Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümünün CSS desteği sınırlıdır. En iyi deneyim için, güncel bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz. Ayrıca, sürekli destek sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan gösteriyoruz.
Aynı anda üç slayttan oluşan bir slayt gösterisi sunar. Önceki ve Sonraki düğmelerini kullanarak üç slayt arasında geçiş yapabilir veya sondaki kaydırma düğmelerini kullanarak üç slayt arasında geçiş yapabilirsiniz.
Tıbbi cihazlar ve biyomedikal uygulamalar için yeni ultra yumuşak malzemelerin geliştirilmesiyle, bunların fiziksel ve mekanik özelliklerinin kapsamlı karakterizasyonu hem önemli hem de zorludur. Dallı polimer fırça yapılarından oluşan bir tabaka ile kaplanmış yeni lehfilcon A biyomimetik silikon hidrojel kontakt lensin son derece düşük yüzey modülünü karakterize etmek için modifiye edilmiş bir atomik kuvvet mikroskobu (AFM) nanoindentasyon tekniği uygulandı. Bu yöntem, dallı polimerlere yaklaşırken viskoz ekstrüzyon etkileri olmadan temas noktalarının hassas bir şekilde belirlenmesini sağlar. Ek olarak, poroelastisite etkisi olmadan tek tek fırça elemanlarının mekanik özelliklerinin belirlenmesini mümkün kılar. Bu, yumuşak malzemelerin ve biyolojik örneklerin özelliklerini ölçmek için özellikle uygun bir tasarıma (uç boyutu, geometri ve yay oranı) sahip bir AFM probu seçilerek elde edilir. Bu yöntem, yüzey alanında son derece düşük elastikiyet modülüne (2 kPa'ya kadar) ve iç (neredeyse %100) sulu ortamda son derece yüksek elastikiyete sahip çok yumuşak malzeme lehfilcon A'nın doğru ölçümü için hassasiyeti ve doğruluğu artırır. Yüzey incelemesinin sonuçları, lehfilcon A lensin ultra yumuşak yüzey özelliklerini ortaya koymakla kalmadı, aynı zamanda dallı polimer fırçaların modülünün silikon-hidrojen alt tabakanınkiyle karşılaştırılabilir olduğunu da gösterdi. Bu yüzey karakterizasyon tekniği, diğer ultra yumuşak malzemelere ve tıbbi cihazlara da uygulanabilir.
Canlı dokuyla doğrudan temas için tasarlanmış malzemelerin mekanik özellikleri genellikle biyolojik ortam tarafından belirlenir. Bu malzeme özelliklerinin mükemmel uyumu, olumsuz hücresel tepkilere neden olmadan malzemenin istenen klinik özelliklerinin elde edilmesine yardımcı olur1,2,3. Hacimli homojen malzemeler için, standart prosedürlerin ve test yöntemlerinin (örneğin, mikroindentasyon4,5,6) mevcudiyeti nedeniyle mekanik özelliklerin karakterizasyonu nispeten kolaydır. Bununla birlikte, jeller, hidrojeller, biyopolimerler, canlı hücreler vb. gibi ultra yumuşak malzemeler için, bu test yöntemleri genellikle ölçüm çözünürlüğü sınırlamaları ve bazı malzemelerin homojen olmaması nedeniyle uygulanamaz7. Yıllar boyunca, geleneksel girinti yöntemleri, çok çeşitli yumuşak malzemeleri karakterize etmek için değiştirilmiş ve uyarlanmıştır, ancak birçok yöntem hala kullanımını sınırlayan ciddi eksikliklerden muzdariptir8,9,10,11,12,13. Süper yumuşak malzemelerin ve yüzey katmanlarının mekanik özelliklerini doğru ve güvenilir bir şekilde karakterize edebilen özel test yöntemlerinin eksikliği, bunların çeşitli uygulamalarda kullanımını ciddi şekilde sınırlandırmaktadır.
Önceki çalışmamızda, gözün korneasının yüzeyinden esinlenerek tasarlanmış potansiyel biyomimetik tasarımlardan türetilen tüm ultra yumuşak yüzey özelliklerine sahip yumuşak heterojen bir malzeme olan lehfilcon A (CL) kontakt lensini tanıttık. Bu biyomalzeme, tıbbi cihazlar için tasarlanmış bir silikon hidrojelin (SiHy) 15 üzerine dallı, çapraz bağlı bir poli(2-metakriloyiloksietilfosforilkolin (MPC)) (PMPC) polimer tabakasının aşılanmasıyla geliştirilmiştir. Bu aşılama işlemi, yüzeyde çok yumuşak ve yüksek elastikiyete sahip dallı polimerik fırça yapısından oluşan bir tabaka oluşturur. Önceki çalışmamız, lehfilcon A CL'nin biyomimetik yapısının, iyileştirilmiş ıslanma ve kirlenme önleme, artırılmış kayganlık ve azaltılmış hücre ve bakteri yapışması gibi üstün yüzey özellikleri sağladığını doğrulamıştır15,16. Ayrıca, bu biyomimetik malzemenin kullanımı ve geliştirilmesi, diğer biyomedikal cihazlara da daha fazla genişlemeyi önermektedir. Bu nedenle, gelecekteki gelişmeleri ve uygulamaları desteklemek için kapsamlı bir bilgi tabanı oluşturmak amacıyla bu ultra yumuşak malzemenin yüzey özelliklerini karakterize etmek ve gözle olan mekanik etkileşimini anlamak kritik önem taşımaktadır. Piyasada bulunan çoğu SiHy kontakt lens, homojen bir malzeme yapısı oluşturan hidrofilik ve hidrofobik polimerlerin homojen bir karışımından oluşmaktadır17. Geleneksel sıkıştırma, çekme ve mikro girinti test yöntemleri kullanılarak mekanik özelliklerini araştırmak için çeşitli çalışmalar yapılmıştır18,19,20,21. Bununla birlikte, lehfilcon A CL'nin yeni biyomimetik tasarımı, dallı polimer fırça yapılarının mekanik özelliklerinin SiHy taban alt tabakasınınkinden önemli ölçüde farklı olduğu benzersiz bir heterojen malzeme haline getirmektedir. Bu nedenle, bu özellikleri geleneksel ve girinti yöntemleriyle doğru bir şekilde ölçmek çok zordur. Umut vadeden bir yöntem, biyolojik hücreler ve dokular gibi yumuşak viskoelastik malzemelerin yanı sıra yumuşak polimerlerin mekanik özelliklerini belirlemek için kullanılan atomik kuvvet mikroskobunda (AFM) uygulanan nanoindentasyon test yöntemini kullanmaktadır22,23,24,25,26,27,28,29,30. AFM nanoindentasyonunda, nanoindentasyon testinin temelleri, artırılmış ölçüm hassasiyeti ve çok çeşitli doğal olarak süper yumuşak malzemelerin test edilmesini sağlamak için AFM teknolojisindeki en son gelişmelerle birleştirilmiştir31,32,33,34,35,36. Ek olarak, teknoloji farklı geometrilerde indenter ve prob kullanımı ve çeşitli sıvı ortamlarda test yapma olasılığı yoluyla diğer önemli avantajlar sunmaktadır.
AFM nanoindentasyon, şartlı olarak üç ana bileşene ayrılabilir: (1) ekipman (sensörler, dedektörler, problar, vb.); (2) ölçüm parametreleri (kuvvet, yer değiştirme, hız, rampa boyutu, vb.); (3) Veri işleme (taban çizgisi düzeltmesi, temas noktası tahmini, veri uyumu, modelleme, vb.). Bu yöntemin önemli bir sorunu, literatürde AFM nanoindentasyon kullanan birçok çalışmanın aynı örnek/hücre/malzeme türü için çok farklı nicel sonuçlar bildirmesidir37,38,39,40,41. Örneğin, Lekka vd., mekanik olarak homojen hidrojel ve heterojen hücre örneklerinin ölçülen Young modülüne AFM prob geometrisinin etkisini incelemiş ve karşılaştırmıştır. Modül değerlerinin, piramit şeklinde bir prob için en yüksek değer ve küresel bir prob için en düşük değer olmak üzere, konsol seçimine ve uç şekline oldukça bağlı olduğunu bildirmişlerdir.42 Benzer şekilde, Selhuber-Unkel vd. İndenter hızının, indenter boyutunun ve poliakrilamid (PAAM) numunelerinin kalınlığının, ACM43 nanoindentasyon ile ölçülen Young modülünü nasıl etkilediği gösterilmiştir. Bir diğer karmaşık faktör ise standart, son derece düşük modüllü test malzemelerinin ve serbest test prosedürlerinin bulunmamasıdır. Bu durum, güvenilir bir şekilde doğru sonuçlar elde etmeyi çok zorlaştırmaktadır. Bununla birlikte, yöntem, benzer numune tipleri arasında göreceli ölçümler ve karşılaştırmalı değerlendirmeler için çok kullanışlıdır; örneğin, AFM nanoindentasyon kullanılarak normal hücreler kanser hücrelerinden ayırt edilebilir 44, 45.
AFM nanoindentasyon yöntemiyle yumuşak malzemeleri test ederken, genel bir kural olarak, numune modülüne yakın düşük yay sabiti (k) ve yarım küresel/yuvarlak uçlu bir prob kullanmak gerekir; böylece ilk prob, yumuşak malzemelerle ilk temasında numune yüzeylerini delmez. Ayrıca, prob tarafından üretilen sapma sinyalinin lazer dedektör sistemi tarafından algılanabilecek kadar güçlü olması da önemlidir24,34,46,47. Ultra yumuşak heterojen hücreler, dokular ve jeller söz konusu olduğunda, tekrarlanabilir ve güvenilir ölçümler sağlamak için prob ile numune yüzeyi arasındaki yapışma kuvvetinin üstesinden gelmek de bir başka zorluktur48,49,50. Yakın zamana kadar, AFM nanoindentasyon üzerine yapılan çalışmaların çoğu, genellikle kolloidal problar (CP'ler) olarak adlandırılan nispeten büyük küresel problar kullanılarak biyolojik hücrelerin, dokuların, jellerin, hidrojellerin ve biyomoleküllerin mekanik davranışının incelenmesine odaklanmıştır. 47, 51, 52, 53, 54, 55. Bu uçların yarıçapı 1 ila 50 µm arasındadır ve genellikle borosilikat cam, polimetil metakrilat (PMMA), polistiren (PS), silikon dioksit (SiO2) ve elmas benzeri karbon (DLC) malzemelerinden üretilirler. CP-AFM nanoindentasyon, yumuşak numune karakterizasyonu için genellikle ilk tercih olsa da, kendi sorunları ve sınırlamaları vardır. Büyük, mikron boyutlu küresel uçların kullanımı, ucun numune ile toplam temas alanını artırır ve önemli bir uzamsal çözünürlük kaybına neden olur. Yerel elemanların mekanik özelliklerinin daha geniş bir alandaki ortalamadan önemli ölçüde farklı olabileceği yumuşak, homojen olmayan numuneler için, CP indentasyon, yerel ölçekteki özelliklerdeki herhangi bir homojen olmama durumunu gizleyebilir52. Kolloidal problar tipik olarak, epoksi yapıştırıcılar kullanılarak mikron boyutlu kolloidal kürelerin uçsuz konsollara yapıştırılmasıyla yapılır. Üretim sürecinin kendisi birçok sorunla doludur ve prob kalibrasyon sürecinde tutarsızlıklara yol açabilir. Ek olarak, kolloidal parçacıkların boyutu ve kütlesi, rezonans frekansı, yay sertliği ve sapma hassasiyeti gibi konsolun ana kalibrasyon parametrelerini doğrudan etkiler56,57,58. Bu nedenle, sıcaklık kalibrasyonu gibi geleneksel AFM probları için yaygın olarak kullanılan yöntemler, CP için doğru bir kalibrasyon sağlamayabilir ve bu düzeltmeleri yapmak için başka yöntemler gerekebilir57, 59, 60, 61. Tipik CP girinti deneyleri, yumuşak numunelerin özelliklerini incelemek için büyük sapmalı konsol kullanır; bu da nispeten büyük sapmalarda konsolun doğrusal olmayan davranışını kalibre ederken başka bir sorun yaratır62,63,64. Modern kolloidal prob girinti yöntemleri genellikle probu kalibre etmek için kullanılan konsolun geometrisini dikkate alır, ancak kolloidal parçacıkların etkisini göz ardı eder; bu da yöntemin doğruluğunda ek belirsizlik yaratır38,61. Benzer şekilde, temas modeli uyumu ile hesaplanan elastik modüller, girinti probunun geometrisine doğrudan bağlıdır ve uç ile numune yüzey özellikleri arasındaki uyumsuzluk, yanlışlıklara yol açabilir27, 65, 66, 67, 68. Spencer ve ark. tarafından yapılan bazı yeni çalışmalar, CP-AFM nano girinti yöntemi kullanılarak yumuşak polimer fırçaların karakterize edilmesinde dikkate alınması gereken faktörleri vurgulamaktadır. Polimer fırçalarda viskoz bir sıvının hıza bağlı olarak tutulmasının, kafa yükünde artışa ve dolayısıyla hıza bağlı özelliklerin farklı ölçümlerine yol açtığını bildirmişlerdir30,69,70,71.
Bu çalışmada, modifiye edilmiş bir AFM nanoindentasyon yöntemi kullanarak ultra yumuşak, yüksek elastikiyete sahip lehfilcon A CL malzemesinin yüzey modülünü karakterize ettik. Bu malzemenin özellikleri ve yeni yapısı göz önüne alındığında, geleneksel girinti yönteminin hassasiyet aralığı, bu son derece yumuşak malzemenin modülünü karakterize etmek için açıkça yetersizdir; bu nedenle, daha yüksek ve daha düşük hassasiyet seviyesine sahip bir AFM nanoindentasyon yöntemi kullanmak gereklidir. Mevcut kolloidal AFM prob nanoindentasyon tekniklerinin eksikliklerini ve sorunlarını inceledikten sonra, hassasiyeti, arka plan gürültüsünü ortadan kaldırmak, temas noktasını hassas bir şekilde belirlemek, sıvı tutma bağımlılığı gibi yumuşak heterojen malzemelerin hız modülünü ölçmek ve doğru nicelleştirme sağlamak için neden daha küçük, özel olarak tasarlanmış bir AFM probu seçtiğimizi gösterdik. Ayrıca, girinti ucunun şeklini ve boyutlarını doğru bir şekilde ölçebildik ve bu da, ucun malzeme ile temas alanını değerlendirmeden elastikiyet modülünü belirlemek için koni-küre uyum modelini kullanmamıza olanak sağladı. Bu çalışmada nicel olarak belirlenen iki örtük varsayım, tamamen elastik malzeme özellikleri ve girinti derinliğinden bağımsız modüldür. Bu yöntemi kullanarak, öncelikle yöntemi nicel olarak doğrulamak için bilinen bir modüle sahip ultra yumuşak standartları test ettik ve ardından bu yöntemi iki farklı kontakt lens malzemesinin yüzeylerini karakterize etmek için kullandık. AFM nano girinti yüzeylerini artırılmış hassasiyetle karakterize etme yönteminin, tıbbi cihazlarda ve biyomedikal uygulamalarda potansiyel kullanım alanına sahip çok çeşitli biyomimetik heterojen ultra yumuşak malzemelere uygulanabilir olması beklenmektedir.
Nanoindentasyon deneyleri için Lehfilcon A kontakt lensleri (Alcon, Fort Worth, Teksas, ABD) ve silikon hidrojel alt tabakaları seçildi. Deneyde özel olarak tasarlanmış bir lens tutucu kullanıldı. Test için lensi yerleştirmek üzere, kubbe şeklindeki standa dikkatlice yerleştirildi, içine hava kabarcığı girmemesine dikkat edildi ve ardından kenarlarıyla sabitlendi. Lens tutucunun üst kısmındaki bağlantıdaki bir delik, sıvıyı yerinde tutarken nanoindentasyon deneyleri için lensin optik merkezine erişim sağlar. Bu, lenslerin tamamen nemli kalmasını sağlar. Test çözeltisi olarak 500 μl kontakt lens ambalaj çözeltisi kullanıldı. Kantitatif sonuçları doğrulamak için, bilinen 1 kPa elastik modülüne sahip bir poliakrilamid-ko-metilen-bisakrilamid bileşiminden (100 mm Petrisoft Petri kapları, Matrigen, Irvine, CA, ABD) ticari olarak temin edilebilen aktif olmayan poliakrilamid (PAAM) hidrojelleri hazırlandı. AFM hidrojeli-prob arayüzüne 4-5 damla (yaklaşık 125 µl) fosfat tamponlu salin (Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, ABD'den PBS) ve 1 damla OPTI-FREE Puremoist kontakt lens solüsyonu (Alcon, Vaud, TX, ABD) kullanın.
Lehfilcon A CL ve SiHy alt tabakalarının örnekleri, Taramalı Geçirimli Elektron Mikroskobu (STEM) dedektörü ile donatılmış bir FEI Quanta 250 Alan Emisyonlu Taramalı Elektron Mikroskobu (FEG SEM) sistemi kullanılarak görüntülendi. Örnekleri hazırlamak için, mercekler önce suyla yıkandı ve dilim şeklinde kesildi. Örneklerin hidrofilik ve hidrofobik bileşenleri arasında diferansiyel kontrast elde etmek için, %0,10'luk stabilize edilmiş bir RuO4 çözeltisi boya olarak kullanıldı ve örnekler 30 dakika boyunca bu çözeltiye daldırıldı. Lehfilcon A CL RuO4 boyaması, yalnızca gelişmiş diferansiyel kontrast elde etmek için değil, aynı zamanda dallı polimer fırçalarının yapısını orijinal hallerinde korumaya yardımcı olmak için de önemlidir; bu da STEM görüntülerinde görünür olmalarını sağlar. Daha sonra, artan etanol konsantrasyonuna sahip bir dizi etanol/su karışımında yıkandı ve dehidrate edildi. Örnekler daha sonra EMBed 812/Araldite epoksi ile döküldü ve 70°C'de bir gece boyunca kürlendi. Reçine polimerizasyonu ile elde edilen numune blokları bir ultramikrotom ile kesildi ve elde edilen ince kesitler, 30 kV hızlandırma voltajında ​​düşük vakum modunda bir STEM dedektörü ile görüntülendi. Aynı SEM sistemi, PFQNM-LC-A-CAL AFM probunun (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, ABD) ayrıntılı karakterizasyonu için kullanıldı. AFM probunun SEM görüntüleri, 30 kV hızlandırma voltajı ile tipik bir yüksek vakum modunda elde edildi. AFM prob ucunun şekli ve boyutunun tüm ayrıntılarını kaydetmek için farklı açılardan ve büyütmelerden görüntüler alındı. Görüntülerdeki tüm uç boyutları dijital olarak ölçüldü.
Lehfilcon A CL, SiHy substrat ve PAAm hidrojeli örneklerini görselleştirmek ve nanoindentasyon yapmak için “PeakForce QNM in Fluid” moduna sahip bir Dimension FastScan Bio Icon atomik kuvvet mikroskobu (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, ABD) kullanıldı. Görüntüleme deneyleri için, numunenin yüksek çözünürlüklü görüntülerini 0,50 Hz tarama hızında yakalamak üzere nominal uç yarıçapı 1 nm olan bir PEAKFORCE-HIRS-FA probu (Bruker) kullanıldı. Tüm görüntüler sulu çözeltide alındı.
AFM nanoindentasyon deneyleri, PFQNM-LC-A-CAL probu (Bruker) kullanılarak gerçekleştirildi. AFM probu, 345 nm kalınlığında, 54 µm uzunluğunda ve 4,5 µm genişliğinde, 45 kHz rezonans frekansına sahip nitrür bir konsol üzerinde silikon uca sahiptir. Özellikle yumuşak biyolojik numunelerin karakterizasyonu ve kantitatif nanomekanik ölçümlerinin yapılması için tasarlanmıştır. Sensörler, fabrikada önceden kalibre edilmiş yay ayarlarıyla ayrı ayrı kalibre edilir. Bu çalışmada kullanılan probların yay sabitleri 0,05–0,1 N/m aralığındaydı. Ucun şeklini ve boyutunu doğru bir şekilde belirlemek için, prob SEM kullanılarak ayrıntılı olarak karakterize edildi. Şekil 1a'da, PFQNM-LC-A-CAL probunun yüksek çözünürlüklü, düşük büyütmeli taramalı elektron mikrografı gösterilmekte olup, prob tasarımının bütünsel bir görünümünü sağlamaktadır. Şekil 1b, prob ucunun üst kısmının büyütülmüş bir görünümünü göstererek ucun şekli ve boyutu hakkında bilgi vermektedir. En uçta, iğne yaklaşık 140 nm çapında bir yarım küredir (Şekil 1c). Bunun altında, uç konik bir şekle doğru incelerek yaklaşık 500 nm'lik bir uzunluğa ulaşır. İncelenen bölgenin dışında, uç silindirik olup toplam uç uzunluğu 1,18 µm'dir. Bu, prob ucunun ana fonksiyonel kısmıdır. Ek olarak, karşılaştırma amacıyla PFQNM-LC-A-CAL 140 nm prob ile birlikte, uç çapı 45 µm ve yay sabiti 2 N/m olan büyük bir küresel polistiren (PS) prob (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, ABD) da koloidal prob olarak test edilmiştir.
Nanoindentasyon sırasında AFM probu ile polimer fırça yapısı arasında sıvı hapsolabileceği ve bunun da yüzeye temas etmeden önce AFM probuna yukarı doğru bir kuvvet uygulayacağı bildirilmiştir69. Sıvı tutulmasından kaynaklanan bu viskoz ekstrüzyon etkisi, görünür temas noktasını değiştirebilir ve böylece yüzey modülü ölçümlerini etkileyebilir. Prob geometrisinin ve girinti hızının sıvı tutulması üzerindeki etkisini incelemek için, 140 nm çaplı bir prob kullanılarak 1 µm/s ve 2 µm/s sabit yer değiştirme hızlarında lehfilcon A CL örnekleri için girinti kuvveti eğrileri çizilmiştir. Prob çapı 45 µm, sabit kuvvet ayarı 6 nN, 1 µm/s hızda elde edilmiştir. 140 nm çaplı bir prob ile yapılan deneyler, 1 µm/s girinti hızı ve üst göz kapağının fizyolojik aralığında (1–8 kPa) bir temas basıncı oluşturmak için seçilen 300 pN'lik bir kuvvet ayarında gerçekleştirilmiştir. 72. 1 kPa basınca sahip yumuşak hazır PAA hidrojeli numuneleri, 140 nm çapında bir prob kullanılarak 1 μm/s hızda 50 pN'lik bir girinti kuvveti için test edildi.
PFQNM-LC-A-CAL probunun ucunun konik kısmının uzunluğu yaklaşık 500 nm olduğundan, 500 nm'den daha küçük herhangi bir girinti derinliği için, girinti sırasında probun geometrisinin koni şekline sadık kalacağı güvenle varsayılabilir. Ek olarak, test edilen malzemenin yüzeyinin geri dönüşümlü bir elastik tepki göstereceği varsayılmaktadır ve bu da sonraki bölümlerde doğrulanacaktır. Bu nedenle, ucun şekline ve boyutuna bağlı olarak, AFM nano girinti deneylerimizi işlemek için satıcının yazılımında (NanoScope) bulunan Briscoe, Sebastian ve Adams tarafından geliştirilen koni-küre uyum modelini seçtik. Ayırma verisi analiz yazılımı, Bruker) 73. Model, küresel tepe kusurlu bir koni için kuvvet-yer değiştirme ilişkisi F(δ)'yi tanımlar. Şekilde. Şekil 2, sert bir koninin küresel bir uçla etkileşimi sırasındaki temas geometrisini göstermektedir; burada R, küresel ucun yarıçapı, a temas yarıçapı, b küresel ucun ucundaki temas yarıçapı, δ temas yarıçapı ve girinti derinliği, θ ise koninin yarım açısıdır. Bu probun SEM görüntüsü, 140 nm çapındaki küresel ucun teğetsel olarak bir koniye dönüştüğünü açıkça göstermektedir, bu nedenle burada b yalnızca R üzerinden tanımlanır, yani b = R cos θ. Tedarikçi tarafından sağlanan yazılım, a > b varsayımıyla kuvvet ayrımı verilerinden Young modülü (E) değerlerini hesaplamak için bir koni-küre ilişkisi sağlar. İlişki:
Burada F girinti kuvveti, E Young modülü ve ν Poisson oranıdır. Temas yarıçapı a şu formül kullanılarak tahmin edilebilir:
Uç kısmı küresel olan sert bir koninin, dallı polimer fırçalardan oluşan yüzey tabakasına sahip Lefilcon kontakt lens malzemesine bastırılmasıyla oluşan temas geometrisinin şeması.
Eğer a ≤ b ise, ilişki geleneksel küresel bir girinti ucu için olan denkleme indirgenir;
İndentizasyon probunun PMPC polimer fırçasının dallı yapısıyla etkileşiminin, temas yarıçapı a'nın küresel temas yarıçapı b'den daha büyük olmasına neden olacağına inanıyoruz. Bu nedenle, bu çalışmada gerçekleştirilen elastik modülün tüm nicel ölçümlerinde, a > b durumu için elde edilen bağıntıyı kullandık.
Bu çalışmada incelenen ultra yumuşak biyomimetik malzemeler, numune kesitinin taramalı iletim elektron mikroskobu (STEM) ve yüzeyinin atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılarak kapsamlı bir şekilde görüntülendi. Bu detaylı yüzey karakterizasyonu, daha önce yayınladığımız ve PMPC ile modifiye edilmiş lehfilcon A CL yüzeyinin dinamik olarak dallanmış polimerik fırça yapısının doğal kornea dokusuna benzer mekanik özellikler sergilediğini belirlediğimiz çalışmamızın bir uzantısı olarak gerçekleştirildi. Bu nedenle, kontakt lens yüzeylerine biyomimetik malzemeler diyoruz. Şekil 3a ve 3b'de sırasıyla lehfilcon A CL alt tabakası ve işlenmemiş SiHy alt tabakasının yüzeyindeki dallanmış PMPC polimer fırça yapılarının kesitleri gösterilmektedir. Her iki numunenin yüzeyleri, STEM analizinin sonuçlarını daha da doğrulayan yüksek çözünürlüklü AFM görüntüleri kullanılarak daha ayrıntılı olarak analiz edildi (Şekil 3c, d). Bu görüntüler birlikte ele alındığında, AFM nanoindentasyon ölçümlerinin yorumlanması için kritik öneme sahip olan PMPC dallı polimer fırça yapısının yaklaşık uzunluğunu 300-400 nm olarak vermektedir. Görüntülerden elde edilen bir diğer önemli gözlem ise, CL biyomimetik malzemenin genel yüzey yapısının, SiHy alt tabaka malzemesinden morfolojik olarak farklı olmasıdır. Yüzey morfolojilerindeki bu farklılık, girinti yapan AFM probuyla mekanik etkileşimleri sırasında ve daha sonra ölçülen modül değerlerinde belirgin hale gelebilir.
(a) Lehfilcon A CL ve (b) SiHy alt tabakasının kesit STEM görüntüleri. Ölçek çubuğu, 500 nm. Lehfilcon A CL alt tabakasının yüzeyinin (c) ve temel SiHy alt tabakasının (d) AFM görüntüleri (3 µm × 3 µm).
Biyolojik olarak esinlenilmiş polimerler ve polimer fırça yapıları doğaları gereği yumuşaktır ve çeşitli biyomedikal uygulamalarda yaygın olarak incelenmiş ve kullanılmıştır74,75,76,77. Bu nedenle, mekanik özelliklerini doğru ve güvenilir bir şekilde ölçebilen AFM nanoindentasyon yönteminin kullanılması önemlidir. Ancak aynı zamanda, son derece düşük elastik modül, yüksek sıvı içeriği ve yüksek elastikiyet gibi bu ultra yumuşak malzemelerin benzersiz özellikleri, girinti probunun doğru malzeme, şekil ve boyut seçimini genellikle zorlaştırmaktadır. Bu, girintinin numunenin yumuşak yüzeyini delmemesi için önemlidir; aksi takdirde yüzeyle temas noktası ve temas alanının belirlenmesinde hatalar meydana gelebilir.
Bunun için, ultra yumuşak biyomimetik malzemelerin (lehfilcon A CL) morfolojisinin kapsamlı bir şekilde anlaşılması şarttır. Görüntüleme yöntemi kullanılarak elde edilen dallı polimer fırçaların boyutu ve yapısı hakkındaki bilgiler, AFM nanoindentasyon teknikleri kullanılarak yüzeyin mekanik karakterizasyonu için temel oluşturmaktadır. Mikron boyutlu küresel koloidal problar yerine, biyolojik örneklerin mekanik özelliklerinin kantitatif haritalanması için özel olarak tasarlanmış, uç çapı 140 nm olan PFQNM-LC-A-CAL silikon nitrür probunu (Bruker) seçtik 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84. Geleneksel koloidal problara kıyasla nispeten keskin probların kullanılmasının gerekçesi, malzemenin yapısal özellikleriyle açıklanabilir. Şekil 3a'da gösterilen CL lehfilcon A yüzeyindeki dallı polimer fırçalarla prob ucunun boyutunu (~140 nm) karşılaştırdığımızda, ucun bu fırça yapılarıyla doğrudan temas edecek kadar büyük olduğu ve bu durumun ucun bu yapıları delme olasılığını azalttığı sonucuna varılabilir. Bu noktayı açıklamak için, Şekil 4'te lehfilcon A CL'nin ve AFM probunun girinti yapan ucunun (ölçekli olarak çizilmiş) bir STEM görüntüsü yer almaktadır.
Lehfilcon A CL'nin STEM görüntüsünü ve bir ACM girinti probunu gösteren şematik çizim (ölçekli olarak çizilmiştir).
Ek olarak, 140 nm'lik uç boyutu, CP-AFM nanoindentasyon yöntemiyle üretilen polimer fırçalar için daha önce bildirilen yapışkan ekstrüzyon etkilerinin riskini önleyecek kadar küçüktür69,71. Bu AFM ucunun özel koni-küresel şekli ve nispeten küçük boyutu (Şekil 1) nedeniyle, lehfilcon A CL nanoindentasyonunun oluşturduğu kuvvet eğrisinin doğasının girinti hızına veya yükleme/boşaltma hızına bağlı olmayacağını varsayıyoruz. Bu nedenle, poroelastik etkilerden etkilenmez. Bu hipotezi test etmek için, lehfilcon A CL numuneleri, PFQNM-LC-A-CAL probu kullanılarak sabit bir maksimum kuvvette, ancak iki farklı hızda girintilendi ve elde edilen çekme ve geri çekme kuvveti eğrileri, Şekil 5a'da gösterilen ayrılma (µm) içindeki kuvveti (nN) çizmek için kullanıldı. Yükleme ve boşaltma sırasındaki kuvvet eğrilerinin tamamen üst üste geldiği ve sıfır girinti derinliğindeki kuvvet kaymasının girinti hızıyla arttığına dair net bir kanıtın olmadığı açıkça görülmektedir; bu da tek tek fırça elemanlarının poroelastik etki olmaksızın karakterize edildiğini düşündürmektedir. Buna karşılık, aynı girinti hızında 45 µm çaplı AFM probu için sıvı tutma etkileri (viskoz ekstrüzyon ve poroelastisite etkileri) belirgindir ve Şekil 5b'de gösterildiği gibi germe ve geri çekme eğrileri arasındaki histerezis ile vurgulanmaktadır. Bu sonuçlar hipotezi desteklemekte ve 140 nm çaplı probların bu tür yumuşak yüzeylerin karakterizasyonu için iyi bir seçim olduğunu göstermektedir.
ACM kullanılarak elde edilen lehfilcon A CL girinti kuvveti eğrileri; (a) iki yükleme hızında 140 nm çapında bir prob kullanılarak, yüzey girintisi sırasında poroelastik etkinin yokluğunu göstermektedir; (b) 45 µm ve 140 nm çapında problar kullanılarak. Şekiller, daha küçük problara kıyasla büyük problar için viskoz ekstrüzyon ve poroelastisite etkilerini göstermektedir.
Ultra yumuşak yüzeyleri karakterize etmek için, AFM nanoindentasyon yöntemleri, incelenen malzemenin özelliklerini incelemek için en iyi proba sahip olmalıdır. Uç şekli ve boyutuna ek olarak, AFM dedektör sisteminin hassasiyeti, test ortamındaki uç sapmasına duyarlılık ve konsol sertliği, nanoindentasyon ölçümlerinin doğruluğunu ve güvenilirliğini belirlemede önemli bir rol oynar. AFM sistemimiz için, Konum Hassas Dedektörünün (PSD) algılama limiti yaklaşık 0,5 mV'dir ve önceden kalibre edilmiş yay oranına ve PFQNM-LC-A-CAL probunun hesaplanan akışkan sapma hassasiyetine dayanmaktadır; bu da teorik yük hassasiyetine karşılık gelir ve 0,1 pN'den azdır. Bu nedenle, bu yöntem, herhangi bir çevresel gürültü bileşeni olmadan minimum ≤ 0,1 pN'lik bir girinti kuvvetinin ölçülmesine olanak tanır. Bununla birlikte, mekanik titreşim ve akışkan dinamiği gibi faktörler nedeniyle bir AFM sisteminin çevresel gürültüyü bu seviyeye düşürmesi neredeyse imkansızdır. Bu faktörler, AFM nanoindentasyon yönteminin genel hassasiyetini sınırlamakta ve ayrıca yaklaşık ≤ 10 pN'lik bir arka plan gürültü sinyaline neden olmaktadır. Yüzey karakterizasyonu için, lehfilcon A CL ve SiHy alt tabaka örnekleri, SEM karakterizasyonu için 140 nm'lik bir prob kullanılarak tamamen hidrate edilmiş koşullar altında girintilendi ve elde edilen kuvvet eğrileri, kuvvet (pN) ve basınç arasında üst üste bindirildi. Ayrım grafiği (µm) Şekil 6a'da gösterilmiştir. SiHy taban alt tabakasına kıyasla, lehfilcon A CL kuvvet eğrisi, çatallı polimer fırça ile temas noktasından başlayıp, ucun alttaki malzeme ile temasını işaretleyen eğimde keskin bir değişiklikle sona eren bir geçiş fazını açıkça göstermektedir. Kuvvet eğrisinin bu geçiş kısmı, sıkıştırma eğrisinin gerilim eğrisini yakından takip etmesi ve fırça yapısı ile hacimli SiHy malzemesi arasındaki mekanik özelliklerdeki kontrastla kanıtlandığı gibi, dallı polimer fırçanın yüzeydeki gerçek elastik davranışını vurgulamaktadır. Lehfilcon ile karşılaştırıldığında... PCS'nin STEM görüntüsündeki (Şekil 3a) dallı polimer fırçasının ortalama uzunluğunun ve Şekil 3a'daki apsis boyunca kuvvet eğrisinin ayrılması. 6a, yöntemin ucu ve yüzeyin en üstüne ulaşan dallı polimeri tespit edebildiğini göstermektedir. Fırça yapıları arasındaki temas. Ek olarak, kuvvet eğrilerinin yakın örtüşmesi, sıvı tutma etkisinin olmadığını göstermektedir. Bu durumda, iğne ile numunenin yüzeyi arasında kesinlikle yapışma yoktur. İki numune için kuvvet eğrilerinin en üst kısımları örtüşmekte olup, alt tabaka malzemelerinin mekanik özelliklerinin benzerliğini yansıtmaktadır.
(a) Lehfilcon A CL alt tabakaları ve SiHy alt tabakaları için AFM nano girinti kuvveti eğrileri, (b) arka plan gürültü eşik yöntemi kullanılarak temas noktası tahminini gösteren kuvvet eğrileri.
Kuvvet eğrisinin daha ince ayrıntılarını incelemek için, lehfilcon A CL numunesinin gerilim eğrisi, y ekseni boyunca 50 pN'lik maksimum kuvvetle Şekil 6b'de yeniden çizilmiştir. Bu grafik, orijinal arka plan gürültüsü hakkında önemli bilgiler sağlar. Gürültü ±10 pN aralığındadır ve bu, temas noktasını doğru bir şekilde belirlemek ve girinti derinliğini hesaplamak için kullanılır. Literatürde belirtildiği gibi, temas noktalarının belirlenmesi, modül85 gibi malzeme özelliklerini doğru bir şekilde değerlendirmek için kritiktir. Kuvvet eğrisi verilerinin otomatik işlenmesini içeren bir yaklaşım, yumuşak malzemeler için veri uyumu ve nicel ölçümler arasında iyileştirilmiş bir uyum göstermiştir86. Bu çalışmada, temas noktalarının seçimi nispeten basit ve objektiftir, ancak sınırlamaları vardır. Temas noktasını belirlemeye yönelik muhafazakar yaklaşımımız, daha küçük girinti derinlikleri (< 100 nm) için modül değerlerinin biraz fazla tahmin edilmesine neden olabilir. Algoritma tabanlı temas noktası tespiti ve otomatik veri işleme kullanımı, yöntemimizi daha da geliştirmek için gelecekte bu çalışmanın devamı olabilir. Bu nedenle, ±10 pN mertebesindeki içsel arka plan gürültüsü için, temas noktasını Şekil 6b'deki x ekseninde ≥10 pN değerine sahip ilk veri noktası olarak tanımlıyoruz. Daha sonra, 10 pN'lik gürültü eşiğine uygun olarak, ~0,27 µm seviyesindeki dikey bir çizgi, yüzeyle temas noktasını işaretler; ardından germe eğrisi, alt tabaka ~270 nm'lik girinti derinliğine ulaşana kadar devam eder. İlginç bir şekilde, görüntüleme yöntemi kullanılarak ölçülen dallı polimer fırça özelliklerinin boyutuna (300-400 nm) dayanarak, arka plan gürültü eşiği yöntemi kullanılarak gözlemlenen CL lehfilcon A numunesinin girinti derinliği yaklaşık 270 nm'dir ve bu, STEM ile ölçülen boyuta çok yakındır. Bu sonuçlar, bu çok yumuşak ve yüksek elastikiyete sahip dallı polimer fırça yapısının girintilenmesi için AFM prob ucunun şeklinin ve boyutunun uyumluluğunu ve uygulanabilirliğini daha da doğrulamaktadır. Bu veriler ayrıca, temas noktalarını belirlemek için arka plan gürültüsünü eşik olarak kullanma yöntemimizi destekleyen güçlü kanıtlar sunmaktadır. Bu nedenle, matematiksel modelleme ve kuvvet eğrisi uydurmasından elde edilen nicel sonuçların nispeten doğru olması beklenir.
AFM nanoindentasyon yöntemleriyle yapılan kantitatif ölçümler, veri seçimi ve sonraki analiz için kullanılan matematiksel modellere tamamen bağlıdır. Bu nedenle, belirli bir model seçmeden önce, indenter seçimi, malzeme özellikleri ve etkileşim mekaniği ile ilgili tüm faktörleri dikkate almak önemlidir. Bu durumda, uç geometrisi SEM mikrografları (Şekil 1) kullanılarak dikkatlice karakterize edildi ve sonuçlara dayanarak, sert koni ve küresel uç geometrisine sahip 140 nm çaplı AFM nanoindentasyon probunun, lehfilcon A CL79 numunelerinin karakterizasyonu için iyi bir seçim olduğu belirlendi. Dikkatlice değerlendirilmesi gereken bir diğer önemli faktör ise test edilen polimer malzemenin elastikiyetidir. Nanoindentasyonun ilk verileri (Şekil 5a ve 6a), gerilim ve sıkıştırma eğrilerinin örtüşme özelliklerini, yani malzemenin tam elastik geri kazanımını açıkça ortaya koymasına rağmen, temasların tamamen elastik doğasını doğrulamak son derece önemlidir. Bu amaçla, tam hidrasyon koşulları altında, lehfilcon A CL numunesinin yüzeyinde aynı konumda, 1 µm/s girinti hızıyla art arda iki girinti işlemi gerçekleştirildi. Elde edilen kuvvet eğrisi verileri Şekil 7'de gösterilmiştir ve beklendiği gibi, iki baskının genleşme ve sıkıştırma eğrileri neredeyse aynıdır; bu da dallı polimer fırça yapısının yüksek elastikiyetini vurgulamaktadır.
Lehfilcon A kontakt lensin yüzeyinde aynı noktada alınan iki girinti kuvveti eğrisi, lens yüzeyinin ideal esnekliğini göstermektedir.
AFM prob ucunun ve lehfilcon A CL yüzeyinin sırasıyla SEM ve STEM görüntülerinden elde edilen bilgilere dayanarak, koni-küre modeli, AFM prob ucu ile test edilen yumuşak polimer malzeme arasındaki etkileşimin makul bir matematiksel temsilidir. Ek olarak, bu koni-küre modeli için, baskılanmış malzemenin elastik özellikleri hakkındaki temel varsayımlar bu yeni biyomimetik malzeme için de geçerlidir ve elastik modülün nicelleştirilmesinde kullanılır.
AFM nanoindentasyon yöntemi ve bileşenleri (şekil, boyut ve yay sertliği gibi girinti probu özellikleri, arka plan gürültüsü ve temas noktası tahmini gibi hassasiyet ve kantitatif modül ölçümleri gibi veri uyum modelleri dahil) kapsamlı bir şekilde değerlendirildikten sonra, yöntem, kantitatif sonuçları doğrulamak için ticari olarak temin edilebilen ultra yumuşak numunelerin karakterizasyonunda kullanıldı. 1 kPa elastik modüle sahip ticari bir poliakrilamid (PAAM) hidrojeli, 140 nm'lik bir prob kullanılarak hidrate edilmiş koşullar altında test edildi. Modül testi ve hesaplamalarının ayrıntıları Ek Bilgilerde verilmiştir. Sonuçlar, ölçülen ortalama modülün 0,92 kPa olduğunu ve %RSD ve bilinen modülden yüzde (%) sapmanın %10'dan az olduğunu gösterdi. Bu sonuçlar, bu çalışmada ultra yumuşak malzemelerin modüllerini ölçmek için kullanılan AFM nanoindentasyon yönteminin doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini doğrulamaktadır. Lehfilcon A CL numunelerinin ve SiHy taban alt tabakasının yüzeyleri, ultra yumuşak yüzeyin görünür temas modülünü girinti derinliğinin bir fonksiyonu olarak incelemek için aynı AFM nano girinti yöntemi kullanılarak daha ayrıntılı olarak karakterize edildi. Her tip için üç numune (n = 3; numune başına bir girinti) için 300 pN kuvvet, 1 µm/s hız ve tam hidrasyon koşullarında girinti kuvveti ayrım eğrileri oluşturuldu. Girinti kuvveti paylaşım eğrisi, koni-küre modeli kullanılarak yaklaşık olarak belirlendi. Girinti derinliğine bağlı modülü elde etmek için, kuvvet eğrisinin 40 nm genişliğindeki bir bölümü, temas noktasından başlayarak her 20 nm'lik artışta ayarlandı ve kuvvet eğrisinin her adımında modülün ölçülen değerleri alındı. Spin Cy vd. Benzer bir yaklaşım, kolloidal AFM prob nanoindentasyonu kullanılarak poli(lauril metakrilat) (P12MA) polimer fırçalarının modül gradyanını karakterize etmek için kullanılmış ve Hertz temas modeli kullanılarak elde edilen verilerle tutarlı bulunmuştur. Bu yaklaşım, Şekil 8'de gösterildiği gibi, görünür temas modülü (kPa) ile girinti derinliği (nm) arasında bir grafik sağlar ve bu grafik, görünür temas modülü/derinlik gradyanını göstermektedir. CL lehfilcon A numunesinin hesaplanan elastik modülü, numunenin üst 100 nm'si içinde 2-3 kPa aralığındadır ve bunun ötesinde derinlikle birlikte artmaya başlar. Öte yandan, yüzeyinde fırça benzeri bir film bulunmayan SiHy taban alt tabakası test edildiğinde, 300 pN'lik bir kuvvette elde edilen maksimum girinti derinliği 50 nm'den azdır ve verilerden elde edilen modül değeri yaklaşık 400 kPa'dır; bu da yığın malzemeler için Young modülü değerleriyle karşılaştırılabilir.
AFM nanoindentasyon yöntemi kullanılarak, modülün ölçülmesi için koni-küre geometrisiyle, lehfilcon A CL ve SiHy alt tabakalar için görünür temas modülü (kPa) ile girinti derinliği (nm) arasındaki ilişki.
Yeni biyomimetik dallı polimer fırça yapısının en üst yüzeyi son derece düşük bir elastikiyet modülü (2–3 kPa) sergilemektedir. Bu, STEM görüntüsünde gösterildiği gibi, çatallı polimer fırçanın serbest ucuna uyacaktır. CL'nin dış kenarında bir modül gradyanına dair bazı kanıtlar olsa da, ana yüksek modüllü alt tabaka daha etkilidir. Bununla birlikte, yüzeyin en üst 100 nm'si, dallı polimer fırçanın toplam uzunluğunun %20'si içindedir, bu nedenle bu girinti derinliği aralığında ölçülen modül değerlerinin nispeten doğru olduğu ve alt nesnenin etkisine güçlü bir şekilde bağlı olmadığı varsayılabilir.
SiHy alt tabakaların yüzeyine aşılanmış dallı PMPC polimer fırça yapılarından oluşan lehfilcon A kontakt lenslerinin benzersiz biyomimetik tasarımı nedeniyle, geleneksel ölçüm yöntemleri kullanılarak yüzey yapılarının mekanik özelliklerinin güvenilir bir şekilde karakterize edilmesi çok zordur. Burada, yüksek su içeriğine ve son derece yüksek elastikiyete sahip lehfilcon A gibi ultra yumuşak malzemeleri doğru bir şekilde karakterize etmek için gelişmiş bir AFM nanoindentasyon yöntemi sunuyoruz. Bu yöntem, uç boyutu ve geometrisi, baskılanacak ultra yumuşak yüzey özelliklerinin yapısal boyutlarıyla eşleşecek şekilde dikkatlice seçilmiş bir AFM probunun kullanımına dayanmaktadır. Prob ve yapı arasındaki bu boyut kombinasyonu, artırılmış hassasiyet sağlayarak, poroelastik etkilerden bağımsız olarak, dallı polimer fırça elemanlarının düşük modülünü ve doğal elastik özelliklerini ölçmemizi sağlar. Sonuçlar, lens yüzeyinin karakteristik özelliği olan benzersiz dallı PMPC polimer fırçalarının, sulu bir ortamda test edildiğinde son derece düşük bir elastik modüle (2 kPa'ya kadar) ve çok yüksek bir elastikiyete (neredeyse %100) sahip olduğunu göstermiştir. AFM nanoindentasyon sonuçları, biyomimetik lens yüzeyinin görünür temas modülü/derinlik gradyanını (30 kPa/200 nm) karakterize etmemize de olanak sağladı. Bu gradyan, dallanmış polimer fırçalar ile SiHy alt tabaka arasındaki modül farkından, polimer fırçaların dallanmış yapısından/yoğunluğundan veya bunların bir kombinasyonundan kaynaklanıyor olabilir. Bununla birlikte, yapı ve özellikler arasındaki ilişkiyi, özellikle fırça dallanmasının mekanik özellikler üzerindeki etkisini tam olarak anlamak için daha derinlemesine çalışmalara ihtiyaç vardır. Benzer ölçümler, diğer ultra yumuşak malzemelerin ve tıbbi cihazların yüzeyinin mekanik özelliklerini karakterize etmeye yardımcı olabilir.
Bu çalışma sırasında oluşturulan ve/veya analiz edilen veri kümeleri, makul bir talep üzerine ilgili yazarlardan temin edilebilir.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. ve Haugen, HJ. Biyomalzemelerin yüzeylerinin fiziksel ve kimyasal özelliklerine biyolojik tepkiler. Kimya Derneği. Baskı 49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM ve Liu, X. Doku mühendisliği için insan kaynaklı biyomalzemelerin iyileştirilmesi. Programlama. Polimer. Bilim. 53, 86 (2016).
Sadtler, K. ve diğerleri. Rejeneratif tıpta biyomateryallerin tasarımı, klinik uygulaması ve bağışıklık yanıtı. National Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK ve Farr GM, Yük ve yer değiştirme ölçümleriyle girinti deneyleri kullanarak sertlik ve elastik modülün belirlenmesi için geliştirilmiş bir yöntem. J. Alma mater. storage tank. 7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Girinti sertliği testinin tarihsel kökenleri. alma mater. bilim. teknolojiler. 28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Makro-, Mikro- ve Nano Ölçekte Girinti Sertliği Ölçümleri: Kritik Bir İnceleme. tribe. Wright. 65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD ve Clapperich, SM Yüzey algılama hataları, yumuşak malzemelerin nanoindentasyonunda modülün aşırı tahmin edilmesine yol açar. J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollakhi MR, Bushroa AR ve Yahya M.Yu. Deneysel ve hesaplamalı yöntemler kullanılarak heterojen nanokompozitlerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi için nanoindentasyon yönteminin değerlendirilmesi. Bilim. Ev 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR ve Owart, TS, Yumuşak viskoelastik jellerin girinti ve optimizasyon tabanlı ters sonlu eleman analizi ile mekanik karakterizasyonu. J. Mecha. Behavior. Biomedical Science. alma mater. 2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J ve Chaneler D. Uyumlu ölçüm sistemleri kullanılarak viskoelastisite belirlemesinin optimizasyonu. Yumuşak Madde 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. ve Pellillo, E. Polimerik yüzeylerin nanoindentasyonu. J. Physics. D. Apply for physics. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. ve Van Vliet KJ. Şok girintisi kullanılarak yüksek elastikiyetli polimerlerin ve biyolojik dokuların viskoelastik mekanik özelliklerinin karakterizasyonu. Biyomalzemeler Dergisi. 71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM, Genişletilmiş Borodich-Galanov (BG) yöntemi ve derin girinti kullanılarak yumuşak malzemelerin elastik modülünün ve yapışma işinin değerlendirilmesi. fur. alma mater. 129, 198–213 (2019).
Shi, X. ve diğerleri. Silikon hidrojel kontakt lenslerin biyomimetik polimerik yüzeylerinin nano ölçekli morfolojisi ve mekanik özellikleri. Langmuir 37, 13961–13967 (2021).