Ташаккур барои боздид аз Nature.com. Шумо версияи браузерро бо дастгирии маҳдуди CSS истифода мебаред. Барои беҳтарин таҷриба, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Реҷаи Мутобиқатро дар Internet Explorer ғайрифаъол кунед). Илова бар ин, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript нишон медиҳем.
Карусели се слайдро якбора нишон медиҳад. Барои гузаштан аз се слайд дар як вақт тугмаҳои "Пешина" ва "Баъдӣ"-ро истифода баред, ё барои гузаштан аз се слайд дар як вақт тугмаҳои лағжандаро дар охир истифода баред.
Бо таҳияи маводҳои нави ултранарм барои дастгоҳҳои тиббӣ ва барномаҳои биотиббӣ, тавсифи ҳамаҷонибаи хосиятҳои физикӣ ва механикии онҳо ҳам муҳим ва ҳам душвор аст. Барои тавсифи модули сатҳи хеле пасти линзаи нави контактии силиконии гидрогелии биомиметикӣ lehfilcon A, ки бо қабати сохторҳои полимерии шохадор пӯшонида шудааст, усули наноиндентатсияи микроскопияи тағйирёфтаи атомӣ (AFM) истифода шуд. Ин усул имкон медиҳад, ки нуқтаҳои тамос бидуни таъсири экструзияи часпак ҳангоми наздик шудан ба полимерҳои шохадор дақиқ муайян карда шаванд. Ғайр аз ин, он имкон медиҳад, ки хусусиятҳои механикии унсурҳои алоҳидаи хасу бе таъсири сӯрохдор муайян карда шаванд. Ин бо интихоби зонди AFM бо тарҳе (андозаи нӯг, геометрия ва суръати пружинӣ), ки махсусан барои чен кардани хосиятҳои маводҳои нарм ва намунаҳои биологӣ мувофиқ аст, ба даст оварда мешавад. Ин усул ҳассосият ва дақиқиро барои ченкунии дақиқи маводи хеле нарми lehfilcon A, ки дорои модули хеле пасти чандирӣ дар масоҳати сатҳ (то 2 кПа) ва чандирии хеле баланд дар муҳити обии дохилӣ (қариб 100%) мебошад, беҳтар мекунад. Натиҷаҳои таҳқиқоти сатҳӣ на танҳо хосиятҳои сатҳи ултранарми линзаи lehfilcon A-ро ошкор карданд, балки инчунин нишон доданд, ки модули хасуҳои полимерии шохадор бо модули субстрати кремний-гидроген қобили муқоиса аст. Ин усули тавсифи сатҳро метавон ба дигар маводҳои ултранарм ва дастгоҳҳои тиббӣ татбиқ кард.
Хусусиятҳои механикии маводҳое, ки барои тамос бо бофтаи зинда тарҳрезӣ шудаанд, аксар вақт аз ҷониби муҳити биологӣ муайян карда мешаванд. Мутобиқати комили ин хосиятҳои мавод барои ноил шудан ба хусусиятҳои клиникии дилхоҳи мавод бидуни ба вуҷуд овардани аксуламалҳои номатлуби ҳуҷайравӣ мусоидат мекунад1,2,3. Барои маводҳои якхелаи ҳаҷмӣ, тавсифи хосиятҳои механикӣ аз сабаби мавҷудияти тартиботи стандартӣ ва усулҳои санҷиш (масалан, микроиндентатсия4,5,6) нисбатан осон аст. Аммо, барои маводҳои ултранарм, ба монанди гелҳо, гидрогелҳо, биополимерҳо, ҳуҷайраҳои зинда ва ғайра, ин усулҳои санҷиш одатан аз сабаби маҳдудиятҳои ҳалли андозагирӣ ва нобаробарии баъзе маводҳо татбиқ намешаванд7. Дар тӯли солҳо, усулҳои анъанавии индентсия барои тавсифи доираи васеи маводҳои нарм тағйир дода ва мутобиқ карда шудаанд, аммо бисёр усулҳо то ҳол аз камбудиҳои ҷиддӣ азият мекашанд, ки истифодаи онҳоро маҳдуд мекунанд8,9,10,11,12,13. Набудани усулҳои махсуси санҷиш, ки метавонанд хосиятҳои механикии маводҳои супернарм ва қабатҳои рӯизаминиро дақиқ ва боэътимод тавсиф кунанд, истифодаи онҳоро дар замимаҳои гуногун хеле маҳдуд мекунад.
Дар кори қаблии худ, мо линзаи контактии lehfilcon A (CL)-ро муаррифӣ кардем, ки маводи нарми гетерогенӣ бо ҳама хосиятҳои сатҳи ултранарм, ки аз тарҳҳои эҳтимолан биомиметикӣ, ки аз сатҳи шохчаи чашм илҳом гирифта шудаанд, ба даст оварда шудаанд. Ин биоматериал бо роҳи пайванд кардани қабати полимерии шохадор ва салибпайванди поли(2-метакрилоилоксиэтилфосфорилхолин (MPC)) (PMPC) ба гидрогели силикон (SiHy) 15, ки барои дастгоҳҳои тиббӣ дар асоси он тарҳрезӣ шудааст, таҳия шудааст. Ин раванди пайвандкунӣ дар сатҳ қабатеро эҷод мекунад, ки аз сохтори хасуи полимерии шохадор ва хеле нарм иборат аст. Кори қаблии мо тасдиқ кард, ки сохтори биомиметии lehfilcon A CL хосиятҳои сатҳии аъло, аз қабили пешгирии беҳтари таршавӣ ва ифлосшавӣ, афзоиши равған ва коҳиши часпакии ҳуҷайра ва бактериявиро таъмин мекунад15,16. Илова бар ин, истифода ва таҳияи ин маводи биомиметикӣ инчунин густариши минбаъдаро ба дигар дастгоҳҳои биотиббӣ нишон медиҳад. Аз ин рӯ, тавсифи хосиятҳои сатҳии ин маводи ултранарм ва фаҳмидани таъсири мутақобилаи механикии он бо чашм барои эҷоди пойгоҳи дониши ҳамаҷониба барои дастгирии рушд ва татбиқи оянда муҳим аст. Аксари линзаҳои контактии SiHy, ки ба таври тиҷорӣ дастрасанд, аз омехтаи якхелаи полимерҳои гидрофилӣ ва гидрофобӣ иборатанд, ки сохтори якхелаи маводро ташкил медиҳанд17. Якчанд таҳқиқот барои омӯзиши хосиятҳои механикии онҳо бо истифода аз усулҳои анъанавии санҷиши фишурдасозӣ, кашиш ва микроиндентатсионӣ гузаронида шудаанд18,19,20,21. Аммо, тарҳи нави биомиметикии lehfilcon A CL онро ба маводи беназири гетерогенӣ табдил медиҳад, ки дар он хосиятҳои механикии сохторҳои хасуи полимерии шохадор аз субстрати асосии SiHy ба таври назаррас фарқ мекунанд. Аз ин рӯ, чен кардани дақиқи ин хосиятҳо бо истифода аз усулҳои анъанавӣ ва индентатсионӣ хеле душвор аст. Як усули умедбахш усули санҷиши наноиндентатсионӣ, ки дар микроскопияи қувваи атомӣ (AFM) амалӣ карда мешавад, истифода мебарад, усуле, ки барои муайян кардани хосиятҳои механикии маводҳои нарми вискоэластикӣ, ба монанди ҳуҷайраҳо ва бофтаҳои биологӣ, инчунин полимерҳои нарм22,23,24,25 истифода шудааст. ,26,27,28,29,30. Дар наноиндентатсияи AFM, асосҳои санҷиши наноиндентатсия бо навтарин пешрафтҳо дар технологияи AFM якҷоя карда мешаванд, то ҳассосияти андозагирӣ ва санҷиши доираи васеи маводҳои дорои хусусияти супернармро таъмин кунанд31,32,33,34,35,36. Илова бар ин, ин технология бартариҳои дигари муҳимро тавассути истифодаи геометрияҳои гуногун - индитер ва зонд ва имконияти санҷиш дар муҳитҳои гуногуни моеъ пешниҳод мекунад.
Наноиндентатсияи AFM-ро шартан ба се ҷузъи асосӣ тақсим кардан мумкин аст: (1) таҷҳизот (сенсорҳо, детекторҳо, зондҳо ва ғайра); (2) параметрҳои ченкунӣ (ба монанди қувва, ҷойивазкунӣ, суръат, андозаи пандус ва ғайра); (3) Коркарди маълумот (ислоҳоти ибтидоӣ, баҳодиҳии нуқтаи ламс, мувофиқати маълумот, моделсозӣ ва ғайра). Мушкилоти назарраси ин усул дар он аст, ки якчанд таҳқиқот дар адабиёт бо истифода аз наноиндентатсияи AFM натиҷаҳои миқдории хеле гуногунро барои як намуди намуна/ҳуҷайра/мавод гузориш медиҳанд37,38,39,40,41. Масалан, Лекка ва дигарон. Таъсири геометрияи зондҳои AFM ба модули Янги ченшудаи намунаҳои гидрогелҳои механикӣ якхела ва ҳуҷайраҳои гетерогенӣ омӯхта ва муқоиса карда шуд. Онҳо гузориш медиҳанд, ки арзишҳои модул аз интихоби консол ва шакли нӯг хеле вобастаанд, ки арзиши баландтарин барои зонд шакли пирамида ва арзиши пасттарин барои зондҳои сферӣ 42 аст. Ба ҳамин монанд, Селхубер-Ункел ва дигарон. Нишон дода шудааст, ки чӣ гуна суръати дохилшавӣ, андозаи дохилшавӣ ва ғафсии намунаҳои полиакриламид (PAAM) ба модули Янг, ки бо истифода аз наноиндентатсияи ACM43 чен карда мешавад, таъсир мерасонад. Омили дигари мураккаб набудани маводҳои стандартии санҷиши модули хеле паст ва тартиботи озмоишии ройгон мебошад. Ин ба даст овардани натиҷаҳои дақиқро бо эътимод хеле душвор мегардонад. Аммо, ин усул барои андозагириҳои нисбӣ ва арзёбиҳои муқоисавӣ байни намудҳои намунаҳои монанд, масалан, истифодаи наноиндентатсияи AFM барои фарқ кардани ҳуҷайраҳои муқаррарӣ аз ҳуҷайраҳои саратонӣ, хеле муфид аст 44, 45.
Ҳангоми санҷиши маводҳои нарм бо наноиндентатсияи AFM, қоидаи умумӣ истифодаи зонд бо доимии пружинаи паст (k) мебошад, ки ба модули намуна наздик аст ва нӯги нимкурӣ/мудаввар дорад, то ки зонд аввал ҳангоми тамос бо маводҳои нарм сатҳҳои намунаро сӯрох накунад. Инчунин муҳим аст, ки сигнали каҷравӣ, ки аз ҷониби зонд тавлид мешавад, ба қадри кофӣ қавӣ бошад, то аз ҷониби системаи детектори лазерӣ муайян карда шавад24,34,46,47. Дар мавриди ҳуҷайраҳо, бофтаҳо ва гелҳои ултранарми гетерогенӣ, як мушкили дигар бартараф кардани қувваи часпак байни зонд ва сатҳи намуна барои таъмини андозагирии такроршаванда ва боэътимод48,49,50 мебошад. То ба наздикӣ, аксари корҳо дар бораи наноиндентатсияи AFM ба омӯзиши рафтори механикии ҳуҷайраҳои биологӣ, бофтаҳо, гелҳо, гидрогелҳо ва биомолекулаҳо бо истифода аз зондҳои нисбатан калони сферӣ, ки одатан зондҳои коллоидӣ (CPs) номида мешаванд, нигаронида шуда буданд. , 47, 51, 52, 53, 54, 55. Ин нӯгҳо радиуси аз 1 то 50 мкм доранд ва одатан аз шишаи боросиликатӣ, полиметилметакрилат (PMMA), полистирол (PS), диоксиди кремний (SiO2) ва карбони алмосмонанд (DLC) сохта мешаванд. Гарчанде ки наноиндентатсияи CP-AFM аксар вақт интихоби аввал барои тавсифи намунаи нарм аст, он мушкилот ва маҳдудиятҳои худро дорад. Истифодаи нӯгҳои калонҳаҷми сферикӣ бо андозаи микрон майдони умумии тамос бо намунаро зиёд мекунад ва боиси талафоти назарраси қарори фазоӣ мегардад. Барои намунаҳои нарм ва ғайриҳамҷинс, ки дар он хосиятҳои механикии унсурҳои маҳаллӣ метавонанд аз миёна дар минтақаи васеътар ба таври назаррас фарқ кунанд, нӯгтенсияи CP метавонад ҳама гуна номутаносибиро дар хосиятҳо дар миқёси маҳаллӣ пинҳон кунад52. Зондҳои коллоидӣ одатан бо пайваст кардани сфераҳои коллоидии андозаи микрон ба консолҳои бе нӯг бо истифода аз часпакҳои эпоксидӣ сохта мешаванд. Худи раванди истеҳсолӣ бо мушкилоти зиёд пур аст ва метавонад ба номувофиқатӣ дар раванди калибрченкунии зонд оварда расонад. Илова бар ин, андоза ва массаи зарраҳои коллоидӣ мустақиман ба параметрҳои асосии калибрченкунии кантилевер, ба монанди басомади резонансӣ, сахтии пружинӣ ва ҳассосияти каҷшавӣ таъсир мерасонад56,57,58. Ҳамин тариқ, усулҳои маъмулан истифодашаванда барои зондҳои анъанавии AFM, ба монанди калибрченкунии ҳарорат, метавонанд калибрченкунии дақиқро барои CP таъмин накунанд ва барои анҷом додани ин ислоҳҳо усулҳои дигар лозим шуда метавонанд57, 59, 60, 61. Таҷрибаҳои маъмулии убури CP аз контилеверҳои калон барои омӯзиши хосиятҳои намунаҳои нарм истифода мебаранд, ки ҳангоми калибрченкунии рафтори ғайрихаттии кантилевер дар убури нисбатан калон мушкилоти дигареро ба вуҷуд меорад62,63,64. Усулҳои муосири убури зондҳои коллоидӣ одатан геометрияи кантилеверро, ки барои калибрченкунии зонд истифода мешавад, ба назар мегиранд, аммо таъсири зарраҳои коллоидиро нодида мегиранд, ки номуайянии иловагиро дар дақиқии усул ба вуҷуд меорад38,61. Ба ҳамин монанд, модулҳои эластикӣ, ки бо истифода аз мувофиқкунии модели тамосӣ ҳисоб карда мешаванд, мустақиман аз геометрияи зонди банди гардиш вобастаанд ва номувофиқатӣ байни хусусиятҳои нӯг ва сатҳи намуна метавонад ба нодақиқӣ оварда расонад27, 65, 66, 67, 68. Баъзе корҳои ахири Спенсер ва ҳамкорон. Омилҳое, ки ҳангоми тавсифи хасуҳои нарми полимерӣ бо истифода аз усули нанобандии CP-AFM бояд ба назар гирифта шаванд, қайд карда шудаанд. Онҳо гузориш доданд, ки нигоҳ доштани моеъи часпак дар хасуҳои полимерӣ ҳамчун функсияи суръат боиси афзоиши боркунии сар ва аз ин рӯ андозагириҳои гуногуни хосиятҳои вобаста ба суръат мегардад30,69,70,71.
Дар ин таҳқиқот, мо модули сатҳии маводи хеле нарми хеле эластикӣ lehfilcon A CL-ро бо истифода аз усули наноиндентатсияи AFM-и тағйирёфта тавсиф кардем. Бо назардошти хосиятҳо ва сохтори нави ин мавод, диапазони ҳассосияти усули анъанавии indentation барои тавсифи модули ин маводи хеле нарм нокифоя аст, аз ин рӯ истифодаи усули наноиндентатсияи AFM бо ҳассосияти баландтар ва ҳассосияти пасттар зарур аст. Пас аз баррасии камбудиҳо ва мушкилоти усулҳои мавҷудаи наноиндентатсияи зонди коллоидии AFM, мо нишон медиҳем, ки чаро мо зонди хурдтари AFM-и фармоиширо барои бартараф кардани ҳассосият, садои замина, нуқтаи тамос, чен кардани модули суръати маводҳои нарми гетерогенӣ, ба монанди вобастагии нигоҳдории моеъ, интихоб кардем. Илова бар ин, мо тавонистем шакл ва андозаҳои нӯги indentation-ро дақиқ чен кунем, ки ба мо имкон дод, ки аз модели мувофиқати конус-сфера барои муайян кардани модули эластикӣ бидуни арзёбии майдони тамос бо мавод истифода барем. Ду фарзияи пинҳонӣ, ки дар ин кор миқдорӣ карда мешаванд, хосиятҳои маводи пурра эластикӣ ва модули мустақил аз умқи indentation мебошанд. Бо истифода аз ин усул, мо аввал стандартҳои ултранармро бо модули маълум барои муайян кардани миқдорӣ санҷида, сипас ин усулро барои тавсифи сатҳҳои ду маводи гуногуни линзаҳои контактӣ истифода бурдем. Интизор меравад, ки ин усули тавсифи сатҳҳои наноиндентатсияи AFM бо ҳассосияти баланд ба доираи васеи маводҳои ултранарми биомиметикӣ ва гетерогенӣ бо эҳтимолияти истифодаи онҳо дар дастгоҳҳои тиббӣ ва барномаҳои биотиббӣ татбиқ карда шавад.
Линзаҳои контактии Lehfilcon A (Alcon, Форт-Уэрт, Техас, ИМА) ва субстратҳои гидрогелии силиконии онҳо барои таҷрибаҳои наноиндентатсия интихоб карда шуданд. Дар таҷриба васлкунии махсуси тарҳрезишудаи линза истифода шуд. Барои насб кардани линза барои санҷиш, он бодиққат дар стенди гунбазшакл ҷойгир карда шуд ва боварӣ ҳосил кард, ки ҳеҷ гуна ҳубобчаҳои ҳаво ба дарун надароянд ва сипас бо канорҳо мустаҳкам карда шуданд. Сӯрохие дар фишанги болоии дорандаи линза дастрасӣ ба маркази оптикии линзаро барои таҷрибаҳои наноиндентатсия ҳангоми нигоҳ доштани моеъ дар ҷои худ фароҳам меорад. Ин линзаҳоро пурра намнок нигоҳ медорад. 500 мкл маҳлули бастабандии линзаҳои контактӣ ҳамчун маҳлули санҷишӣ истифода шуд. Барои тасдиқи натиҷаҳои миқдорӣ, гидрогелҳои полиакриламидҳои ғайрифаъолшаванда (PAAM), ки дар тиҷорат дастрасанд, аз таркиби полиакриламид-ко-метилен-бисакриламид (100 мм Petrisoft Petri dishes, Matrigen, Irvine, CA, ИМА), ки модули маъруфи эластикии 1 кПа мебошад, омода карда шуданд. 4-5 қатра (тақрибан 125 мкл) маҳлули шӯри фосфатӣ (PBS аз Corning Life Sciences, Тьюксбери, MA, ИМА) ва 1 қатра маҳлули линзаҳои контактии OPTI-FREE Puremoist (Alcon, Vaud, TX, ИМА)-ро дар сатҳи байни AFM гидрогел-зонд истифода баред.
Намунаҳои Lehfilcon A CL ва SiHy бо истифода аз системаи микроскопи электронии сканкунии саҳроии FEI Quanta 250 (FEG SEM), ки бо детектори микроскопи электронии сканкунӣ (STEM) муҷаҳҳаз буд, визуалӣ карда шуданд. Барои тайёр кардани намунаҳо, линзаҳо аввал бо об шуста ва ба қисмҳои шакли пирог бурида шуданд. Барои ба даст овардани контрасти дифференсиалӣ байни ҷузъҳои гидрофилӣ ва гидрофобии намунаҳо, маҳлули устуворшудаи 0,10% RuO4 ҳамчун ранг истифода шуд, ки дар он намунаҳо ба муддати 30 дақиқа ғӯтонида шуданд. Рангкунии lehfilcon A CL RuO4 на танҳо барои ба даст овардани контрасти дифференсиалии беҳтар муҳим аст, балки инчунин барои нигоҳ доштани сохтори хасуҳои полимерии шохадор дар шакли аслии онҳо, ки баъдан дар тасвирҳои STEM намоён мешаванд, мусоидат мекунад. Сипас онҳо дар як қатор омехтаҳои этанол/об бо афзоиши консентратсияи этанол шуста ва хушк карда шуданд. Сипас намунаҳо бо эпоксиди EMBed 812/Araldite рехта шуданд, ки дар давоми як шабонарӯз дар ҳарорати 70°C хушк шуд. Блокҳои намунавӣ, ки тавассути полимеризатсияи қатрон ба даст оварда шудаанд, бо ултрамикротом бурида шуданд ва қисмҳои тунуки ҳосилшуда бо детектори STEM дар ҳолати вакууми паст бо шиддати суръатбахши 30 кВ визуалӣ карда шуданд. Ҳамон системаи SEM барои тавсифи муфассали зонди PFQNM-LC-A-CAL AFM (Bruker Nano, Санта Барбара, Калифорния, ИМА) истифода шуд. Тасвирҳои SEM-и зонди AFM дар ҳолати маъмулии вакууми баланд бо шиддати суръатбахши 30 кВ ба даст оварда шуданд. Тасвирҳоро дар кунҷҳо ва бузургкуниҳои гуногун ба даст оред, то ҳама тафсилоти шакл ва андозаи нӯги зонди AFM-ро сабт кунед. Ҳама андозаҳои нӯги мавриди таваҷҷӯҳ дар тасвирҳо ба таври рақамӣ чен карда шуданд.
Барои тасвир ва наноиндентатсияи намунаҳои лефилкон A CL, субстрати SiHy ва гидрогел PAAm аз микроскопи қувваи атомии Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano, Санта Барбара, Калифорния, ИМА) истифода шуд. Барои таҷрибаҳои аксбардорӣ, зонди PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) бо радиуси нӯги номиналии 1 нм барои гирифтани тасвирҳои баландсифати намуна бо суръати сканкунии 0.50 Гц истифода шуд. Ҳамаи тасвирҳо дар маҳлули обӣ гирифта шуданд.
Таҷрибаҳои наноиндентатсияи AFM бо истифода аз зонди PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) гузаронида шуданд. Зонд AFM дорои нӯги силикон дар консолҳои нитридӣ бо ғафсии 345 нм, дарозии 54 мкм ва паҳнои 4,5 мкм бо басомади резонансии 45 кГц мебошад. Он махсусан барои тавсиф ва анҷом додани андозагириҳои миқдории наномеханикӣ дар намунаҳои биологии нарм тарҳрезӣ шудааст. Сенсорҳо дар корхона бо танзимоти пружинаи пешакӣ калибршуда алоҳида калибр карда мешаванд. Константаҳои пружинаи зондҳои истифодашуда дар ин тадқиқот дар диапазони 0,05-0,1 Н/м буданд. Барои муайян кардани дақиқи шакл ва андозаи нӯг, зонд бо истифода аз SEM муфассал тавсиф карда шуд. Дар расми 1a микрографияи электронии сканерии баландсифат ва андозаи пасти зонди PFQNM-LC-A-CAL нишон дода шудааст, ки намуди куллии тарҳи зондро пешниҳод мекунад. Дар расми 1b намуди калоншудаи болои нӯги зонд нишон дода шудааст, ки дар бораи шакл ва андозаи нӯг маълумот медиҳад. Дар охири ниҳоӣ, сӯзан нимкураи диаметри тақрибан 140 нм аст (Расми 1c). Дар поён, нӯги он ба шакли конусӣ борик мешавад ва ба дарозии ченшуда тақрибан 500 нм мерасад. Берун аз минтақаи борикшавӣ, нӯги он силиндрӣ аст ва бо дарозии умумии нӯги 1,18 мкм анҷом меёбад. Ин қисми асосии функсионалии нӯги зонд мебошад. Илова бар ин, барои санҷиш ҳамчун зонд коллоидӣ бо зонди калони курашакли полистирол (PS) (Novascan Technologies, Inc., Бун, Айова, ИМА) бо диаметри нӯги 45 мкм ва доимии пружинаи 2 Н/м низ истифода шудааст. Бо зонди PFQNM-LC-A-CAL 140 нм барои муқоиса.
Гузориш дода шудааст, ки моеъ метавонад дар байни зонди AFM ва сохтори хасуи полимерӣ ҳангоми наноиндентатсия банд бошад, ки пеш аз он ки ба сатҳ расад, ба зонди AFM қувваи болоӣ таъсир мерасонад69. Ин таъсири экструзияи часпак аз сабаби нигоҳдории моеъ метавонад нуқтаи намоёни тамосро тағйир диҳад ва бо ин васила ба андозагирии модули сатҳ таъсир расонад. Барои омӯзиши таъсири геометрияи зонд ва суръати гардиш ба нигоҳдории моеъ, каҷҳои қувваи гардиш барои намунаҳои lehfilcon A CL бо истифода аз зонди диаметри 140 нм бо суръати доимии ҷойивазкунии 1 мкм/с ва 2 мкм/с кашида шуданд. Диаметри зонд 45 мкм, танзимоти қувваи собит 6 нН дар 1 мкм/с ба даст оварда шуд. Таҷрибаҳо бо зонди диаметри 140 нм бо суръати гардиш 1 мкм/с ва қувваи муқарраршудаи 300 пН гузаронида шуданд, ки барои эҷоди фишори тамос дар диапазони физиологӣ (1-8 кПа) пилки болоӣ интихоб карда шуд. фишор 72. Намунаҳои нарми тайёри гидрогели PAA бо фишори 1 кПа бо қувваи ғафсии 50 пН бо суръати 1 мкм/с бо истифода аз зонд бо диаметри 140 нм санҷида шуданд.
Азбаски дарозии қисми конуси нӯги зонди PFQNM-LC-A-CAL тақрибан 500 нм аст, барои ҳама гуна чуқурии чуқурӣ < 500 нм, бо итминон метавон тахмин кард, ки геометрияи зонд ҳангоми чуқурӣ ба шакли конуси худ содиқ мемонад. Ғайр аз ин, тахмин карда мешавад, ки сатҳи маводи зери озмоиш вокуниши чандирии баръаксшавандаро нишон медиҳад, ки дар бахшҳои зерин низ тасдиқ карда мешавад. Аз ин рӯ, вобаста ба шакл ва андозаи нӯг, мо модели мувофиқкунии конус-сфераро, ки аз ҷониби Бриско, Себастян ва Адамс таҳия шудааст ва дар нармафзори фурӯшанда дастрас аст, барои коркарди таҷрибаҳои наноиндентатсияи AFM (NanoScope) интихоб кардем. Нармафзори таҳлили маълумоти ҷудокунӣ, Bruker) 73. Модел муносибати қувва-ҷойивазкуниро F(δ) барои конус бо нуқсони нӯги сферӣ тавсиф мекунад. Дар расми 3. Дар расми 2 геометрияи тамос ҳангоми таъсири мутақобилаи конуси сахт бо нӯги курашакл нишон дода шудааст, ки дар он R радиуси нӯги курашакл, a радиуси тамос, b радиуси тамос дар охири нӯги курашакл, δ радиуси тамос аст. Чуқурии фосила, θ нимкунҷи конус аст. Тасвири SEM-и ин зонд ба таври возеҳ нишон медиҳад, ки нӯги курашакл бо диаметри 140 нм ба таври тангенсиалӣ ба конус пайваст мешавад, аз ин рӯ дар ин ҷо b танҳо тавассути R муайян карда мешавад, яъне b = R cos θ. Нармафзори аз ҷониби фурӯшанда пешниҳодшуда муносибати конус-кураро барои ҳисоб кардани арзишҳои модули Янг (E) аз маълумоти ҷудокунии қувва бо назардошти a > b пешниҳод мекунад. Муносибат:
ки дар он F қувваи гардиш, E модули Янг ва ν таносуби Пуассон аст. Радиуси тамос a-ро бо истифода аз ин ҳисоб кардан мумкин аст:
Нақшаи геометрияи тамосии конуси сахт бо нӯги курашакл, ки ба маводи линзаи контактии Lefilcon бо қабати рӯизаминии хасуҳои полимерии шохадор фишурда шудааст.
Агар a ≤ b бошад, муносибат ба муодилаи фосилаи сферии анъанавӣ кам мешавад;
Мо боварӣ дорем, ки таъсири мутақобилаи зонди дарунрав бо сохтори шохадори хасуи полимерии PMPC боиси он мегардад, ки радиуси тамос a аз радиуси тамоси курашакл b зиёдтар бошад. Аз ин рӯ, барои ҳама андозагириҳои миқдории модули чандирӣ, ки дар ин таҳқиқот анҷом дода шудаанд, мо вобастагии бадастомада барои ҳолати a > b-ро истифода бурдем.
Маводҳои биомиметии ултранарм, ки дар ин таҳқиқот омӯхта шудаанд, бо истифода аз микроскопияи электронии интиқоли сканкунӣ (STEM)-и буриши намуна ва микроскопияи қувваи атомӣ (AFM)-и сатҳ ба таври ҳамаҷониба тасвир карда шуданд. Ин тавсифи муфассали сатҳ ҳамчун идомаи кори қаблан нашршудаи мо анҷом дода шуд, ки дар он мо муайян кардем, ки сохтори хасуи полимерии шохабандии динамикии сатҳи lehfilcon A CL, ки аз ҷониби PMPC тағйир дода шудааст, хосиятҳои механикии монандро ба бофтаи аслии чашм 14 нишон медиҳад. Аз ин рӯ, мо сатҳҳои линзаҳои контактиро ҳамчун маводҳои биомиметикӣ14 меномем. Дар расми 3a,b буришҳои салибии сохторҳои хасуи полимерии шохабандии PMPC дар сатҳи субстрати lehfilcon A CL ва субстрати коркарднашудаи SiHy мутаносибан нишон дода шудаанд. Сатҳҳои ҳарду намуна бо истифода аз тасвирҳои AFM бо қарори баланд минбаъд таҳлил карда шуданд, ки натиҷаҳои таҳлили STEM-ро боз ҳам тасдиқ карданд (Расми 3c, d). Дар маҷмӯъ, ин тасвирҳо дарозии тахминии сохтори хасуи полимерии шохадори PMPC-ро дар 300-400 нм нишон медиҳанд, ки барои тафсири андозагириҳои наноиндентатсияи AFM муҳим аст. Мушоҳидаи дигари калидӣ, ки аз тасвирҳо ба даст оварда шудааст, ин аст, ки сохтори умумии сатҳи маводи биомиметикӣ CL аз ҷиҳати морфологӣ аз сохтори маводи субстрати SiHy фарқ мекунад. Ин фарқият дар морфологияи сатҳи онҳо метавонад ҳангоми таъсири мутақобилаи механикии онҳо бо зонди AFM-и ченшаванда ва баъдан дар арзишҳои модули ченшуда намоён шавад.
Тасвирҳои буриши STEM-и (a) lehfilcon A CL ва (b) субстрати SiHy. Миқёси 500 нм. Тасвирҳои AFM-и сатҳи субстрати lehfilcon A CL (c) ва субстрати асосии SiHy (d) (3 µm × 3 µm).
Полимерҳои биоилҳомбахш ва сохторҳои хасуи полимерӣ табиатан нарм буда, дар барномаҳои гуногуни биотиббӣ васеъ омӯхта ва истифода шудаанд74,75,76,77. Аз ин рӯ, истифодаи усули наноиндентатсияи AFM, ки метавонад хосиятҳои механикии онҳоро дақиқ ва боэътимод чен кунад, муҳим аст. Аммо дар айни замон, хосиятҳои беназири ин маводҳои ултранарм, ба монанди модули хеле пасти эластикӣ, миқдори зиёди моеъ ва чандирии баланд, аксар вақт интихоби мавод, шакл ва шакли дурусти андозаи зонди иҷенкунандаро душвор мегардонанд. Ин барои он муҳим аст, ки иҷентер сатҳи нарми намунаро сӯрох накунад, ки боиси хатогиҳо дар муайян кардани нуқтаи тамос бо сатҳ ва минтақаи тамос мегардад.
Барои ин, фаҳмиши ҳамаҷонибаи морфологияи маводҳои биомиметии ултранарм (lehfilcon A CL) муҳим аст. Маълумот дар бораи андоза ва сохтори хасуҳои полимерии шохадор, ки бо истифода аз усули тасвиргирӣ ба даст оварда шудаанд, асоси тавсифи механикии сатҳро бо истифода аз усулҳои наноиндентатсияи AFM фароҳам меорад. Ба ҷои зондҳои коллоидии курашакли андозаи микрон, мо зондҳои нитриди кремний PFQNM-LC-A-CAL (Bruker)-ро бо диаметри нӯги 140 нм интихоб кардем, ки махсус барои харитасозии миқдории хосиятҳои механикии намунаҳои биологӣ тарҳрезӣ шудаанд 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84 Асоси истифодаи зондҳои нисбатан тез дар муқоиса бо зондҳои коллоидии анъанавӣ метавонад бо хусусиятҳои сохтории мавод шарҳ дода шавад. Ҳангоми муқоисаи андозаи нӯги зонд (~140 нм) бо хасуҳои полимерии шохадор дар сатҳи CL lehfilcon A, ки дар расми 3a нишон дода шудааст, ба хулосае омадан мумкин аст, ки нӯги он ба қадри кофӣ калон аст, ки мустақиман бо ин сохторҳои хасу тамос гирад, ки эҳтимолияти сӯрох шудани нӯги онро кам мекунад. Барои нишон додани ин нукта, дар расми 4 тасвири STEM-и CL lehfilcon A ва нӯги дарунии зонд AFM (ба миқёс кашида шудааст) оварда шудааст.
Нақшае, ки тасвири STEM-и lehfilcon A CL ва зонди бандии ACM-ро нишон медиҳад (ба миқёс кашида шудааст).
Илова бар ин, андозаи нӯги 140 нм ба қадри кофӣ хурд аст, то аз хатари ҳама гуна таъсири экструзияи часпак, ки қаблан барои хасуҳои полимерӣ, ки бо усули наноиндентатсияи CP-AFM истеҳсол шуда буданд, гузориш дода шуда буданд, канорагирӣ кунем69,71. Мо фарз мекунем, ки аз сабаби шакли махсуси конусшакл ва андозаи нисбатан хурди ин нӯги AFM (Расми 1), хусусияти каҷи қуввае, ки аз ҷониби наноиндентатсияи lehfilcon A CL ба вуҷуд омадааст, аз суръати фосила ё суръати боркунӣ/борфарорӣ вобаста нахоҳад буд. Аз ин рӯ, ба он таъсири пороэластикӣ таъсир намерасонад. Барои санҷидани ин фарзия, намунаҳои lehfilcon A CL бо қувваи максималии муқарраршуда бо истифода аз зонди PFQNM-LC-A-CAL, балки бо ду суръати гуногун фосила карда шуданд ва каҷи қувваи кашиш ва бозпасгирии ҳосилшуда барои кашидани қувва (nN) дар ҷудокунӣ (µm) истифода шуданд, ки дар расми 5a нишон дода шудааст. Равшан аст, ки каҷхатҳои қувва ҳангоми боркунӣ ва борфарорӣ комилан бо ҳам мепайванданд ва дар расм ягон далели равшане вуҷуд надорад, ки буриши қувва дар чуқурии сифрии фосила бо суръати фосила афзоиш ёбад, ки ин нишон медиҳад, ки унсурҳои алоҳидаи хасу бе таъсири пороэластикӣ тавсиф шудаанд. Баръакс, таъсири нигоҳдории моеъ (экструзияи часпак ва таъсири пороэластикӣ) барои зонди AFM бо диаметри 45 мкм дар ҳамон суръати фосила возеҳанд ва бо гистерезис байни каҷхатҳои кашиш ва кашидашавӣ, тавре ки дар расми 5б нишон дода шудааст, равшан карда мешаванд. Ин натиҷаҳо фарзияро дастгирӣ мекунанд ва нишон медиҳанд, ки зондҳои диаметри 140 нм интихоби хуб барои тавсифи чунин сатҳҳои нарм мебошанд.
lehfilcon A Каҷхатҳои қувваи гардиши CL бо истифода аз ACM; (а) истифодаи зонд бо диаметри 140 нм дар ду суръати боркунӣ, ки набудани таъсири пороэластикиро ҳангоми гардиши сатҳ нишон медиҳад; (б) истифодаи зондҳо бо диаметри 45 µm ва 140 нм. с таъсири экструзияи часпак ва пороэластикиро барои зондҳои калон дар муқоиса бо зондҳои хурдтар нишон медиҳанд.
Барои тавсифи сатҳҳои ултранарм, усулҳои наноиндентатсияи AFM бояд беҳтарин зондро барои омӯзиши хосиятҳои маводи мавриди омӯзиш дошта бошанд. Илова бар шакл ва андозаи нӯг, ҳассосияти системаи детектори AFM, ҳассосият ба каҷравии нӯг дар муҳити озмоишӣ ва сахтии консолӣ дар муайян кардани дақиқӣ ва эътимоднокии андозагириҳои наноиндентатсия нақши муҳим мебозанд. Барои системаи AFM-и мо, ҳадди муайянкунии детектори ҳассос ба мавқеъ (PSD) тақрибан 0,5 мВ аст ва ба суръати пружинаи пешакӣ калибршуда ва ҳассосияти ҳисобшудаи каҷравии моеъи зонди PFQNM-LC-A-CAL асос ёфтааст, ки ба ҳассосияти назариявии бор мувофиқат мекунад. камтар аз 0,1 pN аст. Аз ин рӯ, ин усул имкон медиҳад, ки қувваи ҳадди ақали индентатсия ≤ 0,1 pN бидуни ягон ҷузъи садои периферӣ чен карда шавад. Аммо, барои системаи AFM коҳиш додани садои периферӣ то ин сатҳ аз сабаби омилҳо ба монанди ларзиши механикӣ ва динамикаи моеъ қариб ғайриимкон аст. Ин омилҳо ҳассосияти умумии усули наноиндентатсияи AFM-ро маҳдуд мекунанд ва инчунин боиси пайдоиши сигнали садои заминавии тақрибан ≤ 10 pN мегарданд. Барои тавсифи сатҳ, намунаҳои субстрати lehfilcon A CL ва SiHy дар шароити пурра гидратшуда бо истифода аз зонди 140 нм барои тавсифи SEM чуқур карда шуданд ва каҷхатҳои қувваи ҳосилшуда байни қувва (pN) ва фишор ҷойгир карда шуданд. Графикаи ҷудокунӣ (µm) дар расми 6a нишон дода шудааст. Дар муқоиса бо субстрати асосии SiHy, каҷхати қувваи lehfilcon A CL марҳилаи гузаришро ба таври возеҳ нишон медиҳад, ки аз нуқтаи тамос бо хасуи полимерии чангалдор оғоз мешавад ва бо тағирёбии шадиди тамос бо нишонаи нишебӣ дар нӯг бо маводи зеризаминӣ анҷом меёбад. Ин қисми гузариши каҷхати қувва рафтори воқеан чандирии хасуи полимерии шохадорро дар сатҳ нишон медиҳад, ки инро каҷхати фишурдашавӣ, ки аз каҷхати шиддат наздик аст, ва тафовут дар хосиятҳои механикӣ байни сохтори хасу ва маводи калонҳаҷми SiHy нишон медиҳад. Ҳангоми муқоисаи lefilcon. Ҷудо кардани дарозии миёнаи хасуи полимерии шохадор дар тасвири STEM-и PCS (Расми 3a) ва каҷи қувваи он дар баробари абсисса дар расми 3a. 6a нишон медиҳад, ки ин усул қодир аст нӯг ва полимери шохадорро, ки ба болои сатҳ мерасад, муайян кунад. Тамос байни сохторҳои хасу. Илова бар ин, ҳампӯшии наздики каҷи қувваи қувва нишон намедиҳад, ки таъсири нигоҳдории моеъ вуҷуд надорад. Дар ин ҳолат, байни сӯзан ва сатҳи намуна мутлақо часпидан вуҷуд надорад. Қисмҳои болоии каҷи қувваи ду намуна ҳампӯш мешаванд, ки монандӣ ва хосиятҳои механикии маводҳои зеризаминиро инъикос мекунанд.
(а) Каҷхаттаҳои қувваи наноиндентатсияи AFM барои субстратҳои lehfilcon A CL ва субстратҳои SiHy, (б) каҷхаттаҳои қувваи нишон додани арзёбии нуқтаи тамос бо истифода аз усули остонаи садои замина.
Барои омӯзиши тафсилоти нозуки каҷи қувва, каҷи шиддати намунаи lehfilcon A CL дар расми 6b бо қувваи ҳадди аксар 50 pN дар меҳвари y аз нав кашида шудааст. Ин график маълумоти муҳимро дар бораи садои заминаи аслӣ пешниҳод мекунад. Садо дар диапазони ±10 pN аст, ки барои муайян кардани дақиқи нуқтаи тамос ва ҳисоб кардани чуқурии гардиш истифода мешавад. Тавре ки дар адабиёт гузориш шудааст, муайян кардани нуқтаҳои тамос барои арзёбии дақиқи хосиятҳои мавод, ба монанди модул85, муҳим аст. Равиш, ки коркарди автоматии маълумоти каҷи қувваро дар бар мегирад, мувофиқати беҳтаршударо байни мувофиқати маълумот ва андозагириҳои миқдорӣ барои маводҳои нарм86 нишон додааст. Дар ин кор, интихоби мо аз нуқтаҳои тамос нисбатан содда ва объективӣ аст, аммо маҳдудиятҳои худро дорад. Равиши консервативии мо барои муайян кардани нуқтаи тамос метавонад боиси каме аз ҳад зиёд баҳо додани арзишҳои модул барои чуқуриҳои хурдтари гардиш (<100 нм) гардад. Истифодаи муайянкунии нуқтаҳои тамос дар асоси алгоритм ва коркарди автоматии маълумот метавонад идомаи ин кор дар оянда барои беҳтар кардани минбаъдаи усули мо бошад. Ҳамин тариқ, барои садои заминаи дохилӣ бо тартиби ±10 pN, мо нуқтаи тамосро ҳамчун нуқтаи аввалини додаҳо дар меҳвари x дар расми 6b бо арзиши ≥10 pN муайян мекунем. Сипас, мувофиқи остонаи садои 10 pN, хати амудӣ дар сатҳи ~0.27 µm нуқтаи тамос бо сатҳро нишон медиҳад, ки пас аз он каҷи кашиш то он даме, ки субстрат ба чуқурии чуқурии ~270 нм мерасад, идома меёбад. Ҷолиб он аст, ки бар асоси андозаи хусусиятҳои хасуи полимерии шохадор (300–400 нм), ки бо истифода аз усули тасвирӣ чен карда шудааст, чуқурии чуқурии CL lehfilcon. Намунае, ки бо истифода аз усули остонаи садои замина мушоҳида шудааст, тақрибан 270 нм аст, ки ба андозаи андозагирӣ бо STEM хеле наздик аст. Ин натиҷаҳо мутобиқат ва татбиқи шакл ва андозаи нӯги зонди AFM-ро барои чуқурии ин сохтори хасуи полимерии шохадори хеле нарм ва хеле чандир тасдиқ мекунанд. Ин маълумот инчунин далелҳои қавӣ барои дастгирии усули мо оид ба истифодаи садои замина ҳамчун остона барои муайян кардани нуқтаҳои тамос пешниҳод мекунад. Ҳамин тариқ, ҳама гуна натиҷаҳои миқдорие, ки аз моделсозии математикӣ ва мутобиқсозии каҷи қувва ба даст оварда шудаанд, бояд нисбатан дақиқ бошанд.
Андозагириҳои миқдорӣ бо усулҳои наноиндентатсияи AFM комилан аз моделҳои математикӣ, ки барои интихоби маълумот ва таҳлили минбаъда истифода мешаванд, вобастаанд. Аз ин рӯ, пеш аз интихоби модели мушаххас, ба назар гирифтани ҳамаи омилҳои марбут ба интихоби indenter, хосиятҳои мавод ва механикаи таъсири мутақобилаи онҳо муҳим аст. Дар ин ҳолат, геометрияи нӯг бо истифода аз микрографҳои SEM бодиққат тавсиф карда шуд (Расми 1) ва дар асоси натиҷаҳо, зонди наноиндентизатсияи AFM бо диаметри 140 нм бо конуси сахт ва геометрияи нӯги курашакл интихоби хуб барои тавсифи намунаҳои lehfilcon A CL79 мебошад. Омили дигари муҳим, ки бояд бодиққат арзёбӣ карда шавад, ин чандирии маводи полимерии санҷидашаванда мебошад. Гарчанде ки маълумоти ибтидоии наноиндентатсия (Расми 5a ва 6a) хусусиятҳои ҳампӯшии каҷхатҳои шиддат ва фишурдашавиро, яъне барқароршавии пурраи эластикии маводро ба таври возеҳ нишон медиҳанд, тасдиқи хусусияти соф эластикии тамосҳо ниҳоят муҳим аст. Барои ин, ду гардиши пайдарпай дар як макон дар сатҳи намунаи lehfilcon A CL бо суръати гардиши 1 µm/s дар шароити пурраи гидрататсия анҷом дода шуданд. Маълумоти каҷравии қувва дар расми 7 нишон дода шудааст ва, тавре ки интизор мерафт, каҷравиҳои васеъшавӣ ва фишурдашавии ду чоп қариб якхелаанд, ки чандирии баланди сохтори хасуи полимерии шохадорро нишон медиҳанд.
Ду каҷравии қувваи гардиш дар як макон дар сатҳи лефилкон. CL чандирии идеалии сатҳи линзаро нишон медиҳад.
Бар асоси маълумоти аз тасвирҳои SEM ва STEM-и нӯги зонд ва сатҳи lehfilcon A CL мутаносибан ба даст овардашуда, модели конус-сфера намояндагии оқилонаи математикии таъсири мутақобилаи байни нӯги зонд AFM ва маводи нарми полимерии санҷидашаванда мебошад. Илова бар ин, барои ин модели конус-сфера, фарзияҳои асосӣ дар бораи хосиятҳои чандирии маводи чопшуда барои ин маводи нави биомиметикӣ дурустанд ва барои чен кардани модули чандирӣ истифода мешаванд.
Пас аз арзёбии ҳамаҷонибаи усули наноиндентатсияи AFM ва ҷузъҳои он, аз ҷумла хосиятҳои зонди бандии AFM (шакл, андоза ва сахтии пружинаҳо), ҳассосият (баҳодиҳии садои замина ва нуқтаи тамос) ва моделҳои мувофиқкунии маълумот (андозаҳои модули миқдорӣ), усул истифода шуд. Намунаҳои ултранарми тиҷории дастрасро барои тасдиқи натиҷаҳои миқдорӣ тавсиф кунед. Гидрогели полиакриламиди тиҷоратӣ (PAAM) бо модули эластикии 1 кПа дар шароити гидратӣ бо истифода аз зонди 140 нм санҷида шуд. Тафсилоти санҷиши модул ва ҳисобҳо дар Маълумоти иловагӣ оварда шудаанд. Натиҷаҳо нишон доданд, ки модули миёнаи ченшуда 0.92 кПа буд ва инҳирофи %RSD ва фоиз (%) аз модули маълум камтар аз 10% буд. Ин натиҷаҳо дақиқӣ ва такроршавандагии усули наноиндентатсияи AFM-ро, ки дар ин кор барои чен кардани модулҳои маводҳои ултранарм истифода шудааст, тасдиқ мекунанд. Сатҳҳои намунаҳои lehfilcon A CL ва зерқабати асосии SiHy минбаъд бо истифода аз ҳамон усули наноиндентатсияи AFM барои омӯхтани модули тамосии зоҳирии сатҳи ултранарм ҳамчун функсияи умқи убури он тавсиф карда шуданд. Барои се намунаи ҳар як навъ (n = 3; як убури он барои як намуна) каҷхатҳои ҷудокунии қувваи убури он бо қувваи 300 pN, суръати 1 µm/s ва гидрататсияи пурра тавлид карда шуданд. Каҷхати тақсимоти қувваи убури он бо истифода аз модели конус-сфера тақриб карда шуд. Барои ба даст овардани модул вобаста ба умқи убури он, қисми 40 нм паҳнои каҷхаттаи қувва дар ҳар як афзоиши 20 нм аз нуқтаи тамос муқаррар карда шуд ва арзишҳои модул дар ҳар як қадами каҷхаттаи қувва чен карда шуданд. Спин Си ва дигарон. Барои тавсифи градиенти модули хасуҳои полимерии полимерии поли(лаурилметакрилат) (P12MA) бо истифода аз наноиндентатсияи зонди коллоидии AFM равиши монанд истифода шудааст ва онҳо бо маълумоте, ки бо истифода аз модели тамосии Hertz истифода мешаванд, мувофиқанд. Ин равиш графики модули тамоси зоҳирӣ (kPa)-ро нисбат ба умқи фосила (nm) пешниҳод мекунад, ки дар расми 8 нишон дода шудааст, ки модули тамоси зоҳирӣ/умқи градиентро нишон медиҳад. Модули эластикии ҳисобшудаи намунаи CL lehfilcon A дар диапазони 2-3 кПа дар 100 нм-и болоии намуна ҷойгир аст, ки аз он зиёдтар бо умқ афзоиш меёбад. Аз тарафи дигар, ҳангоми санҷиши субстрати асосии SiHy бе плёнкаи хасумонанд дар сатҳ, умқи максималии фосила, ки бо қувваи 300 pN ба даст оварда мешавад, камтар аз 50 нм аст ва арзиши модул, ки аз маълумот ба даст оварда шудааст, тақрибан 400 кПа аст, ки бо арзишҳои модули Янг барои маводҳои оммавӣ қобили муқоиса аст.
Модули тамосии зоҳирӣ (kPa) дар муқоиса бо чуқурии фосила (nm) барои субстратҳои lehfilcon A CL ва SiHy бо истифода аз усули наноиндентатсияи AFM бо геометрияи конус-сфера барои чен кардани модул.
Сатҳи болоии сохтори нави хасуи полимерии шохадори биомиметикӣ модули хеле пасти чандирӣ (2-3 кПа)-ро нишон медиҳад. Ин бо нӯги озоди овезоншудаи хасуи полимерии чангакдор мувофиқат мекунад, чунон ки дар тасвири STEM нишон дода шудааст. Дар ҳоле ки баъзе далелҳо дар бораи градиенти модул дар канори берунии CL мавҷуданд, субстрати асосии модули баланд таъсирбахштар аст. Бо вуҷуди ин, 100 нм-и болоии сатҳ дар ҳудуди 20% дарозии умумии хасуи полимерии шохадор ҷойгир аст, аз ин рӯ, мантиқӣ аст, ки арзишҳои ченшудаи модул дар ин диапазони умқи чуқурӣ нисбатан дақиқанд ва аз таъсири объекти поёнӣ сахт вобаста нестанд.
Аз сабаби тарҳи беназири биомиметикии линзаҳои контактии lehfilcon A, ки аз сохторҳои хасуи полимерии шохадори PMPC, ки ба сатҳи субстратҳои SiHy пайванд карда шудаанд, иборат аст, тавсифи боэътимоди хосиятҳои механикии сохторҳои сатҳии онҳо бо истифода аз усулҳои анъанавии андозагирӣ хеле душвор аст. Дар ин ҷо мо усули пешрафтаи наноиндентатсияи AFM-ро барои тавсифи дақиқи маводҳои ултранарм, ба монанди лефилкон A бо миқдори зиёди об ва чандирии бениҳоят баланд пешниҳод менамоем. Ин усул ба истифодаи зонди AFM асос ёфтааст, ки андозаи нӯги он ва геометрияи он бодиққат интихоб карда мешавад, то ба андозаҳои сохтории хусусиятҳои сатҳи ултранарм, ки бояд чоп карда шаванд, мувофиқат кунад. Ин омезиши андозаҳо байни зонд ва сохтор ҳассосияти баландро таъмин мекунад ва ба мо имкон медиҳад, ки модули паст ва хосиятҳои чандирии дохилии унсурҳои хасуи полимерии шохадорро новобаста аз таъсири сӯрохдор чен кунем. Натиҷаҳо нишон доданд, ки хасуҳои полимерии шохадори PMPC, ки хоси сатҳи линза мебошанд, ҳангоми санҷидан дар муҳити обӣ модули эластикии бениҳоят паст (то 2 кПа) ва чандирии хеле баланд (қариб 100%) доштанд. Натиҷаҳои наноиндентатсияи AFM инчунин ба мо имкон доданд, ки градиенти зоҳирии тамос/умри сатҳи линзаи биомиметикӣ (30 кПа/200 нм)-ро тавсиф кунем. Ин градиент метавонад аз сабаби фарқияти модул байни хасуҳои полимерии шохадор ва субстрати SiHy ё сохтори шохадор/зичии хасуҳои полимерӣ ё омезиши онҳо бошад. Аммо, барои пурра фаҳмидани робитаи байни сохтор ва хосиятҳо, махсусан таъсири шохабандии хасу ба хосиятҳои механикӣ, таҳқиқоти амиқтар лозиманд. Андозагириҳои монанд метавонанд барои тавсифи хосиятҳои механикии сатҳи дигар маводҳои ултранарм ва дастгоҳҳои тиббӣ кӯмак расонанд.
Маҷмӯаҳои маълумоте, ки дар давоми таҳқиқоти ҷорӣ тавлид ва/ё таҳлил шудаанд, бо дархости оқилона аз муаллифони дахлдор дастрасанд.
Раҳмати, М., Силва, Э.А., Реселанд, Ҷ.Е., Ҳейвард, К. ва Ҳауген, Ҳ.Ҷ. Аксуламалҳои биологӣ ба хосиятҳои физикӣ ва химиявии сатҳҳои биоматериалҳо. Ҷамъияти кимиёвӣ. Нашр. 49, 5178–5224 (2020).
Чен, ФМ ва Лю, Х. Беҳтар кардани биоматериалҳои аз инсон гирифташуда барои муҳандисии бофтаҳо. барномасозӣ. полимер. илм. 53, 86 (2016).
Сэдтлер, К. ва дигарон. Тарроҳӣ, татбиқи клиникӣ ва вокуниши иммунии биоматериалҳо дар тибби барқароркунанда. National Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Оливер В.К. ва Фарр Г.М. Усули такмилёфта барои муайян кардани сахтӣ ва модули эластикӣ бо истифода аз таҷрибаҳои фосилавӣ бо андозагирии сарборӣ ва ҷойивазкунӣ. J. Alma mater. зарфи нигоҳдорӣ. 7, 1564–1583 (2011).
Уолли, С.М. Пайдоиши таърихии санҷиши сахтии ғафсӣ. донишгоҳи олӣ. илм. технологияҳо. 28, 1028–1044 (2012).
Бройтман, Э. Андозагирии сахтии чуқурӣ дар миқёси макро, микро ва нано: Шарҳи интиқодӣ. Райт. 65, 1–18 (2017).
Кауфман, Ҷ.Д. ва Клапперих, С.М. Хатогиҳои муайянкунии сатҳӣ боиси аз ҳад зиёд баҳодиҳии модулӣ дар наноиндентатсияи маводҳои нарм мегарданд. Ҷ. Меха. Бехаракат. Илми биотиббӣ. alma mater. 2, 312–317 (2009).
Каримзода А., Колоор ССР, Оятуллоҳӣ М.Р., Бушроа А.Р. ва Яҳё М.Ю. Арзёбии усули наноиндентатсия барои муайян кардани хусусиятҳои механикии нанокомпозитҳои гетерогенӣ бо истифода аз усулҳои таҷрибавӣ ва ҳисоббарорӣ. илм. Хонаи 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, ва Owart, TS Тавсифи механикии гелҳои нарми вискоэластикӣ тавассути таҳлили унсурҳои ниҳоӣ баръакс дар асоси оптимизатсия. J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 355–363 (2009).
Эндрюс Ҷ.В., Боуэн Ҷ. ва Шанелер Д. Беҳсозии муайянкунии часпакӣ бо истифода аз системаҳои андозагирии мувофиқ. Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Бриско, БҶ, Фиори, Л. ва Пеллилло, Э. Наноиндентатсияи сатҳҳои полимерӣ. Ҷ. Физика. Д. Apply for physics. 31, 2395 (1998).
Мияйлович А.С., Тсин Б., Фортунато Д. ва Ван Влиет К.Ҷ. Тавсифи хосиятҳои механикии часпак-эластикии полимерҳои хеле эластикӣ ва бофтаҳои биологӣ бо истифода аз усули зарбазанӣ. Маҷаллаи биоматериалҳо. 71, 388–397 (2018).
Перепелкин Н.В., Ковалев А.Е., Горб С.Н., Бородич Ф.М. Арзёбии модули эластикӣ ва кори часпиши маводҳои нарм бо истифода аз усули васеъшудаи Бородич-Галанов (Б.Г.) ва чуқуркунии амиқ. курку. алма матер. 129, 198–213 (2019).
Ши, Х. ва дигарон. Морфологияи наномасштабӣ ва хосиятҳои механикии сатҳҳои полимерии биомиметикӣ барои линзаҳои контактии силикони гидрогелӣ. Лэнгмюр 37, 13961–13967 (2021).