Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site nang walang mga estilo at JavaScript.
Nagpapakita ng isang carousel ng tatlong slide nang sabay-sabay. Gamitin ang mga button na Nakaraan at Susunod upang lumipat sa tatlong slide nang sabay-sabay, o gamitin ang mga button na slider sa dulo upang lumipat sa tatlong slide nang sabay-sabay.
Sa pag-unlad ng mga bagong ultra-soft na materyales para sa mga medikal na aparato at mga aplikasyong biomedical, ang komprehensibong paglalarawan ng kanilang mga pisikal at mekanikal na katangian ay kapwa mahalaga at mapanghamon. Isang modified atomic force microscopy (AFM) nanoindentation technique ang inilapat upang makilala ang napakababang surface modulus ng bagong lehfilcon A biomimetic silicone hydrogel contact lens na pinahiran ng isang layer ng branched polymer brush structures. Ang pamamaraang ito ay nagbibigay-daan sa tumpak na pagtukoy ng mga contact point nang walang epekto ng viscous extrusion kapag papalapit sa branched polymers. Bilang karagdagan, ginagawang posible na matukoy ang mga mekanikal na katangian ng mga indibidwal na elemento ng brush nang walang epekto ng poroelasticity. Nakakamit ito sa pamamagitan ng pagpili ng isang AFM probe na may disenyo (laki ng tip, geometry at spring rate) na partikular na angkop para sa pagsukat ng mga katangian ng mga malambot na materyales at biological sample. Pinapabuti ng pamamaraang ito ang sensitivity at katumpakan para sa tumpak na pagsukat ng napakalambot na materyal na lehfilcon A, na may napakababang modulus ng elasticity sa surface area (hanggang 2 kPa) at napakataas na elasticity sa panloob (halos 100%) aqueous environment. Ang mga resulta ng pag-aaral sa ibabaw ay hindi lamang nagsiwalat ng mga ultra-soft na katangian ng ibabaw ng lehfilcon A lens, kundi ipinakita rin na ang modulus ng mga branched polymer brush ay maihahambing sa silicon-hydrogen substrate. Ang pamamaraan ng paglalarawan ng ibabaw na ito ay maaaring ilapat sa iba pang mga ultra-soft na materyales at mga aparatong medikal.
Ang mga mekanikal na katangian ng mga materyales na idinisenyo para sa direktang pakikipag-ugnayan sa buhay na tisyu ay kadalasang natutukoy ng biyolohikal na kapaligiran. Ang perpektong tugma ng mga katangiang ito ng materyal ay nakakatulong upang makamit ang ninanais na klinikal na katangian ng materyal nang hindi nagdudulot ng masamang tugon ng cellular1,2,3. Para sa mga bulk homogenous na materyales, ang paglalarawan ng mga mekanikal na katangian ay medyo madali dahil sa pagkakaroon ng mga karaniwang pamamaraan at mga pamamaraan ng pagsubok (hal., microindentation4,5,6). Gayunpaman, para sa mga ultra-soft na materyales tulad ng gels, hydrogels, biopolymers, living cells, atbp., ang mga pamamaraan ng pagsubok na ito ay karaniwang hindi naaangkop dahil sa mga limitasyon sa resolusyon ng pagsukat at ang hindi pagkakapareho ng ilang mga materyales7. Sa paglipas ng mga taon, ang mga tradisyonal na pamamaraan ng indentation ay binago at inangkop upang makilala ang isang malawak na hanay ng mga malambot na materyales, ngunit maraming pamamaraan ang nagdurusa pa rin sa mga malubhang pagkukulang na naglilimita sa kanilang paggamit8,9,10,11,12,13. Ang kakulangan ng mga espesyalisadong pamamaraan ng pagsubok na maaaring tumpak at maaasahang makilala ang mga mekanikal na katangian ng mga supersoft na materyales at mga layer ng ibabaw ay lubhang naglilimita sa kanilang paggamit sa iba't ibang mga aplikasyon.
Sa aming nakaraang gawain, ipinakilala namin ang lehfilcon A (CL) contact lens, isang malambot at heterogeneous na materyal na may lahat ng ultra-soft surface properties na nagmula sa mga potensyal na biomimetic na disenyo na inspirasyon ng ibabaw ng kornea ng mata. Ang biomaterial na ito ay binuo sa pamamagitan ng paghugpong ng isang branched, cross-linked polymer layer ng poly(2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine (MPC)) (PMPC) sa isang silicone hydrogel (SiHy) 15 na idinisenyo para sa mga medikal na aparato batay sa. Ang prosesong ito ng paghugpong ay lumilikha ng isang layer sa ibabaw na binubuo ng isang napakalambot at lubos na nababanat na branched polymeric brush structure. Kinumpirma ng aming nakaraang gawain na ang biomimetic structure ng lehfilcon A CL ay nagbibigay ng superior surface properties tulad ng pinahusay na pag-iwas sa pagkabasa at fouling, pagtaas ng lubricity, at nabawasang cell at bacterial adhesion15,16. Bilang karagdagan, ang paggamit at pag-unlad ng biomimetic material na ito ay nagmumungkahi din ng karagdagang pagpapalawak sa iba pang mga biomedical device. Samakatuwid, mahalagang kilalanin ang mga katangian ng ibabaw ng napakalambot na materyal na ito at maunawaan ang mekanikal na interaksyon nito sa mata upang lumikha ng isang komprehensibong base ng kaalaman upang suportahan ang mga pag-unlad at aplikasyon sa hinaharap. Karamihan sa mga komersyal na makukuhang SiHy contact lens ay binubuo ng isang homogenous na halo ng hydrophilic at hydrophobic polymers na bumubuo ng isang pare-parehong istraktura ng materyal17. Ilang pag-aaral ang isinagawa upang siyasatin ang kanilang mga mekanikal na katangian gamit ang tradisyonal na mga pamamaraan ng compression, tensile at microindentation test18,19,20,21. Gayunpaman, ang nobelang biomimetic na disenyo ng lehfilcon A CL ay ginagawa itong isang natatanging heterogeneous na materyal kung saan ang mga mekanikal na katangian ng mga branched polymer brush structure ay makabuluhang naiiba sa mga nasa SiHy base substrate. Samakatuwid, napakahirap na tumpak na masukat ang mga katangiang ito gamit ang mga kumbensyonal at indentation na pamamaraan. Ang isang promising na pamamaraan ay gumagamit ng nanoindentation testing method na ipinatupad sa atomic force microscopy (AFM), isang pamamaraan na ginamit upang matukoy ang mga mekanikal na katangian ng mga malambot na viscoelastic na materyales tulad ng mga biological cell at tissue, pati na rin ang mga malambot na polymer22,23,24,25. ,26,27,28,29,30. Sa AFM nanoindentation, ang mga pangunahing kaalaman sa nanoindentation testing ay pinagsama sa mga pinakabagong pagsulong sa teknolohiya ng AFM upang magbigay ng mas mataas na sensitivity sa pagsukat at pagsubok ng malawak na hanay ng mga likas na supersoft na materyales31,32,33,34,35,36. Bukod pa rito, ang teknolohiya ay nag-aalok ng iba pang mahahalagang bentahe sa pamamagitan ng paggamit ng iba't ibang geometry. indenter at probe at ang posibilidad ng pagsubok sa iba't ibang likidong media.
Ang AFM nanoindentation ay maaaring hatiin sa tatlong pangunahing bahagi ayon sa kondisyon: (1) kagamitan (sensor, detector, probe, atbp.); (2) mga parameter ng pagsukat (tulad ng puwersa, displacement, bilis, laki ng rampa, atbp.); (3) Pagproseso ng datos (baseline correction, touch point estimation, data fitting, modeling, atbp.). Ang isang malaking problema sa pamamaraang ito ay ang ilang pag-aaral sa literatura gamit ang AFM nanoindentation ay nag-uulat ng magkakaibang quantitative na resulta para sa parehong uri ng sample/cell/material37,38,39,40,41. Halimbawa, pinag-aralan at inihambing nina Lekka et al. Ang impluwensya ng geometry ng AFM probe sa nasukat na Young's modulus ng mga sample ng mechanically homogenous hydrogel at heterogeneous cells ay pinag-aralan at inihambing. Iniulat nila na ang mga halaga ng modulus ay lubos na nakadepende sa pagpili ng cantilever at hugis ng dulo, na may pinakamataas na halaga para sa isang pyramid-shaped probe at ang pinakamababang halaga na 42 para sa isang spherical probe. Katulad nito, si Selhuber-Unkel et al. Naipakita na kung paano nakakaapekto ang bilis ng indenter, laki ng indenter, at kapal ng mga sample ng polyacrylamide (PAAM) sa Young's modulus na sinusukat gamit ang ACM43 nanoindentation. Isa pang nakakapagpakumplikadong salik ay ang kakulangan ng mga karaniwang materyales sa pagsubok na may napakababang modulus at mga libreng pamamaraan ng pagsubok. Napakahirap nitong makakuha ng tumpak na mga resulta nang may kumpiyansa. Gayunpaman, ang pamamaraan ay lubhang kapaki-pakinabang para sa mga relatibong pagsukat at paghahambing na mga pagsusuri sa pagitan ng mga magkakatulad na uri ng sample, halimbawa ang paggamit ng AFM nanoindentation upang makilala ang mga normal na selula mula sa mga selula ng kanser 44, 45.
Kapag sinusubok ang mga malalambot na materyales gamit ang AFM nanoindentation, ang pangkalahatang tuntunin ay ang paggamit ng probe na may mababang spring constant (k) na halos tumutugma sa sample modulus at isang hemispherical/round tip upang ang unang probe ay hindi tumagos sa mga ibabaw ng sample sa unang pagdikit sa mga malalambot na materyales. Mahalaga rin na ang deflection signal na nalilikha ng probe ay sapat na malakas upang matukoy ng laser detector system24,34,46,47. Sa kaso ng mga ultra-soft heterogeneous na selula, tisyu, at gel, ang isa pang hamon ay ang pagtagumpayan ang puwersa ng pandikit sa pagitan ng probe at ng ibabaw ng sample upang matiyak ang mga maaaring kopyahin at maaasahang pagsukat48,49,50. Hanggang kamakailan lamang, ang karamihan sa mga gawain sa AFM nanoindentation ay nakatuon sa pag-aaral ng mekanikal na pag-uugali ng mga biological cell, tisyu, gel, hydrogel, at biomolecule gamit ang medyo malalaking spherical probes, na karaniwang tinutukoy bilang colloidal probes (CPs). , 47, 51, 52, 53, 54, 55. Ang mga tip na ito ay may radius na 1 hanggang 50 µm at karaniwang gawa sa borosilicate glass, polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), silicon dioxide (SiO2) at diamond-like carbon (DLC). Bagama't ang CP-AFM nanoindentation ay kadalasang ang unang pagpipilian para sa paglalarawan ng malambot na sample, mayroon itong sariling mga problema at limitasyon. Ang paggamit ng malalaki, micron-sized na spherical tips ay nagpapataas ng kabuuang contact area ng tip sa sample at nagreresulta sa isang malaking pagkawala ng spatial resolution. Para sa malambot, hindi homogenous na mga specimen, kung saan ang mga mekanikal na katangian ng mga lokal na elemento ay maaaring magkaiba nang malaki mula sa average sa isang mas malawak na lugar, maaaring itago ng CP indentation ang anumang hindi homogenous na mga katangian sa isang lokal na sukat52. Ang mga colloidal probe ay karaniwang ginagawa sa pamamagitan ng pagkabit ng mga micron-sized na colloidal sphere sa mga tipless cantilever gamit ang epoxy adhesives. Ang proseso ng pagmamanupaktura mismo ay puno ng maraming problema at maaaring humantong sa mga hindi pagkakapare-pareho sa proseso ng pagkakalibrate ng probe. Bukod pa rito, ang laki at masa ng mga colloidal particle ay direktang nakakaapekto sa mga pangunahing parameter ng pagkakalibrate ng cantilever, tulad ng resonant frequency, spring stiffness, at deflection sensitivity56,57,58. Kaya naman, ang mga karaniwang ginagamit na pamamaraan para sa mga kumbensyonal na AFM probe, tulad ng temperature calibration, ay maaaring hindi magbigay ng tumpak na pagkakalibrate para sa CP, at maaaring kailanganin ang iba pang mga pamamaraan upang maisagawa ang mga pagwawastong ito57, 59, 60, 61. Ang mga karaniwang eksperimento sa CP indentation ay gumagamit ng malalaking deviasyon ng cantilever upang pag-aralan ang mga katangian ng mga malambot na sample, na lumilikha ng isa pang problema kapag kina-calibrate ang non-linear na pag-uugali ng cantilever sa medyo malalaking deviasyon62,63,64. Karaniwang isinasaalang-alang ng mga modernong pamamaraan ng colloidal probe indentation ang geometry ng cantilever na ginagamit upang i-calibrate ang probe, ngunit hindi pinapansin ang impluwensya ng mga colloidal particle, na lumilikha ng karagdagang kawalan ng katiyakan sa katumpakan ng pamamaraan38,61. Gayundin, ang mga elastic moduli na kinalkula sa pamamagitan ng contact model fitting ay direktang nakadepende sa geometry ng indentation probe, at ang hindi pagtutugma sa pagitan ng mga katangian ng tip at sample surface ay maaaring humantong sa mga kamalian27, 65, 66, 67, 68. Itinatampok ang ilang kamakailang gawain nina Spencer et al., ang mga salik na dapat isaalang-alang kapag kinakatawan ang mga malalambot na polymer brush gamit ang CP-AFM nanoindentation method. Iniulat nila na ang pagpapanatili ng isang malapot na likido sa mga polymer brush bilang isang function ng bilis ay nagreresulta sa pagtaas ng head loading at samakatuwid ay iba't ibang sukat ng mga katangiang nakadepende sa bilis30,69,70,71.
Sa pag-aaral na ito, aming inilarawan ang surface modulus ng ultra-soft highly elastic material na lehfilcon A CL gamit ang isang modified AFM nanoindentation method. Dahil sa mga katangian at bagong istruktura ng materyal na ito, ang sensitivity range ng tradisyonal na indentation method ay malinaw na hindi sapat upang makilala ang modulus ng sobrang lambot na materyal na ito, kaya kinakailangang gumamit ng AFM nanoindentation method na may mas mataas na sensitivity at mas mababang antas ng sensitivity. Matapos suriin ang mga pagkukulang at problema ng mga umiiral na colloidal AFM probe nanoindentation techniques, ipinapakita namin kung bakit namin pinili ang isang mas maliit, custom-designed na AFM probe upang maalis ang sensitivity, background noise, matukoy ang point of contact, sukatin ang velocity modulus ng malambot na heterogeneous na materyales tulad ng fluid retention dependency, at tumpak na quantification. Bukod pa rito, nagawa naming tumpak na masukat ang hugis at mga sukat ng indentation tip, na nagpapahintulot sa amin na gamitin ang cone-sphere fit model upang matukoy ang modulus of elasticity nang hindi tinatasa ang contact area ng tip sa materyal. Ang dalawang implicit assumptions na tinantiya sa gawaing ito ay ang mga fully elastic material properties at ang indentation depth-independent modulus. Gamit ang pamamaraang ito, sinubukan muna namin ang mga ultra-soft standard na may kilalang modulus upang mabilang ang pamamaraan, at pagkatapos ay ginamit ang pamamaraang ito upang makilala ang mga ibabaw ng dalawang magkaibang materyales ng contact lens. Ang pamamaraang ito ng pagkilala sa mga AFM nanoindentation na ibabaw na may mas mataas na sensitivity ay inaasahang magagamit sa malawak na hanay ng biomimetic heterogeneous ultrasoft na materyales na may potensyal na gamitin sa mga medikal na aparato at biomedical na aplikasyon.
Ang mga contact lens na Lehfilcon A (Alcon, Fort Worth, Texas, USA) at ang kanilang mga silicone hydrogel substrate ay pinili para sa mga eksperimento sa nanoindentation. Isang espesyal na dinisenyong lens mount ang ginamit sa eksperimento. Upang mai-install ang lens para sa pagsubok, maingat itong inilagay sa hugis-simboryong stand, tinitiyak na walang mga bula ng hangin ang nakapasok sa loob, at pagkatapos ay inayos gamit ang mga gilid. Ang isang butas sa fixture sa itaas ng lens holder ay nagbibigay ng daan patungo sa optical center ng lens para sa mga eksperimento sa nanoindentation habang pinapanatili ang likido sa lugar. Pinapanatili nitong ganap na hydrated ang mga lente. 500 μl ng contact lens packaging solution ang ginamit bilang test solution. Upang mapatunayan ang mga quantitative na resulta, ang mga komersyal na available na non-activated polyacrylamide (PAAM) hydrogels ay inihanda mula sa isang polyacrylamide-co-methylene-bisacrylamide composition (100 mm Petrisoft Petri dishes, Matrigen, Irvine, CA, USA), isang kilalang elastic modulus na 1 kPa. Gumamit ng 4-5 patak (humigit-kumulang 125 µl) ng phosphate buffered saline (PBS mula sa Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, USA) at 1 patak ng OPTI-FREE Puremoist contact lens solution (Alcon, Vaud, TX, USA). ) sa AFM hydrogel-probe interface.
Ang mga sample ng Lehfilcon A CL at SiHy substrates ay isinalarawan gamit ang isang FEI Quanta 250 Field Emission Scanning Electron Microscope (FEG SEM) system na nilagyan ng Scanning Transmission Electron Microscope (STEM) detector. Upang ihanda ang mga sample, ang mga lente ay unang hinugasan ng tubig at hiniwa sa hugis-pie na mga wedge. Upang makamit ang isang magkakaibang contrast sa pagitan ng hydrophilic at hydrophobic na mga bahagi ng mga sample, isang 0.10% stabilized solution ng RuO4 ang ginamit bilang pangkulay, kung saan ang mga sample ay inilubog sa loob ng 30 minuto. Ang lehfilcon A CL RuO4 staining ay mahalaga hindi lamang upang makamit ang pinahusay na magkakaibang contrast, kundi nakakatulong din upang mapanatili ang istruktura ng mga branched polymer brush sa kanilang orihinal na anyo, na makikita sa mga imahe ng STEM. Pagkatapos ay hinugasan ang mga ito at inalis sa tubig sa isang serye ng mga pinaghalong ethanol/tubig na may tumataas na konsentrasyon ng ethanol. Ang mga sample ay inihulma gamit ang EMBed 812/Araldite epoxy, na pinatigas magdamag sa 70°C. Ang mga bloke ng sample na nakuha sa pamamagitan ng resin polymerization ay pinutol gamit ang isang ultramicrotome, at ang mga nagresultang manipis na seksyon ay nakita sa isang STEM detector sa low vacuum mode sa isang accelerating voltage na 30 kV. Ang parehong SEM system ay ginamit para sa detalyadong paglalarawan ng PFQNM-LC-A-CAL AFM probe (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA). Ang mga imahe ng SEM ng AFM probe ay nakuha sa isang tipikal na high vacuum mode na may accelerating voltage na 30 kV. Kumuha ng mga imahe sa iba't ibang anggulo at magnification upang itala ang lahat ng detalye ng hugis at laki ng dulo ng AFM probe. Lahat ng sukat ng tip na interesado sa mga imahe ay sinukat nang digital.
Isang Dimension FastScan Bio Icon atomic force microscope (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) na may “PeakForce QNM in Fluid” mode ang ginamit upang mailarawan at ma-nanoindentate ang mga sample ng lehfilcon A CL, SiHy substrate, at PAAm hydrogel. Para sa mga eksperimento sa imaging, isang PEAKFORCE-HIRS-FA probe (Bruker) na may nominal tip radius na 1 nm ang ginamit upang kumuha ng mga imahe na may mataas na resolution ng sample sa scan rate na 0.50 Hz. Lahat ng mga imahe ay kinuha sa aqueous solution.
Isinagawa ang mga eksperimento sa nanoindentation ng AFM gamit ang isang PFQNM-LC-A-CAL probe (Bruker). Ang AFM probe ay may silicon tip sa isang nitride cantilever na may kapal na 345 nm, haba na 54 µm at lapad na 4.5 µm na may resonant frequency na 45 kHz. Ito ay partikular na idinisenyo upang makilala at magsagawa ng mga quantitative nanomechanical na pagsukat sa mga malambot na biological sample. Ang mga sensor ay isa-isang naka-calibrate sa pabrika na may mga pre-calibrated spring setting. Ang mga spring constant ng mga probe na ginamit sa pag-aaral na ito ay nasa hanay na 0.05–0.1 N/m. Upang tumpak na matukoy ang hugis at laki ng tip, ang probe ay detalyadong kinilala gamit ang SEM. Sa fig. Ang Figure 1a ay nagpapakita ng isang high resolution, low magnification scanning electron micrograph ng PFQNM-LC-A-CAL probe, na nagbibigay ng isang holistic na pananaw sa disenyo ng probe. Sa fig. 1b ay nagpapakita ng isang pinalaking pananaw sa tuktok ng tip ng probe, na nagbibigay ng impormasyon tungkol sa hugis at laki ng tip. Sa dulo, ang karayom ​​ay isang hemisphere na may diyametrong humigit-kumulang 140 nm (Fig. 1c). Sa ibaba nito, ang dulo ay patulis at nagiging hugis-kono, na umaabot sa sinusukat na haba na humigit-kumulang 500 nm. Sa labas ng rehiyon ng patulis, ang dulo ay silindro at nagtatapos sa kabuuang haba ng dulo na 1.18 µm. Ito ang pangunahing gumaganang bahagi ng dulo ng probe. Bukod pa rito, isang malaking spherical polystyrene (PS) probe (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, USA) na may diyametro ng dulo na 45 µm at spring constant na 2 N/m ang ginamit din para sa pagsubok bilang isang colloidal probe, gamit ang PFQNM-LC-A-CAL 140 nm probe para sa paghahambing.
Naiulat na ang likido ay maaaring makulong sa pagitan ng AFM probe at ng polymer brush structure habang nanoindentation, na maglalapat ng pataas na puwersa sa AFM probe bago pa man ito aktwal na dumampi sa ibabaw69. Ang malapot na epekto ng extrusion na ito dahil sa fluid retention ay maaaring magbago sa apparent point of contact, sa gayon ay nakakaapekto sa mga sukat ng surface modulus. Upang pag-aralan ang epekto ng probe geometry at indentation speed sa fluid retention, ang mga indentation force curve ay ipinlot para sa mga lehfilcon A CL sample gamit ang isang 140 nm diameter probe sa constant displacement rates na 1 µm/s at 2 µm/s. Ang diameter ng probe ay 45 µm, fixed force setting na 6 nN ay nakamit sa 1 µm/s. Ang mga eksperimento na may probe na 140 nm ang diameter ay isinagawa sa isang indentation speed na 1 µm/s at isang set force na 300 pN, na pinili upang lumikha ng contact pressure sa loob ng physiological range (1–8 kPa) ng upper eyelid. presyon 72. Ang mga malambot at handa nang sample ng PAA hydrogel na may presyon na 1 kPa ay sinubukan para sa puwersa ng pag-ukit na 50 pN sa bilis na 1 μm/s gamit ang isang probe na may diyametro na 140 nm.
Dahil ang haba ng conical na bahagi ng dulo ng PFQNM-LC-A-CAL probe ay humigit-kumulang 500 nm, para sa anumang lalim ng indentation na < 500 nm, ligtas na maipapalagay na ang geometry ng probe habang indentation ay mananatiling tapat sa hugis nito na kono. Bukod pa rito, ipinapalagay na ang ibabaw ng materyal na sinusubok ay magpapakita ng isang nababaligtad na elastic response, na makukumpirma rin sa mga sumusunod na seksyon. Samakatuwid, depende sa hugis at laki ng dulo, pinili namin ang cone-sphere fitting model na binuo nina Briscoe, Sebastian at Adams, na makukuha sa software ng vendor, upang iproseso ang aming mga eksperimento sa AFM nanoindentation (NanoScope). Separation data analysis software, Bruker) 73. Inilalarawan ng modelo ang force-displacement relationship na F(δ) para sa isang cone na may spherical apex defect. Sa fig. Ipinapakita ng Figure 2 ang contact geometry sa panahon ng interaksyon ng isang matibay na kono na may spherical tip, kung saan ang R ay ang radius ng spherical tip, ang a ay ang contact radius, ang b ay ang contact radius sa dulo ng spherical tip, at ang δ ay ang contact radius. Indentation depth, ang θ ay ang half-angle ng cone. Malinaw na ipinapakita ng SEM image ng probe na ito na ang 140 nm diameter na spherical tip ay nagsasama-sama nang tangentially sa isang cone, kaya dito ang b ay tinukoy lamang sa pamamagitan ng R, ibig sabihin, b = R cos θ. Ang software na ibinigay ng vendor ay nagbibigay ng cone-sphere relationship upang kalkulahin ang mga halaga ng Young's modulus (E) mula sa data ng force separation na ipinapalagay na ang a > b. Relasyon:
kung saan ang F ay ang indentation force, ang E ay ang Young's modulus, at ang ν ay ang Poisson's ratio. Ang contact radius na a ay maaaring tantyahin gamit ang:
Iskema ng contact geometry ng isang matibay na kono na may spherical tip na nakadikit sa materyal ng isang Lefilcon contact lens na may surface layer ng branched polymer brushes.
Kung ang a ≤ b, ang relasyon ay magiging ekwasyon para sa isang kumbensyonal na spherical indenter;
Naniniwala kami na ang interaksyon ng indenting probe sa branched structure ng PMPC polymer brush ay magiging sanhi ng pagiging mas malaki ng contact radius na a kaysa sa spherical contact radius na b. Samakatuwid, para sa lahat ng quantitative measurements ng elastic modulus na isinagawa sa pag-aaral na ito, ginamit namin ang dependence na nakuha para sa kaso na a > b.
Ang mga ultrasoft biomimetic na materyales na pinag-aralan sa pag-aaral na ito ay komprehensibong kinunan ng imahe gamit ang scanning transmission electron microscopy (STEM) ng sample cross section at atomic force microscopy (AFM) ng ibabaw. Ang detalyadong paglalarawan ng ibabaw na ito ay isinagawa bilang pagpapalawig ng aming naunang nailathalang gawain, kung saan natukoy namin na ang dynamically branched polymeric brush structure ng PMPC-modified lehfilcon A CL surface ay nagpakita ng mga katulad na mekanikal na katangian sa katutubong corneal tissue 14. Dahil dito, tinutukoy namin ang mga contact lens surface bilang biomimetic materials 14. Sa fig. 3a, b ay nagpapakita ng mga cross section ng branched PMPC polymer brush structures sa ibabaw ng isang lehfilcon A CL substrate at isang untreated SiHy substrate, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga ibabaw ng parehong sample ay karagdagang sinuri gamit ang mga high-resolution na AFM image, na higit pang nagkumpirma sa mga resulta ng STEM analysis (Fig. 3c, d). Kung pagsasama-samahin, ang mga larawang ito ay nagbibigay ng tinatayang haba ng PMPC branched polymer brush structure sa 300–400 nm, na mahalaga para sa pagbibigay-kahulugan sa mga sukat ng AFM nanoindentation. Isa pang mahalagang obserbasyon na nagmula sa mga imahe ay ang pangkalahatang istruktura ng ibabaw ng CL biomimetic na materyal ay naiiba sa morpolohiya ng materyal na substrate na SiHy. Ang pagkakaibang ito sa morpolohiya ng kanilang ibabaw ay maaaring maging maliwanag sa panahon ng kanilang mekanikal na interaksyon sa indenting AFM probe at kasunod nito sa mga nasukat na halaga ng modulus.
Mga cross-sectional na imahe ng STEM ng (a) lehfilcon A CL at (b) SiHy substrate. Scale bar, 500 nm. Mga imahe ng AFM ng ibabaw ng lehfilcon A CL substrate (c) at ng base na SiHy substrate (d) (3 µm × 3 µm).
Ang mga bioinspired polymer at polymer brush structure ay likas na malambot at malawakang pinag-aralan at ginagamit sa iba't ibang aplikasyong biomedical74,75,76,77. Samakatuwid, mahalagang gamitin ang AFM nanoindentation method, na maaaring tumpak at maaasahang masukat ang kanilang mga mekanikal na katangian. Ngunit kasabay nito, ang mga natatanging katangian ng mga ultra-soft na materyales na ito, tulad ng napakababang elastic modulus, mataas na likidong nilalaman at mataas na elasticity, ay kadalasang nagpapahirap sa pagpili ng tamang materyal, hugis at sukat ng indenting probe. Mahalaga ito upang hindi tumagos ang indenter sa malambot na ibabaw ng sample, na maaaring humantong sa mga pagkakamali sa pagtukoy ng punto ng pakikipag-ugnayan sa ibabaw at sa lugar ng pakikipag-ugnayan.
Para dito, mahalaga ang komprehensibong pag-unawa sa morpolohiya ng mga ultra-soft biomimetic na materyales (lehfilcon A CL). Ang impormasyon tungkol sa laki at istruktura ng mga branched polymer brush na nakuha gamit ang imaging method ay nagbibigay ng batayan para sa mekanikal na paglalarawan ng ibabaw gamit ang mga pamamaraan ng AFM nanoindentation. Sa halip na mga micron-sized spherical colloidal probe, pinili namin ang PFQNM-LC-A-CAL silicon nitride probe (Bruker) na may diameter ng dulo na 140 nm, na espesyal na idinisenyo para sa quantitative mapping ng mga mekanikal na katangian ng mga biological sample 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84. Ang katwiran para sa paggamit ng medyo matalas na mga probe kumpara sa mga kumbensyonal na colloidal probe ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng mga katangiang istruktural ng materyal. Sa paghahambing ng laki ng dulo ng probe (~140 nm) sa mga branched polymer brush sa ibabaw ng CL lehfilcon A, na ipinapakita sa Fig. 3a, mahihinuha na ang dulo ay sapat na malaki upang direktang madikit sa mga istrukturang ito ng brush, na nagbabawas sa posibilidad na tumagos ang dulo sa mga ito. Upang ilarawan ang puntong ito, sa Fig. 4 ay isang STEM na imahe ng lehfilcon A CL at ng indenting tip ng AFM probe (iginuhit ayon sa sukat).
Eskematikong nagpapakita ng imahe ng STEM ng lehfilcon A CL at isang ACM indentation probe (iginuhit ayon sa iskala).
Bukod pa rito, ang laki ng dulo na 140 nm ay sapat na maliit upang maiwasan ang panganib ng alinman sa mga sticky extrusion effects na naiulat noon para sa mga polymer brush na ginawa ng CP-AFM nanoindentation method69,71. Ipinapalagay namin na dahil sa espesyal na cone-spherical na hugis at medyo maliit na sukat ng AFM tip na ito (Fig. 1), ang katangian ng force curve na nabuo ng lehfilcon A CL nanoindentation ay hindi depende sa indentation speed o sa loading/unloading speed. Samakatuwid, hindi ito apektado ng poroelastic effects. Upang subukan ang hypothesis na ito, ang mga lehfilcon A CL sample ay indented sa isang fixed maximum force gamit ang PFQNM-LC-A-CAL probe, ngunit sa dalawang magkaibang velocity, at ang nagresultang tensile at retract force curves ay ginamit upang i-plot ang force (nN) sa separation (µm) na ipinapakita sa Figure 5a. Malinaw na ang mga kurba ng puwersa habang naglo-load at nagbabawas ay ganap na nagsasapawan, at walang malinaw na ebidensya na ang force shear sa zero indentation depth ay tumataas kasabay ng bilis ng indentation sa figure, na nagmumungkahi na ang mga indibidwal na brush elements ay nailalarawan nang walang poroelastic effect. Sa kabaligtaran, ang mga epekto ng fluid retention (viscous extrusion at poroelasticity effect) ay maliwanag para sa 45 µm diameter AFM probe sa parehong bilis ng indentation at itinatampok ng hysteresis sa pagitan ng stretch at retract curves, tulad ng ipinapakita sa Figure 5b. Sinusuportahan ng mga resultang ito ang hypothesis at nagmumungkahi na ang 140 nm diameter probes ay isang mahusay na pagpipilian para sa paglalarawan ng mga naturang malambot na ibabaw.
Ang lehfilcon A CL indentation force curves gamit ang ACM; (a) gamit ang isang probe na may diyametrong 140 nm sa dalawang loading rates, na nagpapakita ng kawalan ng poroelastic effect habang nag-uukit sa ibabaw; (b) gamit ang mga probe na may diyametrong 45 µm at 140 nm. Ipinapakita ng s ang mga epekto ng viscous extrusion at poroelasticity para sa malalaking probe kumpara sa mas maliliit na probe.
Upang makilala ang mga ultrasoft na ibabaw, ang mga pamamaraan ng AFM nanoindentation ay dapat magkaroon ng pinakamahusay na probe upang pag-aralan ang mga katangian ng materyal na pinag-aaralan. Bukod sa hugis at laki ng dulo, ang sensitivity ng AFM detector system, sensitivity sa tip deflection sa kapaligiran ng pagsubok, at cantilever stiffness ay gumaganap ng mahalagang papel sa pagtukoy ng katumpakan at pagiging maaasahan ng mga pagsukat ng nanoindentation. Para sa aming AFM system, ang Position Sensitive Detector (PSD) limit ng detection ay humigit-kumulang 0.5 mV at batay sa pre-calibrated spring rate at ang kinakalkulang fluid deflection sensitivity ng PFQNM-LC-A-CAL probe, na tumutugma sa theoretical load sensitivity. ay mas mababa sa 0.1 pN. Samakatuwid, ang pamamaraang ito ay nagbibigay-daan sa pagsukat ng minimum indentation force ≤ 0.1 pN nang walang anumang peripheral noise component. Gayunpaman, halos imposible para sa isang AFM system na mabawasan ang peripheral noise sa antas na ito dahil sa mga salik tulad ng mechanical vibration at fluid dynamics. Nililimitahan ng mga salik na ito ang pangkalahatang sensitibidad ng pamamaraan ng AFM nanoindentation at nagreresulta rin sa isang signal ng background noise na humigit-kumulang ≤ 10 pN. Para sa paglalarawan ng ibabaw, ang mga sample ng substrate ng lehfilcon A CL at SiHy ay indented sa ilalim ng mga kondisyong ganap na hydrated gamit ang isang 140 nm probe para sa paglalarawan ng SEM, at ang mga nagresultang force curve ay ipinatong sa pagitan ng puwersa (pN) at presyon. Ang separation plot (µm) ay ipinapakita sa Figure 6a. Kung ikukumpara sa base substrate ng SiHy, ang force curve ng lehfilcon A CL ay malinaw na nagpapakita ng isang transitional phase na nagsisimula sa punto ng pakikipag-ugnayan sa forked polymer brush at nagtatapos sa isang biglaang pagbabago sa slope marking contact ng dulo sa pinagbabatayang materyal. Ang transitional na bahaging ito ng force curve ay nagpapakita ng tunay na elastic na pag-uugali ng branched polymer brush sa ibabaw, gaya ng pinatutunayan ng compression curve na malapit na sumusunod sa tension curve at ang contrast sa mga mechanical properties sa pagitan ng brush structure at bulky SiHy material. Kapag inihahambing ang lefilcon. Ang paghihiwalay ng karaniwang haba ng isang branched polymer brush sa STEM image ng PCS (Fig. 3a) at ang force curve nito sa abscissa sa Fig. 3a. 6a ay nagpapakita na ang pamamaraan ay nakakatuklas sa dulo at sa branched polymer na umaabot sa pinakatuktok ng ibabaw. Ang pagkakadikit sa pagitan ng mga istruktura ng brush. Bukod pa rito, ang malapit na pagsasanib ng mga force curve ay nagpapahiwatig ng walang epekto sa pagpapanatili ng likido. Sa kasong ito, walang anumang pagdikit sa pagitan ng karayom ​​at ng ibabaw ng sample. Ang mga pinakamataas na seksyon ng force curve para sa dalawang sample ay nagsasanib, na sumasalamin sa pagkakatulad ng mga mekanikal na katangian ng mga materyales ng substrate.
(a) Mga kurba ng puwersa ng nanoindentation ng AFM para sa mga substrate ng lehfilcon A CL at mga substrate ng SiHy, (b) mga kurba ng puwersa na nagpapakita ng pagtatantya ng contact point gamit ang paraan ng background noise threshold.
Upang mapag-aralan ang mas detalyadong mga detalye ng kurba ng puwersa, ang kurba ng tensyon ng sample ng lehfilcon A CL ay muling ipinlot sa Fig. 6b na may pinakamataas na puwersa na 50 pN sa kahabaan ng y-axis. Ang graph na ito ay nagbibigay ng mahalagang impormasyon tungkol sa orihinal na ingay sa background. Ang ingay ay nasa hanay na ±10 pN, na ginagamit upang tumpak na matukoy ang contact point at kalkulahin ang lalim ng indentation. Gaya ng naiulat sa literatura, ang pagtukoy sa mga contact point ay mahalaga upang tumpak na masuri ang mga katangian ng materyal tulad ng modulus85. Ang isang pamamaraan na kinasasangkutan ng awtomatikong pagproseso ng datos ng kurba ng puwersa ay nagpakita ng pinahusay na pagkakatugma sa pagitan ng data fitting at mga quantitative measurement para sa mga malambot na materyales86. Sa gawaing ito, ang aming pagpili ng mga punto ng contact ay medyo simple at obhetibo, ngunit mayroon itong mga limitasyon. Ang aming konserbatibong pamamaraan sa pagtukoy ng punto ng contact ay maaaring magresulta sa bahagyang labis na pagtatantya ng mga halaga ng modulus para sa mas maliliit na lalim ng indentation (< 100 nm). Ang paggamit ng algorithm-based touchpoint detection at automated data processing ay maaaring maging isang pagpapatuloy ng gawaing ito sa hinaharap upang higit pang mapabuti ang aming pamamaraan. Kaya, para sa intrinsic background noise na nasa order na ±10 pN, tinutukoy namin ang contact point bilang ang unang data point sa x-axis sa Figure 6b na may value na ≥10 pN. Pagkatapos, alinsunod sa noise threshold na 10 pN, isang patayong linya sa antas na ~0.27 µm ang nagmamarka sa punto ng pakikipag-ugnayan sa ibabaw, pagkatapos nito ay magpapatuloy ang stretching curve hanggang sa maabot ng substrate ang indentation depth na ~270 nm. Kapansin-pansin, batay sa laki ng branched polymer brush features (300–400 nm) na sinukat gamit ang imaging method, ang indentation depth ng CL lehfilcon. Isang sample na naobserbahan gamit ang background noise threshold method ay humigit-kumulang 270 nm, na napakalapit sa measurement size gamit ang STEM. Kinukumpirma pa ng mga resultang ito ang compatibility at applicability ng hugis at laki ng AFM probe tip para sa indentation ng napakalambot at highly elastic branched polymer brush structure na ito. Nagbibigay din ang datos na ito ng matibay na ebidensya upang suportahan ang aming paraan ng paggamit ng background noise bilang threshold para sa pagtukoy ng mga contact point. Samakatuwid, ang anumang kwantitatibong resulta na makuha mula sa mathematical modeling at force curve fitting ay dapat na medyo tumpak.
Ang mga kwantitatibong sukat gamit ang mga pamamaraan ng AFM nanoindentation ay ganap na nakadepende sa mga modelong matematikal na ginamit para sa pagpili ng datos at kasunod na pagsusuri. Samakatuwid, mahalagang isaalang-alang ang lahat ng salik na may kaugnayan sa pagpili ng indenter, mga katangian ng materyal, at ang mekanika ng kanilang interaksyon bago pumili ng isang partikular na modelo. Sa kasong ito, ang tip geometry ay maingat na kinilala gamit ang mga SEM micrograph (Larawan 1), at batay sa mga resulta, ang 140 nm diameter na AFM nanoindenting probe na may matigas na kono at spherical tip geometry ay isang mahusay na pagpipilian para sa paglalarawan ng mga sample ng lehfilcon A CL79. Ang isa pang mahalagang salik na kailangang maingat na suriin ay ang elastisidad ng materyal na polimer na sinusubok. Bagama't malinaw na binabalangkas ng mga paunang datos ng nanoindentation (Mga Larawan 5a at 6a) ang mga katangian ng pagsasanib ng mga kurba ng tensyon at kompresyon, ibig sabihin, ang kumpletong elastic recovery ng materyal, napakahalagang kumpirmahin ang purong elastic na katangian ng mga contact. Para sa layuning ito, dalawang magkasunod na indentasyon ang isinagawa sa parehong lokasyon sa ibabaw ng lehfilcon A CL sample sa rate ng indentasyon na 1 µm/s sa ilalim ng mga kondisyon ng ganap na hydration. Ang nagresultang datos ng force curve ay ipinapakita sa fig. 7 at, gaya ng inaasahan, ang mga expansion at compression curve ng dalawang print ay halos magkapareho, na nagpapakita ng mataas na elasticity ng branched polymer brush structure.
Dalawang kurba ng puwersa ng pag-ukit sa parehong lokasyon sa ibabaw ng lehfilcon. Ang isang CL ay nagpapahiwatig ng mainam na elastisidad ng ibabaw ng lente.
Batay sa impormasyong nakuha mula sa mga imahe ng SEM at STEM ng dulo ng probe at ibabaw ng lehfilcon A CL, ayon sa pagkakabanggit, ang modelo ng cone-sphere ay isang makatwirang representasyon sa matematika ng interaksyon sa pagitan ng dulo ng probe ng AFM at ng malambot na materyal na polimer na sinusubok. Bilang karagdagan, para sa modelong cone-sphere na ito, ang mga pangunahing pagpapalagay tungkol sa mga katangiang elastiko ng naka-imprintang materyal ay totoo para sa bagong materyal na biomimetic na ito at ginagamit upang masukat ang elastic modulus.
Matapos ang isang komprehensibong pagsusuri ng pamamaraan ng AFM nanoindentation at mga bahagi nito, kabilang ang mga katangian ng indentation probe (hugis, laki, at spring stiffness), sensitivity (background noise at contact point estimation), at mga data fitting model (quantitative modulus measurements), ginamit ang pamamaraan. Kilalanin ang mga komersyal na available na ultra-soft sample upang mapatunayan ang mga quantitative na resulta. Isang komersyal na polyacrylamide (PAAM) hydrogel na may elastic modulus na 1 kPa ang sinubukan sa ilalim ng mga hydrated na kondisyon gamit ang isang 140 nm probe. Ang mga detalye ng module testing at mga kalkulasyon ay ibinigay sa Karagdagang Impormasyon. Ipinakita ng mga resulta na ang average na modulus na nasukat ay 0.92 kPa, at ang %RSD at porsyento (%) na paglihis mula sa kilalang modulus ay mas mababa sa 10%. Kinukumpirma ng mga resultang ito ang katumpakan at reproducibility ng pamamaraan ng AFM nanoindentation na ginamit sa gawaing ito upang sukatin ang moduli ng mga ultrasoft na materyales. Ang mga ibabaw ng mga sample ng lehfilcon A CL at ang SiHy base substrate ay higit pang kinilala gamit ang parehong paraan ng AFM nanoindentation upang pag-aralan ang apparent contact modulus ng ultrasoft surface bilang function ng indentation depth. Ang mga indentation force separation curve ay nabuo para sa tatlong specimen ng bawat uri (n = 3; isang indentation bawat specimen) sa puwersang 300 pN, bilis na 1 µm/s, at full hydration. Ang indentation force sharing curve ay tinatayang gamit ang isang cone-sphere model. Upang makuha ang modulus na nakadepende sa indentation depth, isang 40 nm ang lapad na bahagi ng force curve ang itinakda sa bawat increment na 20 nm simula sa punto ng contact, at sinukat ang mga halaga ng modulus sa bawat hakbang ng force curve. Spin Cy et al. Isang katulad na pamamaraan ang ginamit upang makilala ang modulus gradient ng poly(lauryl methacrylate) (P12MA) polymer brushes gamit ang colloidal AFM probe nanoindentation, at ang mga ito ay naaayon sa datos gamit ang Hertz contact model. Ang pamamaraang ito ay nagbibigay ng isang plot ng apparent contact modulus (kPa) laban sa indentation depth (nm), gaya ng ipinapakita sa Figure 8, na naglalarawan ng apparent contact modulus/depth gradient. Ang kinakalkulang elastic modulus ng CL lehfilcon A sample ay nasa hanay na 2–3 kPa sa loob ng itaas na 100 nm ng sample, at pagkatapos nito ay nagsisimula itong tumaas kasabay ng lalim. Sa kabilang banda, kapag sinusubukan ang SiHy base substrate nang walang brush-like film sa ibabaw, ang maximum indentation depth na nakamit sa puwersang 300 pN ay mas mababa sa 50 nm, at ang modulus value na nakuha mula sa data ay humigit-kumulang 400 kPa, na maihahambing sa mga halaga ng Young's modulus para sa mga bulk materials.
Apparent contact modulus (kPa) vs. indentation depth (nm) para sa lehfilcon A CL at SiHy substrates gamit ang AFM nanoindentation method na may cone-sphere geometry upang sukatin ang modulus.
Ang pinakamataas na ibabaw ng nobelang biomimetic branched polymer brush structure ay nagpapakita ng napakababang modulus of elasticity (2–3 kPa). Ito ay tutugma sa malayang nakasabit na dulo ng forked polymer brush gaya ng ipinapakita sa STEM image. Bagama't mayroong ilang ebidensya ng modulus gradient sa panlabas na gilid ng CL, ang pangunahing high modulus substrate ay mas maimpluwensya. Gayunpaman, ang pinakamataas na 100 nm ng ibabaw ay nasa loob ng 20% ​​ng kabuuang haba ng branched polymer brush, kaya makatuwirang ipagpalagay na ang mga nasukat na halaga ng modulus sa saklaw ng indentation depth na ito ay medyo tumpak at hindi lubos na nakadepende sa epekto ng ilalim na bagay.
Dahil sa kakaibang biomimetic na disenyo ng lehfilcon A contact lens, na binubuo ng mga branched PMPC polymer brush structures na nakakabit sa ibabaw ng SiHy substrates, napakahirap na mapagkakatiwalaang makilala ang mga mekanikal na katangian ng kanilang mga istruktura sa ibabaw gamit ang mga tradisyonal na pamamaraan ng pagsukat. Dito, ipinapakita namin ang isang advanced na AFM nanoindentation method para sa tumpak na pagkilala sa mga ultra-soft na materyales tulad ng lefilcon A na may mataas na nilalaman ng tubig at napakataas na elasticity. Ang pamamaraang ito ay batay sa paggamit ng isang AFM probe na ang laki at geometry ng dulo ay maingat na pinili upang tumugma sa mga sukat ng istruktura ng mga ultra-soft na tampok ng ibabaw na itatak. Ang kombinasyong ito ng mga sukat sa pagitan ng probe at istraktura ay nagbibigay ng mas mataas na sensitivity, na nagbibigay-daan sa amin na masukat ang mababang modulus at likas na elastic na katangian ng mga branched polymer brush elements, anuman ang poroelastic effect. Ipinakita ng mga resulta na ang mga natatanging branched PMPC polymer brushes na katangian ng ibabaw ng lens ay may napakababang elastic modulus (hanggang 2 kPa) at napakataas na elasticity (halos 100%) nang sinubukan sa isang may tubig na kapaligiran. Ang mga resulta ng AFM nanoindentation ay nagbigay-daan din sa amin upang makilala ang maliwanag na contact modulus/depth gradient (30 kPa/200 nm) ng biomimetic lens surface. Ang gradient na ito ay maaaring dahil sa pagkakaiba ng modulus sa pagitan ng mga branched polymer brushes at ng SiHy substrate, o ang branched structure/density ng mga polymer brushes, o kombinasyon ng mga ito. Gayunpaman, kinakailangan ang mas malalim na pag-aaral upang lubos na maunawaan ang ugnayan sa pagitan ng istruktura at mga katangian, lalo na ang epekto ng brush branching sa mga mekanikal na katangian. Ang mga katulad na sukat ay makakatulong upang makilala ang mga mekanikal na katangian ng ibabaw ng iba pang mga ultra-soft na materyales at mga medikal na aparato.
Ang mga dataset na nabuo at/o sinuri sa kasalukuyang pag-aaral ay makukuha mula sa kani-kanilang mga may-akda kapag may makatwirang kahilingan.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. at Haugen, HJ Mga biyolohikal na reaksyon sa mga pisikal at kemikal na katangian ng mga ibabaw ng mga biomaterial. Kemikal. lipunan. Ed. 49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM at Liu, X. Pagpapabuti ng mga biomaterial na nagmula sa tao para sa tissue engineering. programming. polymer. the science. 53, 86 (2016).
Sadtler, K. et al. Disenyo, klinikal na implementasyon, at tugon ng immune system ng mga biomaterial sa regenerative medicine. National Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK at Farr GM Isang pinahusay na pamamaraan para sa pagtukoy ng katigasan at elastic modulus gamit ang mga eksperimento sa indentation na may mga sukat ng load at displacement. J. Alma mater. tangke ng imbakan. 7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Mga makasaysayang pinagmulan ng pagsubok sa katigasan ng indentation. alma mater. ang agham. mga teknolohiya. 28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Mga Pagsukat ng Katigasan ng Indentasyon sa Makro-, Mikro-, at Nanoscale: Isang Kritikal na Pagsusuri. tribe. Wright. 65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD at Clapperich, SM Ang mga error sa pagtuklas ng ibabaw ay humahantong sa labis na pagtatantya ng modulus sa nanoindentation ng malalambot na materyales. J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollakhi MR, Bushroa AR at Yahya M.Yu. Pagsusuri ng pamamaraan ng nanoindentation para sa pagtukoy ng mga mekanikal na katangian ng mga heterogeneous nanocomposites gamit ang mga eksperimental at komputasyong pamamaraan. ang agham. House 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, at Owart, TS Mekanikal na paglalarawan ng malambot na viscoelastic gels sa pamamagitan ng indentation at optimization-based inverse finite element analysis. J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J at Chaneler D. Pag-optimize ng pagtukoy ng viscoelasticity gamit ang mga katugmang sistema ng pagsukat. Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. at Pellillo, E. Nanoindentation ng mga polymeric surface. J. Physics. D. Mag-apply para sa physics. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. at Van Vliet KJ Paglalarawan ng mga viscoelastic na mekanikal na katangian ng mga highly elastic polymer at biological tissues gamit ang shock indentation. Journal of Biomaterials. 71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Pagsusuri ng elastic modulus at gawaing pagdikit ng malalambot na materyales gamit ang pinahabang pamamaraan ng Borodich-Galanov (BG) at malalim na pag-ukit. fur. alma mater. 129, 198–213 (2019).
Shi, X. et al. Nanoscale na morpolohiya at mekanikal na katangian ng biomimetic polymeric surfaces ng silicone hydrogel contact lenses. Langmuir 37, 13961–13967 (2021).