ขอบคุณที่เข้าชม Nature.com คุณกำลังใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันที่มีการรองรับ CSS จำกัด เพื่อประสบการณ์การใช้งานที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันล่าสุด (หรือปิดโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) นอกจากนี้ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าเว็บไซต์จะได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจึงแสดงเว็บไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
แสดงภาพสไลด์สามภาพพร้อมกัน ใช้ปุ่ม "ก่อนหน้า" และ "ถัดไป" เพื่อเลื่อนดูสไลด์ทีละสามภาพ หรือใช้ปุ่มเลื่อนที่ด้านท้ายเพื่อเลื่อนดูสไลด์ทีละสามภาพ
ด้วยการพัฒนาวัสดุที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษชนิดใหม่สำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์และการใช้งานทางชีวการแพทย์ การวิเคราะห์คุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลอย่างครอบคลุมจึงมีความสำคัญและท้าทาย เทคนิคการกดแบบนาโนด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) ที่ได้รับการดัดแปลงถูกนำมาใช้เพื่อวิเคราะห์ค่าโมดูลัสพื้นผิวที่ต่ำมากของคอนแทคเลนส์ซิลิโคนไฮโดรเจลเลียนแบบชีวภาพเลห์ฟิลคอน เอ ที่เคลือบด้วยชั้นโครงสร้างแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนง วิธีนี้ช่วยให้สามารถกำหนดจุดสัมผัสได้อย่างแม่นยำโดยไม่ได้รับผลกระทบจากการอัดรีดหนืดเมื่อเข้าใกล้พอลิเมอร์แบบแตกแขนง นอกจากนี้ยังทำให้สามารถกำหนดลักษณะเชิงกลขององค์ประกอบแปรงแต่ละส่วนได้โดยไม่ได้รับผลกระทบจากความยืดหยุ่นของรูพรุน ซึ่งทำได้โดยการเลือกหัววัด AFM ที่มีการออกแบบ (ขนาดปลาย รูปทรง และอัตราสปริง) ที่เหมาะสมเป็นพิเศษสำหรับการวัดคุณสมบัติของวัสดุอ่อนนุ่มและตัวอย่างทางชีวภาพ วิธีนี้ช่วยเพิ่มความไวและความแม่นยำสำหรับการวัดวัสดุเลห์ฟิลคอน เอ ที่อ่อนนุ่มมากได้อย่างแม่นยำ ซึ่งมีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นต่ำมากบนพื้นผิว (สูงถึง 2 kPa) และมีความยืดหยุ่นสูงมากในสภาพแวดล้อมภายในที่เป็นน้ำ (เกือบ 100%) ผลการศึกษาพื้นผิวไม่เพียงแต่เผยให้เห็นคุณสมบัติพื้นผิวที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษของเลนส์เลห์ฟิลคอน เอ เท่านั้น แต่ยังแสดงให้เห็นว่าโมดูลัสของแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนงนั้นเทียบได้กับโมดูลัสของพื้นผิวซิลิคอน-ไฮโดรเจน เทคนิคการวิเคราะห์ลักษณะพื้นผิวนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับวัสดุที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษและอุปกรณ์ทางการแพทย์อื่นๆ ได้
คุณสมบัติทางกลของวัสดุที่ออกแบบมาเพื่อสัมผัสโดยตรงกับเนื้อเยื่อที่มีชีวิตมักถูกกำหนดโดยสภาพแวดล้อมทางชีวภาพ การจับคู่คุณสมบัติของวัสดุเหล่านี้อย่างสมบูรณ์แบบจะช่วยให้ได้คุณลักษณะทางคลินิกที่ต้องการของวัสดุโดยไม่ก่อให้เกิดการตอบสนองของเซลล์ที่ไม่พึงประสงค์1,2,3 สำหรับวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันในปริมาณมาก การกำหนดคุณสมบัติทางกลทำได้ค่อนข้างง่ายเนื่องจากมีขั้นตอนและวิธีการทดสอบมาตรฐาน (เช่น การทดสอบการกดแบบไมโคร)4,5,6 อย่างไรก็ตาม สำหรับวัสดุที่อ่อนนุ่มมาก เช่น เจล ไฮโดรเจล ไบโอโพลีเมอร์ เซลล์ที่มีชีวิต ฯลฯ วิธีการทดสอบเหล่านี้โดยทั่วไปไม่สามารถนำมาใช้ได้เนื่องจากข้อจำกัดด้านความละเอียดในการวัดและความไม่สม่ำเสมอของวัสดุบางชนิด7 ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา วิธีการกดแบบดั้งเดิมได้รับการดัดแปลงและปรับปรุงเพื่อกำหนดคุณสมบัติของวัสดุที่อ่อนนุ่มหลากหลายชนิด แต่หลายวิธียังคงมีข้อบกพร่องร้ายแรงที่จำกัดการใช้งาน8,9,10,11,12,13 การขาดวิธีการทดสอบเฉพาะทางที่สามารถกำหนดคุณสมบัติทางกลของวัสดุที่อ่อนนุ่มมากและชั้นผิวได้อย่างแม่นยำและเชื่อถือได้นั้นจำกัดการใช้งานในแอปพลิเคชันต่างๆ อย่างมาก
ในงานวิจัยก่อนหน้านี้ เราได้แนะนำคอนแทคเลนส์เลห์ฟิลคอน เอ (CL) ซึ่งเป็นวัสดุเนื้อนุ่มที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน โดยมีคุณสมบัติพื้นผิวที่นุ่มเป็นพิเศษซึ่งได้มาจากการออกแบบเลียนแบบทางชีวภาพที่ได้รับแรงบันดาลใจจากพื้นผิวของกระจกตา วัสดุชีวภาพนี้ได้รับการพัฒนาโดยการปลูกถ่ายชั้นพอลิเมอร์แบบกิ่งก้านสาขาที่เชื่อมโยงกันของโพลี(2-เมทาคริลอยลอกซีเอทิลฟอสโฟริลโคลีน (MPC)) (PMPC) ลงบนซิลิโคนไฮโดรเจล (SiHy) 15 ที่ออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ กระบวนการปลูกถ่ายนี้สร้างชั้นบนพื้นผิวที่ประกอบด้วยโครงสร้างแปรงพอลิเมอร์แบบกิ่งก้านสาขาที่นุ่มมากและยืดหยุ่นสูง งานวิจัยก่อนหน้านี้ของเราได้ยืนยันแล้วว่าโครงสร้างเลียนแบบทางชีวภาพของคอนแทคเลนส์เลห์ฟิลคอน เอ ให้คุณสมบัติพื้นผิวที่เหนือกว่า เช่น การเปียกที่ดีขึ้นและการป้องกันการเกาะติดของสิ่งสกปรก การหล่อลื่นที่เพิ่มขึ้น และการลดการยึดเกาะของเซลล์และแบคทีเรีย15,16 นอกจากนี้ การใช้งานและการพัฒนาวัสดุเลียนแบบทางชีวภาพนี้ยังชี้ให้เห็นถึงการขยายไปสู่อุปกรณ์ทางการแพทย์อื่นๆ อีกด้วย ดังนั้น จึงเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องศึกษาลักษณะเฉพาะของคุณสมบัติพื้นผิวของวัสดุที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษนี้ และทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ทางกลกับดวงตา เพื่อสร้างฐานความรู้ที่ครอบคลุมเพื่อสนับสนุนการพัฒนาและการใช้งานในอนาคต คอนแทคเลนส์ SiHy ที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันของพอลิเมอร์ที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำซึ่งก่อตัวเป็นโครงสร้างวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกัน17 มีการศึกษาหลายครั้งที่ดำเนินการเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติทางกลโดยใช้วิธีการทดสอบการบีบอัด การดึง และการกดขนาดเล็กแบบดั้งเดิม18,19,20,21 อย่างไรก็ตาม การออกแบบเลียนแบบชีวภาพแบบใหม่ของคอนแทคเลนส์ lehfilcon A ทำให้เป็นวัสดุที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีเอกลักษณ์เฉพาะ ซึ่งคุณสมบัติทางกลของโครงสร้างแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนงแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากคุณสมบัติของพื้นผิว SiHy ดังนั้น จึงเป็นเรื่องยากมากที่จะวัดปริมาณคุณสมบัติเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำโดยใช้วิธีการแบบดั้งเดิมและการกด วิธีการที่น่าสนใจวิธีหนึ่งคือการใช้เทคนิคการทดสอบการกดแบบนาโน (nanoindentation) ที่นำมาใช้ในกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) ซึ่งเป็นวิธีการที่ใช้ในการกำหนดคุณสมบัติทางกลของวัสดุที่มีความยืดหยุ่นและหนืด เช่น เซลล์และเนื้อเยื่อทางชีวภาพ รวมถึงพอลิเมอร์อ่อน22,23,24,25,26,27,28,29,30 ในการกดแบบนาโนด้วย AFM นั้น หลักการพื้นฐานของการทดสอบการกดแบบนาโนจะถูกรวมเข้ากับความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยี AFM เพื่อเพิ่มความไวในการวัดและการทดสอบวัสดุที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษได้หลากหลายชนิด31,32,33,34,35,36 นอกจากนี้ เทคโนโลยีนี้ยังมีข้อดีที่สำคัญอื่นๆ อีกมากมาย เช่น การใช้รูปทรงของหัวกดและหัววัดที่แตกต่างกัน และความเป็นไปได้ในการทดสอบในตัวกลางของเหลวต่างๆ
การกดแบบนาโนด้วย AFM สามารถแบ่งออกเป็น 3 ส่วนประกอบหลักได้โดยประมาณ: (1) อุปกรณ์ (เซนเซอร์, ดีเทคเตอร์, โพรบ ฯลฯ); (2) พารามิเตอร์การวัด (เช่น แรง, การกระจัด, ความเร็ว, ขนาดทางลาด ฯลฯ); (3) การประมวลผลข้อมูล (การแก้ไขเส้นฐาน, การประมาณจุดสัมผัส, การปรับข้อมูล, การสร้างแบบจำลอง ฯลฯ) ปัญหาสำคัญของวิธีนี้คือ งานวิจัยหลายชิ้นในวรรณกรรมที่ใช้การกดแบบนาโนด้วย AFM รายงานผลลัพธ์เชิงปริมาณที่แตกต่างกันมากสำหรับตัวอย่าง/เซลล์/วัสดุประเภทเดียวกัน37,38,39,40,41 ตัวอย่างเช่น Lekka et al. ได้ศึกษาและเปรียบเทียบอิทธิพลของรูปทรงเรขาคณิตของโพรบ AFM ต่อค่าโมดูลัสของ Young ที่วัดได้ของตัวอย่างไฮโดรเจลที่เป็นเนื้อเดียวกันทางกลและเซลล์ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน พวกเขารายงานว่าค่าโมดูลัสขึ้นอยู่กับการเลือกแคนติเลเวอร์และรูปร่างของปลายโพรบอย่างมาก โดยมีค่าสูงสุดสำหรับโพรบรูปพีระมิดและค่าต่ำสุด 42 สำหรับโพรบทรงกลม ในทำนองเดียวกัน Selhuber-Unkel et al. มีการแสดงให้เห็นแล้วว่าความเร็วของหัวกด ขนาดของหัวกด และความหนาของตัวอย่างโพลีอะคริลาไมด์ (PAAM) มีผลต่อค่าโมดูลัสของยังที่วัดได้ด้วยการกดแบบนาโน ACM43 ปัจจัยที่ทำให้เกิดความซับซ้อนอีกประการหนึ่งคือการขาดวัสดุทดสอบโมดูลัสต่ำมากที่เป็นมาตรฐานและขั้นตอนการทดสอบฟรี ทำให้ยากมากที่จะได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำและน่าเชื่อถือ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีประโยชน์มากสำหรับการวัดเชิงสัมพัทธ์และการประเมินเปรียบเทียบระหว่างตัวอย่างประเภทที่คล้ายกัน ตัวอย่างเช่น การใช้การกดแบบนาโน AFM เพื่อแยกแยะเซลล์ปกติออกจากเซลล์มะเร็ง 44, 45
เมื่อทำการทดสอบวัสดุอ่อนด้วยการทดสอบการกดแบบนาโนด้วย AFM กฎทั่วไปคือการใช้หัววัดที่มีค่าคงที่สปริง (k) ต่ำ ซึ่งใกล้เคียงกับค่าโมดูลัสของตัวอย่าง และปลายหัววัดทรงครึ่งวงกลม/ทรงกลม เพื่อไม่ให้หัววัดทะลุพื้นผิวตัวอย่างเมื่อสัมผัสกับวัสดุอ่อนเป็นครั้งแรก นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งสำคัญที่สัญญาณการเบี่ยงเบนที่เกิดจากหัววัดจะต้องมีความแรงเพียงพอที่จะตรวจจับได้โดยระบบตรวจจับเลเซอร์24,34,46,47 ในกรณีของเซลล์ เนื้อเยื่อ และเจลที่อ่อนนุ่มมากและไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการเอาชนะแรงยึดเกาะระหว่างหัววัดและพื้นผิวตัวอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดสามารถทำซ้ำได้และเชื่อถือได้48,49,50 จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ งานวิจัยส่วนใหญ่เกี่ยวกับการทดสอบการกดแบบนาโนด้วย AFM มุ่งเน้นไปที่การศึกษาพฤติกรรมทางกลของเซลล์ชีวภาพ เนื้อเยื่อ เจล ไฮโดรเจล และโมเลกุลชีวภาพโดยใช้หัววัดทรงกลมขนาดค่อนข้างใหญ่ ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าหัววัดคอลลอยด์ (CPs) 47, 51, 52, 53, 54, 55 ปลายหัววัดเหล่านี้มีรัศมี 1 ถึง 50 µm และโดยทั่วไปทำจากแก้วบอโรซิลิเกต โพลีเมทิลเมทาคริเลต (PMMA) โพลีสไตรีน (PS) ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) และคาร์บอนคล้ายเพชร (DLC) แม้ว่าการกดแบบนาโนด้วย CP-AFM มักเป็นตัวเลือกแรกสำหรับการวิเคราะห์ตัวอย่างที่อ่อนนุ่ม แต่ก็มีปัญหาและข้อจำกัดของตัวเอง การใช้ปลายทรงกลมขนาดใหญ่ระดับไมครอนจะเพิ่มพื้นที่สัมผัสทั้งหมดของปลายกับตัวอย่างและส่งผลให้ความละเอียดเชิงพื้นที่ลดลงอย่างมาก สำหรับตัวอย่างที่อ่อนนุ่มและไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งคุณสมบัติทางกลขององค์ประกอบเฉพาะที่อาจแตกต่างจากค่าเฉลี่ยในพื้นที่ที่กว้างกว่าอย่างมีนัยสำคัญ การกดแบบ CP อาจซ่อนความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในคุณสมบัติในระดับท้องถิ่นได้52 โดยทั่วไปแล้วหัววัดแบบคอลลอยด์จะทำโดยการติดทรงกลมคอลลอยด์ขนาดไมครอนเข้ากับคานยื่นที่ไม่มีปลายโดยใช้กาวอีพ็อกซี กระบวนการผลิตนั้นเต็มไปด้วยปัญหามากมายและอาจนำไปสู่ความไม่สอดคล้องกันในกระบวนการสอบเทียบหัววัด นอกจากนี้ ขนาดและมวลของอนุภาคคอลลอยด์ยังส่งผลโดยตรงต่อพารามิเตอร์การสอบเทียบหลักของคานยื่น เช่น ความถี่เรโซแนนซ์ ความแข็งของสปริง และความไวต่อการเบี่ยงเบน56,57,58 ดังนั้น วิธีการที่ใช้กันทั่วไปสำหรับหัววัด AFM แบบดั้งเดิม เช่น การสอบเทียบอุณหภูมิ อาจไม่ให้การสอบเทียบที่แม่นยำสำหรับ CP และอาจต้องใช้วิธีการอื่นในการแก้ไขเหล่านี้57, 59, 60, 61 การทดลองการกดหัววัด CP ทั่วไปใช้คานยื่นที่มีการเบี่ยงเบนมากเพื่อศึกษาคุณสมบัติของตัวอย่างที่อ่อนนุ่ม ซึ่งสร้างปัญหาอีกประการหนึ่งเมื่อสอบเทียบพฤติกรรมที่ไม่เป็นเชิงเส้นของคานยื่นที่การเบี่ยงเบนค่อนข้างมาก62,63,64 วิธีการกดหัววัดคอลลอยด์สมัยใหม่มักจะคำนึงถึงรูปทรงเรขาคณิตของคานยื่นที่ใช้ในการสอบเทียบหัววัด แต่ละเลยอิทธิพลของอนุภาคคอลลอยด์ ซึ่งสร้างความไม่แน่นอนเพิ่มเติมในความแม่นยำของวิธีการ38,61 ในทำนองเดียวกัน ค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นที่คำนวณโดยการปรับแบบจำลองการสัมผัสจะขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของหัววัดการกดโดยตรง และความไม่ตรงกันระหว่างลักษณะปลายหัววัดและพื้นผิวตัวอย่างอาจนำไปสู่ความไม่แม่นยำได้27, 65, 66, 67, 68 งานวิจัยล่าสุดบางส่วนโดย Spencer et al. ได้เน้นถึงปัจจัยที่ควรนำมาพิจารณาเมื่อทำการวัดลักษณะของแปรงพอลิเมอร์อ่อนโดยใช้วิธีการกดแบบนาโน CP-AFM พวกเขารายงานว่าการกักเก็บของเหลวหนืดในแปรงพอลิเมอร์เป็นฟังก์ชันของความเร็ว ส่งผลให้ภาระที่หัววัดเพิ่มขึ้น และด้วยเหตุนี้จึงทำให้การวัดคุณสมบัติที่ขึ้นอยู่กับความเร็วแตกต่างกัน30,69,70,71
ในการศึกษาครั้งนี้ เราได้หาค่าโมดูลัสพื้นผิวของวัสดุที่อ่อนนุ่มและยืดหยุ่นสูงอย่างเลห์ฟิลคอน เอ แอลแอล โดยใช้วิธีการนาโนอินเดนเทชันด้วยเครื่อง AFM ที่ได้รับการดัดแปลง เนื่องจากคุณสมบัติและโครงสร้างใหม่ของวัสดุนี้ ช่วงความไวของวิธีการอินเดนเทชันแบบดั้งเดิมจึงไม่เพียงพอที่จะหาค่าโมดูลัสของวัสดุที่อ่อนนุ่มมากนี้ได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้วิธีการนาโนอินเดนเทชันด้วยเครื่อง AFM ที่มีความไวสูงกว่าและระดับความไวต่ำกว่า หลังจากทบทวนข้อบกพร่องและปัญหาของเทคนิคการนาโนอินเดนเทชันด้วยหัววัด AFM แบบคอลลอยด์ที่มีอยู่แล้ว เราได้แสดงให้เห็นว่าทำไมเราจึงเลือกใช้หัววัด AFM ขนาดเล็กที่ออกแบบเองเพื่อลดความไว เสียงรบกวนพื้นหลัง ระบุจุดสัมผัส วัดโมดูลัสความเร็วของวัสดุที่อ่อนนุ่มและไม่เป็นเนื้อเดียวกัน เช่น การพึ่งพาการกักเก็บของเหลว และการหาปริมาณที่แม่นยำ นอกจากนี้ เรายังสามารถวัดรูปร่างและขนาดของปลายหัววัดได้อย่างแม่นยำ ทำให้เราสามารถใช้แบบจำลองการปรับแบบกรวย-ทรงกลมเพื่อกำหนดค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นโดยไม่ต้องประเมินพื้นที่สัมผัสของปลายหัววัดกับวัสดุ ข้อสมมติฐานโดยนัยสองประการที่ถูกวัดปริมาณในงานวิจัยนี้ ได้แก่ คุณสมบัติของวัสดุที่มีความยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์ และค่าโมดูลัสที่ไม่ขึ้นกับความลึกของการกด โดยใช้วิธีนี้ เราได้ทดสอบวัสดุมาตรฐานที่อ่อนนุ่มมากซึ่งมีค่าโมดูลัสที่ทราบแล้ว เพื่อวัดปริมาณของวิธีการ จากนั้นจึงใช้วิธีนี้ในการวิเคราะห์ลักษณะพื้นผิวของวัสดุเลนส์สัมผัสสองชนิดที่แตกต่างกัน คาดว่าวิธีการวิเคราะห์ลักษณะพื้นผิวด้วยการกดแบบนาโนด้วย AFM ที่มีความไวสูงขึ้นนี้ จะสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับวัสดุที่อ่อนนุ่มมากแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันที่เลียนแบบชีวภาพได้หลากหลายชนิด ซึ่งมีศักยภาพในการใช้งานในอุปกรณ์ทางการแพทย์และการประยุกต์ใช้ทางชีวการแพทย์
เลือกใช้คอนแทคเลนส์ Lehfilcon A (Alcon, Fort Worth, Texas, USA) และสารตั้งต้นไฮโดรเจลซิลิโคนสำหรับใช้ในการทดลองนาโนอินเดนเทชัน ใช้แท่นวางเลนส์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษในการทดลอง ในการติดตั้งเลนส์เพื่อทดสอบ วางเลนส์ลงบนแท่นวางรูปโดมอย่างระมัดระวัง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีฟองอากาศเข้าไปข้างใน แล้วจึงยึดขอบเลนส์ให้แน่น รูที่ด้านบนของแท่นวางเลนส์ช่วยให้เข้าถึงจุดศูนย์กลางทางแสงของเลนส์สำหรับการทดลองนาโนอินเดนเทชัน ในขณะที่ยังคงรักษาของเหลวไว้ ซึ่งทำให้เลนส์ชุ่มชื้นอยู่เสมอ ใช้สารละลายบรรจุภัณฑ์คอนแทคเลนส์ 500 ไมโครลิตรเป็นสารละลายทดสอบ เพื่อตรวจสอบผลลัพธ์เชิงปริมาณ เตรียมไฮโดรเจลโพลีอะคริลาไมด์ (PAAM) ที่ไม่ผ่านการกระตุ้นซึ่งมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ จากส่วนประกอบของโพลีอะคริลาไมด์-โค-เมทิลีน-บิสอะคริลาไมด์ (จานเพาะเชื้อ Petrisoft ขนาด 100 มม., Matrigen, Irvine, CA, USA) ซึ่งมีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นที่ทราบแล้วคือ 1 kPa ใช้สารละลายฟอสเฟตบัฟเฟอร์ (PBS จาก Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, USA) จำนวน 4-5 หยด (ประมาณ 125 ไมโครลิตร) และน้ำยาล้างคอนแทคเลนส์ OPTI-FREE Puremoist (Alcon, Vaud, TX, USA) จำนวน 1 หยด บริเวณรอยต่อระหว่างไฮโดรเจลกับหัววัด AFM
ตัวอย่างของพื้นผิว Lehfilcon A CL และ SiHy ถูกตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (FEG SEM) รุ่น FEI Quanta 250 ที่ติดตั้งตัวตรวจจับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนและส่งผ่าน (STEM) ในการเตรียมตัวอย่าง ขั้นแรกเลนส์จะถูกล้างด้วยน้ำและตัดเป็นชิ้นรูปทรงลิ่ม เพื่อให้ได้ความแตกต่างของคอนทราสต์ระหว่างส่วนประกอบที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำของตัวอย่าง จึงใช้สารละลาย RuO4 ที่เสถียร 0.10% เป็นสีย้อม โดยแช่ตัวอย่างไว้เป็นเวลา 30 นาที การย้อมสี Lehfilcon A CL ด้วย RuO4 มีความสำคัญไม่เพียงแต่เพื่อให้ได้ความแตกต่างของคอนทราสต์ที่ดีขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยรักษาสภาพโครงสร้างของแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนงให้อยู่ในรูปแบบดั้งเดิม ซึ่งจะมองเห็นได้ในภาพ STEM จากนั้นตัวอย่างจะถูกล้างและทำให้แห้งในชุดของส่วนผสมเอทานอล/น้ำที่มีความเข้มข้นของเอทานอลเพิ่มขึ้น ตัวอย่างจะถูกหล่อด้วยอีพ็อกซี่ EMBed 812/Araldite แล้วบ่มข้ามคืนที่อุณหภูมิ 70°C ตัวอย่างบล็อกที่ได้จากการพอลิเมอไรเซชันของเรซินถูกตัดด้วยเครื่องอัลตราไมโครโทม และส่วนตัดบางๆ ที่ได้ถูกตรวจสอบด้วยเครื่องตรวจจับ STEM ในโหมดสุญญากาศต่ำที่แรงดันเร่ง 30 kV ระบบ SEM เดียวกันนี้ถูกใช้สำหรับการตรวจสอบรายละเอียดของหัววัด AFM รุ่น PFQNM-LC-A-CAL (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) ภาพ SEM ของหัววัด AFM ถูกถ่ายในโหมดสุญญากาศสูงทั่วไปที่แรงดันเร่ง 30 kV ถ่ายภาพที่มุมและกำลังขยายต่างๆ เพื่อบันทึกรายละเอียดทั้งหมดของรูปร่างและขนาดของปลายหัววัด AFM ขนาดปลายหัววัดทั้งหมดที่สนใจในภาพถูกวัดแบบดิจิทัล
ใช้กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) ในโหมด “PeakForce QNM in Fluid” ในการตรวจสอบและกดตัวอย่าง Lehfilcon A CL, สารตั้งต้น SiHy และไฮโดรเจล PAAm ในระดับนาโน สำหรับการทดลองถ่ายภาพ ใช้หัววัด PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) ที่มีรัศมีปลายหัววัดประมาณ 1 นาโนเมตร เพื่อบันทึกภาพความละเอียดสูงของตัวอย่างที่อัตราการสแกน 0.50 เฮิรตซ์ ภาพทั้งหมดถ่ายในสารละลายน้ำ
การทดลองการกดแบบนาโนด้วย AFM ดำเนินการโดยใช้หัววัด PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) หัววัด AFM นี้มีปลายซิลิคอนบนคานไนไตรด์หนา 345 นาโนเมตร ยาว 54 ไมโครเมตร และกว้าง 4.5 ไมโครเมตร โดยมีความถี่เรโซแนนซ์ 45 kHz ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อใช้ในการกำหนดลักษณะและทำการวัดเชิงปริมาณทางกลระดับนาโนบนตัวอย่างทางชีวภาพที่อ่อนนุ่ม เซ็นเซอร์ได้รับการสอบเทียบทีละตัวจากโรงงานด้วยการตั้งค่าสปริงที่สอบเทียบไว้ล่วงหน้า ค่าคงที่สปริงของหัววัดที่ใช้ในการศึกษานี้อยู่ในช่วง 0.05–0.1 N/m เพื่อกำหนดรูปร่างและขนาดของปลายหัววัดอย่างแม่นยำ จึงได้ทำการวิเคราะห์ลักษณะของหัววัดอย่างละเอียดโดยใช้ SEM ภาพที่ 1a แสดงภาพจุลภาคอิเล็กตรอนแบบสแกนความละเอียดสูง กำลังขยายต่ำ ของหัววัด PFQNM-LC-A-CAL ซึ่งให้มุมมองโดยรวมของการออกแบบหัววัด ภาพที่ 1b แสดงภาพจุลภาคอิเล็กตรอนแบบสแกนความละเอียดสูง กำลังขยายต่ำ ของหัววัด PFQNM-LC-A-CAL ซึ่งให้มุมมองโดยรวมของการออกแบบหัววัด ภาพที่ 1b แสดงภาพขยายส่วนบนของปลายหัววัด ซึ่งให้ข้อมูลเกี่ยวกับรูปร่างและขนาดของปลายหัววัด ที่ปลายสุด ปลายหัววัดมีลักษณะเป็นครึ่งทรงกลม มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 140 นาโนเมตร (ภาพที่ 1c) ด้านล่าง ปลายหัววัดจะเรียวลงเป็นรูปทรงกรวย โดยมีความยาวที่วัดได้ประมาณ 500 นาโนเมตร นอกบริเวณที่เรียวลง ปลายหัววัดจะมีลักษณะเป็นทรงกระบอก และสิ้นสุดที่ความยาวรวม 1.18 ไมโครเมตร นี่คือส่วนสำคัญที่ทำหน้าที่ของปลายหัววัด นอกจากนี้ ยังได้ใช้หัววัดโพลีสไตรีน (PS) ทรงกลมขนาดใหญ่ (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, USA) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางปลาย 45 ไมโครเมตร และค่าคงที่สปริง 2 N/m สำหรับการทดสอบเป็นหัววัดคอลลอยด์ โดยใช้หัววัด PFQNM-LC-A-CAL ขนาด 140 นาโนเมตรเพื่อเปรียบเทียบด้วย
มีรายงานว่าของเหลวสามารถติดอยู่ระหว่างหัววัด AFM และโครงสร้างแปรงพอลิเมอร์ในระหว่างการกดแบบนาโน ซึ่งจะออกแรงขึ้นบนหัววัด AFM ก่อนที่มันจะสัมผัสกับพื้นผิวจริง69 ผลกระทบจากการอัดรีดหนืดเนื่องจากการกักเก็บของเหลวนี้สามารถเปลี่ยนแปลงจุดสัมผัสที่ปรากฏ ซึ่งส่งผลต่อการวัดโมดูลัสของพื้นผิว เพื่อศึกษาผลของรูปทรงหัววัดและความเร็วในการกดต่อการกักเก็บของเหลว จึงได้ทำการพล็อตเส้นโค้งแรงกดสำหรับตัวอย่าง lehfilcon A CL โดยใช้หัววัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 140 นาโนเมตร ที่อัตราการเคลื่อนที่คงที่ 1 µm/s และ 2 µm/s โดยใช้หัววัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 45 µm และตั้งค่าแรงคงที่ 6 nN ที่ความเร็ว 1 µm/s การทดลองโดยใช้หัววัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 140 นาโนเมตร ดำเนินการที่ความเร็วในการกด 1 ไมโครเมตร/วินาที และแรงกดที่ตั้งไว้ 300 พิโคนิวตัน ซึ่งเลือกมาเพื่อสร้างแรงกดสัมผัสภายในช่วงทางสรีรวิทยา (1–8 กิโลปาสคาล) ของเปลือกตาบน ตัวอย่างไฮโดรเจล PAA สำเร็จรูปที่อ่อนนุ่มซึ่งมีแรงดัน 1 กิโลปาสคาล ได้รับการทดสอบด้วยแรงกด 50 พิโคนิวตัน ที่ความเร็ว 1 ไมโครเมตร/วินาที โดยใช้หัววัดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 140 นาโนเมตร
เนื่องจากความยาวของส่วนปลายทรงกรวยของหัววัด PFQNM-LC-A-CAL มีความยาวประมาณ 500 นาโนเมตร ดังนั้นสำหรับความลึกของการกดที่น้อยกว่า 500 นาโนเมตร จึงสามารถสันนิษฐานได้อย่างปลอดภัยว่ารูปทรงของหัววัดในระหว่างการกดจะยังคงเป็นรูปทรงกรวยอยู่ นอกจากนี้ยังสันนิษฐานว่าพื้นผิวของวัสดุที่กำลังทดสอบจะแสดงการตอบสนองแบบยืดหยุ่นที่ย้อนกลับได้ ซึ่งจะได้รับการยืนยันในส่วนต่อไป ดังนั้น ขึ้นอยู่กับรูปทรงและขนาดของปลายหัววัด เราจึงเลือกแบบจำลองการปรับทรงกรวย-ทรงกลมที่พัฒนาโดย Briscoe, Sebastian และ Adams ซึ่งมีอยู่ในซอฟต์แวร์ของผู้ผลิต เพื่อประมวลผลการทดลองการกดแบบนาโนด้วย AFM (NanoScope) ซอฟต์แวร์วิเคราะห์ข้อมูลการแยกส่วน Bruker) 73 แบบจำลองนี้อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงและการกระจัด F(δ) สำหรับทรงกรวยที่มีข้อบกพร่องที่ปลายทรงกลม ในรูปที่... รูปที่ 2 แสดงเรขาคณิตการสัมผัสระหว่างการปฏิสัมพันธ์ของกรวยแข็งกับปลายทรงกลม โดยที่ R คือรัศมีของปลายทรงกลม, a คือรัศมีสัมผัส, b คือรัศมีสัมผัสที่ปลายของปลายทรงกลม, δ คือรัศมีสัมผัส, ความลึกของการกด, θ คือครึ่งมุมของกรวย ภาพ SEM ของหัววัดนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าปลายทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 140 นาโนเมตรผสานเข้ากับกรวยในแนวสัมผัส ดังนั้นในที่นี้ b จึงถูกกำหนดผ่าน R เท่านั้น นั่นคือ b = R cos θ ซอฟต์แวร์ที่ผู้ผลิตจัดหาให้มีความสัมพันธ์ระหว่างกรวยและทรงกลมเพื่อคำนวณค่าโมดูลัสของยัง (E) จากข้อมูลระยะห่างของแรงโดยสมมติว่า a > b ความสัมพันธ์:
โดยที่ F คือแรงกด, E คือโมดูลัสของยัง, และ ν คืออัตราส่วนปัวซอง รัศมีสัมผัส a สามารถประมาณได้โดยใช้สูตร:
แผนภาพแสดงรูปทรงการสัมผัสของกรวยแข็งที่มีปลายทรงกลมกดลงบนวัสดุของคอนแทคเลนส์ Lefilcon ซึ่งมีชั้นผิวหน้าเป็นแปรงโพลีเมอร์แบบแตกแขนง
ถ้า a ≤ b ความสัมพันธ์จะลดลงเหลือสมการสำหรับหัวกดทรงกลมแบบทั่วไป
เราเชื่อว่าปฏิกิริยาระหว่างหัววัดที่กดลงไปกับโครงสร้างแบบกิ่งก้านของแปรงพอลิเมอร์ PMPC จะทำให้รัศมีสัมผัส a มีค่ามากกว่ารัศมีสัมผัสทรงกลม b ดังนั้น สำหรับการวัดค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นเชิงปริมาณทั้งหมดที่ดำเนินการในงานวิจัยนี้ เราจึงใช้ความสัมพันธ์ที่ได้สำหรับกรณี a > b
วัสดุชีวเลียนแบบที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษที่ศึกษาในงานวิจัยนี้ได้รับการถ่ายภาพอย่างละเอียดโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (STEM) ของหน้าตัดตัวอย่าง และกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) ของพื้นผิว การวิเคราะห์ลักษณะพื้นผิวอย่างละเอียดนี้ดำเนินการเพื่อต่อยอดจากงานวิจัยที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้ของเรา ซึ่งเราได้ระบุว่าโครงสร้างแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนงแบบไดนามิกของพื้นผิว lehfilcon A CL ที่ดัดแปลงด้วย PMPC แสดงคุณสมบัติทางกลที่คล้ายคลึงกับเนื้อเยื่อกระจกตาตามธรรมชาติ 14 ด้วยเหตุนี้ เราจึงเรียกพื้นผิวของคอนแทคเลนส์ว่าวัสดุชีวเลียนแบบ14 รูปที่ 3a และ 3b แสดงหน้าตัดของโครงสร้างแปรงพอลิเมอร์ PMPC แบบแตกแขนงบนพื้นผิวของวัสดุรองรับ lehfilcon A CL และวัสดุรองรับ SiHy ที่ไม่ได้รับการบำบัด ตามลำดับ พื้นผิวของตัวอย่างทั้งสองได้รับการวิเคราะห์เพิ่มเติมโดยใช้ภาพ AFM ความละเอียดสูง ซึ่งยืนยันผลลัพธ์ของการวิเคราะห์ STEM เพิ่มเติม (รูปที่ 3c และ 3d) โดยรวมแล้ว ภาพเหล่านี้แสดงให้เห็นความยาวโดยประมาณของโครงสร้างแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนง PMPC ที่ 300–400 นาโนเมตร ซึ่งมีความสำคัญต่อการตีความการวัดการกดแบบนาโนด้วย AFM ข้อสังเกตสำคัญอีกประการหนึ่งที่ได้จากภาพคือ โครงสร้างพื้นผิวโดยรวมของวัสดุเลียนแบบชีวภาพ CL มีลักษณะทางสัณฐานวิทยาแตกต่างจากวัสดุพื้นผิว SiHy ความแตกต่างในลักษณะทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวนี้สามารถปรากฏชัดเจนได้ในระหว่างการปฏิสัมพันธ์ทางกลกับหัววัด AFM ที่กดลงไป และส่งผลต่อค่าโมดูลัสที่วัดได้ในเวลาต่อมา
ภาพตัดขวางจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (STEM) ของ (a) เลห์ฟิลคอน เอ คลาส และ (b) พื้นผิวรองรับ SiHy แถบมาตราส่วน 500 นาโนเมตร ภาพจากกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) ของพื้นผิวรองรับเลห์ฟิลคอน เอ คลาส (c) และพื้นผิวรองรับ SiHy (d) (3 µm × 3 µm)
พอลิเมอร์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติและโครงสร้างแปรงพอลิเมอร์นั้นมีความอ่อนนุ่มโดยธรรมชาติ และได้รับการศึกษาและใช้งานอย่างกว้างขวางในงานด้านชีวการแพทย์ต่างๆ74,75,76,77 ดังนั้น การใช้วิธีการนาโนอินเดนเทชันด้วย AFM จึงมีความสำคัญ ซึ่งสามารถวัดคุณสมบัติทางกลได้อย่างแม่นยำและเชื่อถือได้ แต่ในขณะเดียวกัน คุณสมบัติเฉพาะของวัสดุที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษเหล่านี้ เช่น โมดูลัสความยืดหยุ่นต่ำมาก ปริมาณของเหลวสูง และความยืดหยุ่นสูง มักทำให้การเลือกวัสดุ รูปร่าง และขนาดของหัวกดที่เหมาะสมเป็นเรื่องยาก ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้หัวกดไม่เจาะทะลุพื้นผิวที่อ่อนนุ่มของตัวอย่าง ซึ่งจะนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการกำหนดจุดสัมผัสกับพื้นผิวและพื้นที่สัมผัส
เพื่อการนี้ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีความเข้าใจอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับสัณฐานวิทยาของวัสดุเลียนแบบชีวภาพที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษ (lehfilcon A CL) ข้อมูลเกี่ยวกับขนาดและโครงสร้างของแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนงที่ได้จากการใช้วิธีการสร้างภาพนั้นเป็นพื้นฐานสำหรับการกำหนดลักษณะทางกลของพื้นผิวโดยใช้เทคนิคการกดแบบนาโนด้วย AFM แทนที่จะใช้โพรบคอลลอยด์ทรงกลมขนาดไมครอน เราเลือกใช้โพรบซิลิคอนไนไตรด์ PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางปลาย 140 นาโนเมตร ซึ่งออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการทำแผนที่เชิงปริมาณของคุณสมบัติทางกลของตัวอย่างทางชีวภาพ 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84 เหตุผลในการใช้โพรบที่ค่อนข้างแหลมคมเมื่อเทียบกับโพรบคอลลอยด์ทั่วไปนั้นสามารถอธิบายได้ด้วยลักษณะโครงสร้างของวัสดุ เมื่อเปรียบเทียบขนาดปลายหัววัด (~140 นาโนเมตร) กับโครงสร้างพอลิเมอร์แบบกิ่งก้านบนพื้นผิวของ CL lehfilcon A ที่แสดงในรูปที่ 3a จะเห็นได้ว่าปลายหัววัดมีขนาดใหญ่พอที่จะสัมผัสกับโครงสร้างแบบกิ่งก้านเหล่านี้ได้โดยตรง ซึ่งช่วยลดโอกาสที่ปลายหัววัดจะทะลุผ่านโครงสร้างเหล่านั้น เพื่อแสดงให้เห็นถึงจุดนี้ รูปที่ 4 แสดงภาพ STEM ของ lehfilcon A CL และปลายหัววัด AFM ที่กำลังกดลงไป (วาดตามสเกลจริง)
แผนภาพแสดงภาพ STEM ของ lehfilcon A CL และหัววัดรอยบุ๋ม ACM (วาดตามมาตราส่วน)
นอกจากนี้ ขนาดปลาย 140 นาโนเมตรนั้นเล็กพอที่จะหลีกเลี่ยงความเสี่ยงของผลกระทบจากการอัดรีดเหนียวที่เคยมีรายงานไว้ก่อนหน้านี้สำหรับแปรงพอลิเมอร์ที่ผลิตโดยวิธีการนาโนอินเดนเทชัน CP-AFM69,71 เราสันนิษฐานว่าเนื่องจากรูปทรงกรวยทรงกลมพิเศษและขนาดที่ค่อนข้างเล็กของปลาย AFM นี้ (รูปที่ 1) ลักษณะของเส้นโค้งแรงที่สร้างขึ้นโดยการนาโนอินเดนเทชันของเลห์ฟิลคอน A CL จะไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วในการกดหรือความเร็วในการโหลด/คลายโหลด ดังนั้นจึงไม่ได้รับผลกระทบจากผลของโพโรอิลาสติก เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ ตัวอย่างเลห์ฟิลคอน A CL ถูกกดด้วยแรงสูงสุดคงที่โดยใช้โพรบ PFQNM-LC-A-CAL แต่ที่ความเร็วสองระดับที่แตกต่างกัน และเส้นโค้งแรงดึงและแรงหดที่ได้ถูกนำมาใช้เพื่อพล็อตแรง (nN) ในระยะห่าง (µm) ดังแสดงในรูปที่ 5a เห็นได้ชัดว่าเส้นกราฟแรงระหว่างการโหลดและการคลายโหลดทับซ้อนกันอย่างสมบูรณ์ และไม่มีหลักฐานชัดเจนว่าแรงเฉือนที่ความลึกการกดเป็นศูนย์เพิ่มขึ้นตามความเร็วในการกดในรูป ซึ่งบ่งชี้ว่าองค์ประกอบแปรงแต่ละส่วนได้รับการวิเคราะห์โดยไม่มีผลกระทบจากความยืดหยุ่นของรูพรุน ในทางตรงกันข้าม ผลกระทบจากการกักเก็บของเหลว (การอัดรีดหนืดและผลกระทบจากความยืดหยุ่นของรูพรุน) ปรากฏให้เห็นชัดเจนสำหรับหัววัด AFM ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 45 ไมโครเมตร ที่ความเร็วในการกดเดียวกัน และเน้นให้เห็นได้จากความแตกต่างของความเร็วระหว่างเส้นกราฟการยืดและการหดตัว ดังแสดงในรูปที่ 5b ผลลัพธ์เหล่านี้สนับสนุนสมมติฐานและชี้ให้เห็นว่าหัววัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 140 นาโนเมตรเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการวิเคราะห์พื้นผิวที่อ่อนนุ่มดังกล่าว
กราฟแรงกดของ lehfilcon A CL โดยใช้ ACM; (a) ใช้หัววัดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 140 นาโนเมตร ที่อัตราการโหลดสองอัตรา แสดงให้เห็นว่าไม่มีผลของความยืดหยุ่นของรูพรุนในระหว่างการกดบนพื้นผิว; (b) ใช้หัววัดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 45 ไมโครเมตร และ 140 นาโนเมตร แสดงให้เห็นถึงผลของการอัดรีดแบบหนืดและความยืดหยุ่นของรูพรุนสำหรับหัววัดขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับหัววัดขนาดเล็ก
ในการวิเคราะห์พื้นผิวที่อ่อนนุ่มมาก วิธีการนาโนอินเดนเทชันด้วย AFM ต้องใช้หัววัดที่ดีที่สุดเพื่อศึกษาคุณสมบัติของวัสดุที่กำลังศึกษา นอกเหนือจากรูปร่างและขนาดของหัววัดแล้ว ความไวของระบบตรวจจับ AFM ความไวต่อการเบี่ยงเบนของหัววัดในสภาพแวดล้อมการทดสอบ และความแข็งของคานยื่นมีบทบาทสำคัญในการกำหนดความแม่นยำและความน่าเชื่อถือของการวัดนาโนอินเดนเทชัน สำหรับระบบ AFM ของเรา ขีดจำกัดการตรวจจับของตัวตรวจจับตำแหน่งไว (PSD) อยู่ที่ประมาณ 0.5 mV และอิงตามอัตราสปริงที่สอบเทียบไว้ล่วงหน้าและความไวต่อการเบี่ยงเบนของของเหลวที่คำนวณได้ของหัววัด PFQNM-LC-A-CAL ซึ่งสอดคล้องกับความไวต่อแรงกดทางทฤษฎีที่น้อยกว่า 0.1 pN ดังนั้น วิธีนี้จึงช่วยให้สามารถวัดแรงกดขั้นต่ำ ≤ 0.1 pN โดยไม่มีส่วนประกอบของสัญญาณรบกวนรอบข้าง อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ยากมากที่ระบบ AFM จะลดสัญญาณรบกวนรอบข้างลงถึงระดับนี้ได้ เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น การสั่นสะเทือนทางกลและพลศาสตร์ของไหล ปัจจัยเหล่านี้จำกัดความไวโดยรวมของวิธีการนาโนอินเดนเทชัน AFM และยังส่งผลให้เกิดสัญญาณรบกวนพื้นหลังประมาณ ≤ 10 pN สำหรับการวิเคราะห์ลักษณะพื้นผิว ตัวอย่างพื้นผิว lehfilcon A CL และ SiHy ถูกกดภายใต้สภาวะที่ชุ่มน้ำเต็มที่โดยใช้หัววัดขนาด 140 nm สำหรับการวิเคราะห์ SEM และเส้นโค้งแรงที่ได้ถูกนำมาซ้อนทับกันระหว่างแรง (pN) และความดัน แผนภาพการแยก (µm) แสดงในรูปที่ 6a เมื่อเปรียบเทียบกับพื้นผิว SiHy เส้นโค้งแรงของ lehfilcon A CL แสดงให้เห็นถึงช่วงเปลี่ยนผ่านอย่างชัดเจน โดยเริ่มต้นที่จุดสัมผัสกับแปรงพอลิเมอร์แบบแยกกิ่ง และสิ้นสุดด้วยการเปลี่ยนแปลงความชันอย่างรวดเร็ว ซึ่งบ่งบอกถึงการสัมผัสของปลายหัววัดกับวัสดุที่อยู่ด้านล่าง ส่วนเปลี่ยนผ่านของเส้นโค้งแรงนี้เน้นให้เห็นถึงพฤติกรรมยืดหยุ่นอย่างแท้จริงของแปรงพอลิเมอร์แบบแตกกิ่งบนพื้นผิว ดังที่เห็นได้จากเส้นโค้งการบีบอัดที่ตามหลังเส้นโค้งแรงดึงอย่างใกล้ชิด และความแตกต่างในคุณสมบัติทางกลระหว่างโครงสร้างแปรงและวัสดุ SiHy ที่มีขนาดใหญ่ เมื่อเปรียบเทียบกับ lehfilcon การแยกความยาวเฉลี่ยของแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนงในภาพ STEM ของ PCS (รูปที่ 3a) และเส้นโค้งแรงตามแกน abscissa ในรูปที่ 3a แสดงให้เห็นว่าวิธีการนี้สามารถตรวจจับปลายและพอลิเมอร์แบบแตกแขนงที่ไปถึงส่วนบนสุดของพื้นผิวได้ การสัมผัสระหว่างโครงสร้างแปรง นอกจากนี้ การทับซ้อนกันอย่างใกล้ชิดของเส้นโค้งแรงบ่งชี้ว่าไม่มีผลกระทบจากการกักเก็บของเหลว ในกรณีนี้ จะไม่มีการยึดเกาะระหว่างเข็มกับพื้นผิวของตัวอย่างเลย ส่วนบนสุดของเส้นโค้งแรงสำหรับตัวอย่างทั้งสองทับซ้อนกัน สะท้อนให้เห็นถึงความคล้ายคลึงกันของคุณสมบัติทางกลของวัสดุพื้นผิว
(a) กราฟแรงกดนาโนด้วย AFM สำหรับพื้นผิว Lehfilcon A CL และพื้นผิว SiHy (b) กราฟแรงกดที่แสดงการประมาณจุดสัมผัสโดยใช้วิธีเกณฑ์สัญญาณรบกวนพื้นหลัง
เพื่อศึกษารายละเอียดปลีกย่อยของกราฟแรง กราฟแรงดึงของตัวอย่าง Lehfilcon A CL ถูกนำมาพล็อตใหม่ในรูปที่ 6b โดยมีแรงสูงสุด 50 pN ตามแกน y กราฟนี้ให้ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับสัญญาณรบกวนพื้นหลังดั้งเดิม สัญญาณรบกวนอยู่ในช่วง ±10 pN ซึ่งใช้ในการกำหนดจุดสัมผัสและคำนวณความลึกของการกดได้อย่างแม่นยำ ดังที่รายงานในเอกสารทางวิชาการ การระบุจุดสัมผัสมีความสำคัญต่อการประเมินคุณสมบัติของวัสดุอย่างแม่นยำ เช่น โมดูลัส85 วิธีการที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลข้อมูลกราฟแรงโดยอัตโนมัติแสดงให้เห็นถึงความสอดคล้องที่ดีขึ้นระหว่างการปรับข้อมูลและการวัดเชิงปริมาณสำหรับวัสดุอ่อน86 ในงานนี้ การเลือกจุดสัมผัสของเราค่อนข้างง่ายและเป็นกลาง แต่ก็มีข้อจำกัด วิธีการแบบอนุรักษ์นิยมของเราในการกำหนดจุดสัมผัสอาจส่งผลให้ค่าโมดูลัสสูงเกินจริงเล็กน้อยสำหรับความลึกของการกดที่น้อยกว่า (< 100 nm) การใช้การตรวจจับจุดสัมผัสโดยใช้อัลกอริทึมและการประมวลผลข้อมูลอัตโนมัติอาจเป็นการต่อยอดงานวิจัยนี้ในอนาคตเพื่อปรับปรุงวิธีการของเราให้ดียิ่งขึ้น ดังนั้น สำหรับสัญญาณรบกวนพื้นหลังที่มีค่าประมาณ ±10 pN เรากำหนดจุดสัมผัสเป็นจุดข้อมูลแรกบนแกน x ในรูปที่ 6b ที่มีค่า ≥10 pN จากนั้น ตามเกณฑ์สัญญาณรบกวนที่ 10 pN เส้นแนวตั้งที่ระดับประมาณ 0.27 µm จะทำเครื่องหมายจุดสัมผัสกับพื้นผิว หลังจากนั้นเส้นโค้งการยืดจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งพื้นผิวมีความลึกของการกดประมาณ 270 nm ที่น่าสนใจคือ จากขนาดของลักษณะเฉพาะของแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนง (300–400 nm) ที่วัดได้โดยใช้วิธีการถ่ายภาพ ความลึกของการกดของตัวอย่าง CL lehfilcon A ที่สังเกตได้โดยใช้วิธีเกณฑ์สัญญาณรบกวนพื้นหลังนั้นอยู่ที่ประมาณ 270 nm ซึ่งใกล้เคียงกับขนาดที่วัดได้ด้วย STEM มาก ผลลัพธ์เหล่านี้ยืนยันเพิ่มเติมถึงความเข้ากันได้และความเหมาะสมของรูปทรงและขนาดของปลายหัววัด AFM สำหรับการกดลงบนโครงสร้างแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนงที่อ่อนนุ่มและยืดหยุ่นสูงมากนี้ ข้อมูลนี้ยังเป็นหลักฐานที่แข็งแกร่งสนับสนุนวิธีการของเราในการใช้สัญญาณรบกวนพื้นหลังเป็นเกณฑ์สำหรับการระบุจุดสัมผัส ดังนั้น ผลลัพธ์เชิงปริมาณใด ๆ ที่ได้จากการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และการปรับเส้นโค้งแรงจึงควรมีความแม่นยำค่อนข้างสูง
การวัดเชิงปริมาณด้วยวิธีการนาโนอินเดนเทชันของ AFM นั้นขึ้นอยู่กับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการเลือกข้อมูลและการวิเคราะห์ในภายหลังอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องพิจารณาปัจจัยทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการเลือกหัวกด คุณสมบัติของวัสดุ และกลไกการปฏิสัมพันธ์ก่อนที่จะเลือกแบบจำลองใดแบบหนึ่ง ในกรณีนี้ รูปทรงของปลายหัวกดได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียดโดยใช้ภาพถ่าย SEM (รูปที่ 1) และจากผลลัพธ์ หัวกดนาโนอินเดนเทชัน AFM ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 140 นาโนเมตร ที่มีรูปทรงกรวยแข็งและปลายทรงกลมเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการตรวจสอบตัวอย่างเลห์ฟิลคอน A CL79 อีกปัจจัยสำคัญที่ต้องประเมินอย่างรอบคอบคือความยืดหยุ่นของวัสดุพอลิเมอร์ที่กำลังทดสอบ แม้ว่าข้อมูลเบื้องต้นของนาโนอินเดนเทชัน (รูปที่ 5a และ 6a) จะแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงลักษณะของการทับซ้อนกันของเส้นโค้งแรงดึงและแรงอัด กล่าวคือ การคืนตัวแบบยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์ของวัสดุ แต่สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือต้องยืนยันลักษณะที่ยืดหยุ่นอย่างแท้จริงของการสัมผัส เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงได้ทำการกดรอยสองครั้งติดต่อกันที่ตำแหน่งเดียวกันบนพื้นผิวของตัวอย่างเลห์ฟิลคอน A CL ด้วยอัตราการกด 1 µm/s ภายใต้สภาวะที่มีความชุ่มชื้นเต็มที่ ข้อมูลเส้นโค้งแรงที่ได้แสดงในรูปที่ 7 และตามที่คาดไว้ เส้นโค้งการขยายตัวและการหดตัวของรอยพิมพ์ทั้งสองเกือบจะเหมือนกัน ซึ่งเน้นให้เห็นถึงความยืดหยุ่นสูงของโครงสร้างแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนง
เส้นกราฟแรงกดสองเส้นที่ตำแหน่งเดียวกันบนพื้นผิวของเลนส์ Lehfilcon A CL บ่งชี้ถึงความยืดหยุ่นในอุดมคติของพื้นผิวเลนส์
จากข้อมูลที่ได้จากภาพ SEM และ STEM ของปลายหัววัดและพื้นผิว lehfilcon A CL ตามลำดับ แบบจำลองทรงกรวย-ทรงกลมจึงเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสมสำหรับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างปลายหัววัด AFM กับวัสดุพอลิเมอร์อ่อนที่กำลังทดสอบ นอกจากนี้ สำหรับแบบจำลองทรงกรวย-ทรงกลมนี้ ข้อสมมติฐานพื้นฐานเกี่ยวกับคุณสมบัติความยืดหยุ่นของวัสดุที่พิมพ์ขึ้นนั้นยังคงเป็นจริงสำหรับวัสดุเลียนแบบชีวภาพชนิดใหม่นี้ และถูกนำมาใช้ในการหาค่าโมดูลัสความยืดหยุ่น
หลังจากการประเมินอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับวิธีการนาโนอินเดนเทชันด้วย AFM และส่วนประกอบต่างๆ รวมถึงคุณสมบัติของหัววัด (รูปร่าง ขนาด และความแข็งของสปริง) ความไว (สัญญาณรบกวนพื้นหลังและการประมาณจุดสัมผัส) และแบบจำลองการปรับข้อมูล (การวัดโมดูลัสเชิงปริมาณ) วิธีการนี้ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบผลลัพธ์เชิงปริมาณกับตัวอย่างวัสดุอัลตร้าซอฟต์ที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ ไฮโดรเจลโพลีอะคริลาไมด์ (PAAM) เชิงพาณิชย์ที่มีโมดูลัสความยืดหยุ่น 1 kPa ถูกทดสอบภายใต้สภาวะที่มีความชื้นโดยใช้หัววัดขนาด 140 นาโนเมตร รายละเอียดของการทดสอบโมดูลัสและการคำนวณมีอยู่ในข้อมูลเพิ่มเติม ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าโมดูลัสเฉลี่ยที่วัดได้คือ 0.92 kPa และค่า %RSD และเปอร์เซ็นต์ความเบี่ยงเบน (%) จากโมดูลัสที่ทราบนั้นน้อยกว่า 10% ผลลัพธ์เหล่านี้ยืนยันความถูกต้องและความสามารถในการทำซ้ำของวิธีการนาโนอินเดนเทชันด้วย AFM ที่ใช้ในงานนี้เพื่อวัดโมดูลัสของวัสดุอัลตร้าซอฟต์ พื้นผิวของตัวอย่าง lehfilcon A CL และพื้นผิวรองรับ SiHy ถูกตรวจสอบเพิ่มเติมโดยใช้วิธีการกดแบบนาโนด้วย AFM แบบเดียวกัน เพื่อศึกษาค่าโมดูลัสสัมผัสที่ปรากฏของพื้นผิวที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษโดยขึ้นอยู่กับความลึกของการกด มีการสร้างกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงกดและค่าโมดูลัสสำหรับตัวอย่าง 3 ชิ้นของแต่ละประเภท (n = 3; การกด 1 ครั้งต่อตัวอย่าง) ที่แรง 300 pN ความเร็ว 1 µm/s และการดูดซับน้ำเต็มที่ กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงกดและค่าโมดูลัสถูกประมาณโดยใช้แบบจำลองทรงกรวย-ทรงกลม เพื่อให้ได้ค่าโมดูลัสที่ขึ้นอยู่กับความลึกของการกด จึงกำหนดส่วนของกราฟแรงที่มีความกว้าง 40 nm ที่แต่ละช่วงเพิ่มขึ้น 20 nm โดยเริ่มจากจุดสัมผัส และวัดค่าโมดูลัสที่แต่ละขั้นของกราฟแรง (Spin Cy et al.) มีการใช้แนวทางที่คล้ายกันนี้ในการกำหนดลักษณะเฉพาะของการไล่ระดับโมดูลัสของพอลิเมอร์บรัชโพลี(ลอริลเมทาคริเลต) (P12MA) โดยใช้การกดแบบนาโนด้วยหัววัด AFM แบบคอลลอยด์ และผลลัพธ์ที่ได้สอดคล้องกับข้อมูลที่ได้จากแบบจำลองการสัมผัสของเฮิรตซ์ แนวทางนี้ให้กราฟแสดงค่าโมดูลัสการสัมผัสที่ปรากฏ (kPa) เทียบกับความลึกของการกด (nm) ดังแสดงในรูปที่ 8 ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการไล่ระดับของโมดูลัสการสัมผัสที่ปรากฏ/ความลึก โมดูลัสความยืดหยุ่นที่คำนวณได้ของตัวอย่าง CL lehfilcon A อยู่ในช่วง 2–3 kPa ภายใน 100 nm ด้านบนของตัวอย่าง หลังจากนั้นค่าโมดูลัสจะเริ่มเพิ่มขึ้นตามความลึก ในทางกลับกัน เมื่อทดสอบพื้นผิว SiHy ที่ไม่มีฟิล์มคล้ายแปรงบนพื้นผิว ความลึกของการกดสูงสุดที่ได้ที่แรง 300 pN น้อยกว่า 50 nm และค่าโมดูลัสที่ได้จากข้อมูลอยู่ที่ประมาณ 400 kPa ซึ่งเทียบได้กับค่าโมดูลัสของยังสำหรับวัสดุที่เป็นก้อน
ค่าโมดูลัสสัมผัสที่ปรากฏ (kPa) เทียบกับความลึกของการกด (nm) สำหรับพื้นผิว Lehfilcon A CL และ SiHy โดยใช้วิธีการกดแบบนาโนด้วย AFM โดยใช้รูปทรงกรวย-ทรงกลมในการวัดโมดูลัส
พื้นผิวด้านบนสุดของโครงสร้างแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนงเลียนแบบชีวภาพแบบใหม่นี้ มีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นต่ำมาก (2–3 kPa) ซึ่งตรงกับปลายที่ห้อยลงมาของแปรงพอลิเมอร์แบบแยกกิ่งดังที่แสดงในภาพ STEM แม้ว่าจะมีหลักฐานบางอย่างที่แสดงถึงการไล่ระดับของโมดูลัสที่ขอบด้านนอกของ CL แต่พื้นผิวหลักที่มีโมดูลัสสูงนั้นมีอิทธิพลมากกว่า อย่างไรก็ตาม พื้นผิวส่วนบน 100 นาโนเมตรนั้นอยู่ในช่วง 20% ของความยาวทั้งหมดของแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนง ดังนั้นจึงสมเหตุสมผลที่จะสันนิษฐานว่าค่าโมดูลัสที่วัดได้ในช่วงความลึกของการกดนี้ค่อนข้างแม่นยำและไม่ขึ้นอยู่กับผลกระทบของวัตถุด้านล่างมากนัก
เนื่องจากการออกแบบเลียนแบบชีวภาพที่เป็นเอกลักษณ์ของคอนแทคเลนส์เลฟิลคอน เอ ซึ่งประกอบด้วยโครงสร้างแปรงพอลิเมอร์ PMPC แบบแตกแขนงที่ยึดติดกับพื้นผิวของวัสดุรองรับ SiHy ทำให้การวัดคุณสมบัติทางกลของโครงสร้างพื้นผิวโดยใช้วิธีการวัดแบบดั้งเดิมทำได้ยากมาก ในที่นี้เราขอนำเสนอวิธีการนาโนอินเดนเทชันด้วย AFM ขั้นสูงสำหรับการวัดคุณสมบัติของวัสดุที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษ เช่น เลฟิลคอน เอ ที่มีปริมาณน้ำสูงและความยืดหยุ่นสูงมาก วิธีการนี้ใช้หัววัด AFM ที่มีขนาดและรูปทรงของปลายหัววัดที่ได้รับการเลือกอย่างระมัดระวังให้ตรงกับมิติโครงสร้างของลักษณะพื้นผิวที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษที่จะทำการพิมพ์ การรวมกันของมิติระหว่างหัววัดและโครงสร้างนี้ช่วยเพิ่มความไว ทำให้เราสามารถวัดค่าโมดูลัสต่ำและคุณสมบัติความยืดหยุ่นโดยธรรมชาติขององค์ประกอบแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนงได้ โดยไม่คำนึงถึงผลกระทบของโพโรอิลาสติก ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าแปรงพอลิเมอร์ PMPC แบบแตกแขนงที่เป็นเอกลักษณ์ของพื้นผิวเลนส์มีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นต่ำมาก (สูงสุด 2 kPa) และมีความยืดหยุ่นสูงมาก (เกือบ 100%) เมื่อทดสอบในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ ผลการทดสอบการกดแบบนาโนด้วย AFM ยังช่วยให้เราสามารถระบุลักษณะการไล่ระดับของโมดูลัสสัมผัส/ความลึก (30 kPa/200 nm) ที่ปรากฏบนพื้นผิวเลนส์เลียนแบบชีวภาพได้ การไล่ระดับนี้อาจเกิดจากความแตกต่างของโมดูลัสระหว่างแปรงพอลิเมอร์แบบแตกแขนงและพื้นผิว SiHy หรือโครงสร้าง/ความหนาแน่นแบบแตกแขนงของแปรงพอลิเมอร์ หรือการรวมกันของทั้งสองอย่าง อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการศึกษาเชิงลึกเพิ่มเติมเพื่อทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและคุณสมบัติอย่างครบถ้วน โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลกระทบของการแตกแขนงของแปรงต่อคุณสมบัติทางกล การวัดที่คล้ายกันนี้สามารถช่วยในการระบุลักษณะคุณสมบัติทางกลของพื้นผิวของวัสดุที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษและอุปกรณ์ทางการแพทย์อื่นๆ ได้
ชุดข้อมูลที่สร้างขึ้นและ/หรือวิเคราะห์ในระหว่างการศึกษาครั้งนี้ สามารถขอรับได้จากผู้เขียนแต่ละท่านเมื่อมีการร้องขออย่างสมเหตุสมผล
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. และ Haugen, HJ ปฏิกิริยาทางชีวภาพต่อคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของพื้นผิวของวัสดุชีวภาพ วารสาร Chemical Society ฉบับที่ 49, 5178–5224 (2020)
Chen, FM และ Liu, X. การปรับปรุงวัสดุชีวภาพที่ได้จากมนุษย์สำหรับการวิศวกรรมเนื้อเยื่อ การเขียนโปรแกรม พอลิเมอร์ วิทยาศาสตร์ 53, 86 (2016)
Sadtler, K. และคณะ การออกแบบ การนำไปใช้ทางคลินิก และการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของวัสดุชีวภาพในเวชศาสตร์ฟื้นฟู National Matt Rev. 1, 16040 (2016)
Oliver WK และ Farr GM วิธีการปรับปรุงสำหรับการหาค่าความแข็งและโมดูลัสความยืดหยุ่นโดยใช้การทดลองการกดด้วยการวัดแรงและระยะการเคลื่อนที่ J. Alma mater. storage tank. 7, 1564–1583 (2011)
Wally, SM ที่มาทางประวัติศาสตร์ของการทดสอบความแข็งแบบกด. alma mater. วิทยาศาสตร์. เทคโนโลยี. 28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. การวัดความแข็งแบบกดที่ระดับมหภาค จุลภาค และนาโน: บทวิจารณ์เชิงวิเคราะห์ tribe. Wright. 65, 1–18 (2017)
Kaufman, JD และ Clapperich, SM ข้อผิดพลาดในการตรวจจับพื้นผิวทำให้เกิดการประเมินค่าโมดูลัสสูงเกินไปในการทดสอบการกดแบบนาโนของวัสดุอ่อน J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 312–317 (2009)
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollakhi MR, Bushroa AR และ Yahya M.Yu. การประเมินวิธีการนาโนอินเดนเทชันเพื่อกำหนดลักษณะทางกลของนาโนคอมโพสิตที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันโดยใช้วิธีการทดลองและวิธีการคำนวณ วารสารวิทยาศาสตร์ 9, 15763 (2019)
Liu, K., VanLendingham, MR และ Owart, TS การหาลักษณะทางกลของเจลหนืดอ่อนโดยการทดสอบการกดและการวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดผกผันตามการปรับให้เหมาะสม J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 355–363 (2009)
Andrews JW, Bowen J และ Chaneler D. การเพิ่มประสิทธิภาพการกำหนดค่าความยืดหยุ่นหนืดโดยใช้ระบบการวัดที่เข้ากันได้ Soft Matter 9, 5581–5593 (2013)
Briscoe, BJ, Fiori, L. และ Pellillo, E. การทดสอบการกดด้วยนาโนบนพื้นผิวพอลิเมอร์ J. Physics. D. Apply for physics. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. และ Van Vliet KJ การหาลักษณะเฉพาะของสมบัติเชิงกลแบบวิสโคอีลาสติกของพอลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่นสูงและเนื้อเยื่อทางชีวภาพโดยใช้การกดกระแทก วารสารวัสดุชีวภาพ 71, 388–397 (2018)
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM การประเมินค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นและงานยึดเกาะของวัสดุอ่อนโดยใช้วิธี Borodich-Galanov (BG) แบบขยายและการกดลึก fur. alma mater. 129, 198–213 (2019)
Shi, X. และคณะ สัณฐานวิทยาในระดับนาโนและคุณสมบัติทางกลของพื้นผิวพอลิเมอร์เลียนแบบชีวภาพของคอนแทคเลนส์ซิลิโคนไฮโดรเจล Langmuir 37, 13961–13967 (2021)