zilizozalishwa na/au kuchanganuliwa wakati wa utafiti wa sasa zinapatikana kutoka kwa waandishi husika kwa ombi linalofaa.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. na Haugen, HJ Miitikio ya kibiolojia kwa sifa za kimwili na kemikali za nyuso za vifaa vya kibiolojia. Jamii ya kemikali. Mh. 49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM na Liu, X. Uboreshaji wa vifaa vya kibiolojia vinavyotokana na binadamu kwa ajili ya uhandisi wa tishu. programu. polima. sayansi. 53, 86 (2016).
Saddler, K. et al. Ubunifu, utekelezaji wa kimatibabu, na mwitikio wa kinga ya vifaa vya kibiolojia katika dawa ya kuzaliwa upya. National Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK na Farr GM Njia iliyoboreshwa ya kubaini ugumu na moduli ya elastic kwa kutumia majaribio ya upenyo kwa vipimo vya mzigo na uhamishaji. J. Alma mater. tanki la kuhifadhia. 7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Asili ya kihistoria ya upimaji wa ugumu wa upenyo. alma mater. sayansi. teknolojia. 28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Vipimo vya Ugumu wa Kujikunja kwenye Kipimo cha Macro-, Micro-, na Nanoscale: Kabila la Mapitio Muhimu. Wright. 65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD na Clapperich, Makosa ya kugundua uso wa SM husababisha makadirio kupita kiasi ya moduli katika uwekaji wa nano wa nyenzo laini. J. Mecha. Tabia. Sayansi ya Biomedical. alma mater. 2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollakhi MR, Bushroa AR na Yahya M.Yu. Tathmini ya mbinu ya nanoindentation kwa ajili ya kubaini sifa za kiufundi za nanocomposites zisizo za kawaida kwa kutumia mbinu za majaribio na hesabu. sayansi. Nyumba 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, na Owart, TS Uainishaji wa mitambo ya jeli laini za mnato kwa kutumia uchanganuzi wa vipengele vya mwisho kinyume na uboreshaji. J. Mecha. Tabia. Sayansi ya Biomedical. alma mater. 2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J na Chaneler D. Uboreshaji wa uamuzi wa mnato kwa kutumia mifumo ya kupimia inayoendana. Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. na Pellillo, E. Uwekaji wa nano kwenye nyuso za polima. J. Fizikia. D. Omba fizikia. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. na Van Vliet KJ Uainishaji wa sifa za mitambo zenye unyumbufu wa polima zenye unyumbufu mwingi na tishu za kibiolojia kwa kutumia mbonyeo wa mshtuko. Jarida la Biomaterials. 71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Tathmini ya moduli ya elastic na kazi ya kushikamana ya vifaa laini kwa kutumia mbinu iliyopanuliwa ya Borodich-Galanov (BG) na upenyo wa kina. manyoya. alma mater. 129, 198–213 (2019).
Shi, X. et al. Mofolojia ya nanoscale na sifa za kiufundi za nyuso za polima za kibiomimetiki za lenzi za mawasiliano za silikoni hidrojeli. Langmuir 37, 13961–13967 (2021).