Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Sınırlı CSS desteğine sahip bir tarayıcı sürümü kullanıyorsunuz. 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 dönen görüntü görüntüler. Üç slayt arasında tek tek ilerlemek için Önceki ve Sonraki düğmelerini, üç slayt arasında tek tek ilerlemek içinse sondaki kaydırma düğmelerini kullanın.
Tıbbi cihazlar ve biyomedikal uygulamalar için yeni ultra yumuşak malzemelerin geliştirilmesiyle birlikte, fiziksel ve mekanik özelliklerinin kapsamlı karakterizasyonu hem önemli hem de zorlu hale gelmiştir. Dallanmış polimer fırça yapıları tabakasıyla 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 uygulanmıştır. Bu yöntem, dallanmış polimerlere yaklaşırken viskoz ekstrüzyon etkileri olmadan temas noktalarının hassas bir şekilde belirlenmesini sağlar. Ayrıca, gözenek esnekliğinin etkisi olmadan bireysel fırça elemanlarının mekanik özelliklerinin belirlenmesini mümkün kılar. Bu, özellikle yumuşak malzemelerin ve biyolojik numunelerin özelliklerini ölçmek için uygun bir tasarıma (uç boyutu, geometri ve yay oranı) sahip bir AFM probu seçilerek sağlanır. Bu yöntem, yüzey alanında son derece düşük bir elastisite modülüne (2 kPa'ya kadar) ve iç sulu ortamda son derece yüksek bir elastisiteye (neredeyse %100) sahip olan çok yumuşak malzeme lehfilcon A'nın doğru ölçümü için hassasiyeti ve doğruluğu artırır. Yüzey çalışmasının sonuçları, lehfilcon A merceğinin ultra yumuşak yüzey özelliklerini ortaya koymakla kalmadı, aynı zamanda dallı polimer fırçaların modülünün silikon-hidrojen alt tabaka ile karşılaştırılabilir olduğunu da gösterdi. Bu yüzey karakterizasyon tekniği, diğer ultra yumuşak malzemelere ve tıbbi cihazlara da uygulanabilir.
Canlı dokuyla doğrudan temas için tasarlanan malzemelerin mekanik özellikleri genellikle biyolojik ortam tarafından belirlenir. Bu malzeme özelliklerinin mükemmel uyumu, olumsuz hücresel tepkilere neden olmadan malzemenin istenen klinik özelliklerine ulaşılmasına yardımcı olur1,2,3. Toplu homojen malzemeler için, standart prosedürlerin ve test yöntemlerinin (örneğin, mikro girinti4,5,6) mevcut olması nedeniyle mekanik özelliklerin karakterizasyonu nispeten kolaydır. Ancak 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 içinde, geleneksel girinti yöntemleri çok çeşitli yumuşak malzemeleri karakterize etmek için değiştirilmiş ve uyarlanmıştır, ancak birçok yöntem hala kullanımlarını 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, çeşitli uygulamalarda kullanımlarını ciddi şekilde kısıtlamaktadır.
Önceki çalışmalarımızda, göz korneasının yüzeyinden esinlenerek potansiyel olarak biyomimetik tasarımlardan türetilen tüm ultra yumuşak yüzey özelliklerine sahip yumuşak, heterojen bir malzeme olan lehfilcon A (CL) kontakt lensini tanıttık. Bu biyomalzeme, dallı, çapraz bağlı bir poli(2-metakriloksietilfosforilkolin (MPC)) (PMPC) polimer tabakasının, tıbbi cihazlar için tasarlanmış bir silikon hidrojel (SiHy) 15 üzerine aşılanmasıyla geliştirildi. Bu aşılama işlemi, yüzeyde çok yumuşak ve oldukça elastik, dallı polimerik bir fırça yapısından oluşan bir tabaka oluşturur. Önceki çalışmalarımız, lehfilcon A CL'nin biyomimetik yapısının, geliştirilmiş ıslanma ve kirlenme önleme, artan 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 genişletilebileceğini göstermektedir. Bu nedenle, gelecekteki gelişmeleri ve uygulamaları destekleyecek kapsamlı bir bilgi tabanı oluşturmak için bu ultra yumuşak malzemenin yüzey özelliklerini karakterize etmek ve gözle mekanik etkileşimini anlamak kritik öneme sahiptir. Ticari olarak mevcut SiHy kontakt lenslerinin çoğu, tekdüze bir malzeme yapısı oluşturan hidrofilik ve hidrofobik polimerlerin homojen bir karışımından oluşur17. Geleneksel basınç, çekme ve mikro girinti test yöntemleri kullanılarak mekanik özelliklerini araştırmak için çeşitli çalışmalar yürütülmüştür18,19,20,21. Bununla birlikte, lehfilcon A CL'nin yeni biyomimetik tasarımı, dallı polimer fırça yapılarının mekanik özelliklerinin SiHy baz substratından önemli ölçüde farklı olduğu benzersiz bir heterojen malzeme haline getirir. Bu nedenle, bu özellikleri geleneksel ve girinti yöntemlerini kullanarak doğru bir şekilde ölçmek çok zordur. Umut vadeden bir yöntem, atomik kuvvet mikroskobunda (AFM) uygulanan nanoindentasyon test yöntemini kullanır. Bu yöntem, biyolojik hücreler ve dokular gibi yumuşak viskoelastik malzemelerin yanı sıra yumuşak polimerlerin mekanik özelliklerini belirlemek için kullanılmıştır22,23,24,25. ,26,27,28,29,30. AFM nanoindentasyonunda, nanoindentasyon testinin temelleri, AFM teknolojisindeki en son gelişmelerle birleştirilerek çok çeşitli doğal olarak süper yumuşak malzemelerin ölçüm hassasiyetinin artırılması ve test edilmesi sağlanır31,32,33,34,35,36. Ayrıca, teknoloji farklı geometrilerin kullanımı, girinti ve prob ve çeşitli sıvı ortamlarda test olanağı sayesinde başka önemli avantajlar da sunar.
AFM nanoindentasyonu şartlı olarak üç ana bileşene ayrılabilir: (1) ekipman (sensörler, dedektörler, problar, vb.); (2) ölçüm parametreleri (kuvvet, yer değiştirme, hız, rampa boyutu, vb. gibi); (3) Veri işleme (temel düzeltme, temas noktası tahmini, veri uyumu, modelleme, vb.). Bu yöntemle ilgili önemli bir sorun, literatürde AFM nanoindentasyonu kullanan birçok çalışmanın aynı numune/hücre/malzeme türü için çok farklı niceliksel sonuçlar bildirmesidir37,38,39,40,41. Örneğin, Lekka vd. AFM prob geometrisinin mekanik olarak homojen hidrojel ve heterojen hücre örneklerinin ölçülen Young modülü üzerindeki etkisi incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Modül değerlerinin konsol seçimi ve uç şekline büyük ölçüde bağlı olduğunu, piramit şeklindeki bir prob için en yüksek değerin ve küresel bir prob için 42'nin en düşük değer olduğunu bildirmektedirler. Benzer şekilde, Selhuber-Unkel vd. Poliakrilamid (PAAM) numunelerinin girinti hızı, girinti boyutu ve kalınlığının ACM43 nanoindentasyon ile ölçülen Young modülünü nasıl etkilediği gösterilmiştir. Bir diğer karmaşıklaştırıcı faktör ise standart, son derece düşük modüllü test malzemelerinin ve serbest test prosedürlerinin eksikliğidir. Bu durum, güvenilir ve doğru sonuçlar elde etmeyi oldukça zorlaştırmaktadır. Ancak yöntem, benzer numune tipleri arasında göreceli ölçümler ve karşılaştırmalı değerlendirmeler için oldukça kullanışlıdır; örneğin, normal hücreleri kanser hücrelerinden ayırmak için AFM nanoindentasyon kullanımı 44, 45 .
Yumuşak malzemeleri AFM nanoindentasyon ile test ederken, genel kural olarak, numune modülüne yakın düşük yay sabitine (k) sahip ve ilk probun yumuşak malzemelerle ilk temasta numune yüzeylerini delmemesi için yarım küresel/yuvarlak uçlu bir prob kullanmaktır. 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, bir diğer zorluk, tekrarlanabilir ve güvenilir ölçümler sağlamak için prob ile numune yüzeyi arasındaki yapışma kuvvetinin üstesinden gelmektir48,49,50. 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 davranışlarının incelenmesine odaklanmıştır. , 47, 51, 52, 53, 54, 55. Bu uçlar 1 ila 50 µm yarıçapına sahiptir ve yaygın olarak borosilikat cam, polimetil metakrilat (PMMA), polistiren (PS), silisyum dioksit (SiO2) ve elmas benzeri karbondan (DLC) yapılır. CP-AFM nanoindentasyon genellikle yumuşak numune karakterizasyonu için ilk tercih olsa da, kendine özgü sorunları ve sınırlamaları vardır. Büyük, mikron boyutlu küresel uçların kullanımı, ucun numuneyle toplam temas alanını artırır ve önemli bir mekansal çözünürlük kaybına neden olur. Yerel elementlerin mekanik özelliklerinin daha geniş bir alanda ortalamadan önemli ölçüde farklı olabileceği yumuşak, homojen olmayan numuneler için, CP girintisi yerel ölçekte özelliklerdeki herhangi bir homojensizliği gizleyebilir52. Kolloidal problar genellikle epoksi yapıştırıcılar kullanılarak mikron boyutlu kolloidal kürelerin uçsuz konsollara tutturulmasıyla yapılır. Üretim sürecinin kendisi birçok sorunla doludur ve prob kalibrasyon sürecinde tutarsızlıklara yol açabilir. Ayrıca, 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 gerçekleştirmek için başka yöntemler gerekebilir57, 59, 60, 61. Tipik CP girinti deneyleri, yumuşak numunelerin özelliklerini incelemek için büyük sapmalı konsollar kullanır ve bu da konsolun doğrusal olmayan davranışını nispeten büyük sapmalarda kalibre ederken başka bir sorun yaratır62,63,64. Modern kolloidal prob girinti yöntemleri genellikle probu kalibre etmek için kullanılan konsolun geometrisini hesaba katar, ancak kolloidal parçacıkların etkisini göz ardı eder, bu da yöntemin doğruluğunda ek belirsizlik yaratır38,61. Benzer şekilde, temas modeli uydurma yöntemiyle hesaplanan elastik modüller doğrudan girinti probunun geometrisine bağlıdır ve uç ile numune yüzey özellikleri arasındaki uyumsuzluk hatalara yol açabilir27, 65, 66, 67, 68. Spencer ve ark. tarafından yapılan bazı yeni çalışmalar, yumuşak polimer fırçaları CP-AFM nanoindentasyon yöntemi kullanılarak karakterize ederken dikkate alınması gereken faktörleri vurgulamaktadır. Polimer fırçalarda viskoz bir sıvının hıza bağlı olarak tutulmasının, kafa yükünde bir 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, oldukça elastik bir malzeme olan lehfilcon A CL'nin 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 hassasiyet ve daha düşük hassasiyet seviyesine sahip bir AFM nanoindentasyon yöntemi kullanmak gereklidir. Mevcut kolloidal AFM prob nanoindentasyon tekniklerinin eksikliklerini ve sorunlarını inceledikten sonra, hassasiyeti ve arka plan gürültüsünü ortadan kaldırmak, temas noktasını tam olarak belirlemek, akışkan tutma bağımlılığı gibi yumuşak heterojen malzemelerin hız modülünü ölçmek ve doğru niceleme yapmak için neden daha küçük, özel olarak tasarlanmış bir AFM probu seçtiğimizi gösteriyoruz. Ayrıca, girinti ucunun şeklini ve boyutlarını doğru bir şekilde ölçebildik ve bu da ucun malzemeyle temas alanını değerlendirmeden elastiklik modülünü belirlemek için koni-küre uyum modelini kullanmamızı sağladı. Bu çalışmada nicel olarak belirlenen iki örtük varsayım, tamamen elastik malzeme özellikleri ve girinti derinliğinden bağımsız modüldür. Bu yöntemi kullanarak, önce yöntemi nicel olarak belirlemek 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 nanoindentasyon yüzeylerini daha yüksek hassasiyetle karakterize eden bu yöntemin, tıbbi cihazlarda ve biyomedikal uygulamalarda potansiyel kullanım alanı olan çok çeşitli biyomimetik heterojen ultra yumuşak malzemelere uygulanabilir olması beklenmektedir.
Lehfilcon A kontakt lensleri (Alcon, Fort Worth, Teksas, ABD) ve silikon hidrojel alt tabakaları nanoindentasyon deneyleri için seçildi. Deneyde özel olarak tasarlanmış bir lens yuvası kullanıldı. Lensi test için takmak üzere, kubbe şeklindeki standa dikkatlice yerleştirildi, içine hava kabarcığı girmediğinden emin olundu ve ardından kenarlarıyla sabitlendi. Lens tutucunun üst kısmındaki bağlantı parçasındaki 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, piyasada bulunan aktive edilmemiş poliakrilamid (PAAM) hidrojelleri, bilinen elastik modülü 1 kPa olan bir poliakrilamid-ko-metilen-bisakrilamid bileşiminden (100 mm Petrisoft Petri kapları, Matrigen, Irvine, CA, ABD) hazırlandı. AFM hidrojel-prob arayüzünde 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 substrat örnekleri, Taramalı Transmisyon 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 pasta şeklinde dilimler halinde kesildi. Örneklerin hidrofilik ve hidrofobik bileşenleri arasında diferansiyel bir kontrast elde etmek için, boya olarak %0,10'luk stabilize bir RuO4 çözeltisi kullanıldı ve örnekler bu çözeltiye 30 dakika daldırıldı. Lehfilcon A CL RuO4 boyama, yalnızca iyileştirilmiş diferansiyel kontrast elde etmek için değil, aynı zamanda dallı polimer fırçalarının yapısının orijinal formlarında korunmasına da yardımcı olmak için önemlidir ve bunlar daha sonra STEM görüntülerinde görülebilir. Daha sonra, artan etanol konsantrasyonu ile bir dizi etanol/su karışımında yıkandılar ve dehidrate edildiler. Numuneler daha sonra 70°C'de bir gece boyunca kürlenen EMBed 812/Araldite epoksi ile döküldü. 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) detaylı karakterizasyonu için kullanıldı. AFM probunun SEM görüntüleri, 30 kV hızlandırma voltajıyla tipik bir yüksek vakum modunda elde edildi. AFM prob ucunun şekli ve boyutunun tüm ayrıntılarını kaydetmek için farklı açılarda ve büyütmelerde görüntüler elde edildi. Görüntülerde ilgi çeken tüm uç boyutları dijital olarak ölçüldü.
Lehfilcon A CL, SiHy substrat ve PAAm hidrojel numunelerini görselleştirmek ve nanoindentatlamak 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, nominal uç yarıçapı 1 nm olan bir PEAKFORCE-HIRS-FA probu (Bruker), numunenin 0,50 Hz tarama hızında yüksek çözünürlüklü görüntülerini elde etmek üzere kullanıldı. Tüm görüntüler sulu çözeltide çekildi.
AFM nanoindentasyon deneyleri bir PFQNM-LC-A-CAL probu (Bruker) kullanılarak gerçekleştirildi. AFM probu, 345 nm kalınlığında, 54 µm uzunluğunda ve 4,5 µm genişliğinde bir nitrür konsol üzerinde bir silikon uca ve 45 kHz rezonans frekansına sahiptir. Yumuşak biyolojik numuneler üzerinde niceliksel nanomekanik ölçümler yapmak ve karakterize etmek için özel olarak tasarlanmıştır. Sensörler, önceden kalibre edilmiş yay ayarlarıyla fabrikada 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 mikroskobu görüntüsü gösterilmekte ve prob tasarımının bütünsel bir görünümü sunulmaktadır. Şekil 1a'da, Şekil 1b, prob ucunun üst kısmının büyütülmüş bir görünümünü göstermekte ve ucun şekli ve boyutu hakkında bilgi vermektedir. En uç noktada, iğne yaklaşık 140 nm çapında bir yarım küredir (Şekil 1c). Bunun altında, uç konik bir şekle doğru incelerek yaklaşık 500 nm'lik bir ölçülen uzunluğa ulaşır. İncelme bölgesinin dışında, uç silindiriktir ve toplam 1,18 µm uzunluğunda sonlanır. Bu, prob ucunun ana işlevsel parçasıdır. Ayrıca, 45 µm uç çapına ve 2 N/m yay sabitine sahip büyük bir küresel polistiren (PS) prob (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, ABD) da kolloidal prob olarak test için kullanılmıştır. Karşılaştırma için PFQNM-LC-A-CAL 140 nm prob kullanılmıştır.
Nanoindentasyon sırasında AFM probu ile polimer fırça yapısı arasında sıvının sıkışabileceği ve bunun AFM probu yüzeye temas etmeden önce yukarı doğru bir kuvvet uygulayacağı bildirilmiştir69. Sıvı tutulmasından kaynaklanan bu viskoz ekstrüzyon etkisi, görünen temas noktasını değiştirebilir ve böylece yüzey modülü ölçümlerini etkileyebilir. Prob geometrisinin ve girinti hızının sıvı tutulması üzerindeki etkisini incelemek için, lehfilcon A CL numuneleri için girinti kuvveti eğrileri, 1 µm/sn ve 2 µm/sn sabit yer değiştirme hızlarında 140 nm çaplı bir prob kullanılarak çizildi. Prob çapı 45 µm, sabit kuvvet ayarı 6 nN, 1 µm/sn'de elde edildi. 140 nm çapında bir prob ile deneyler, 1 µm/sn girinti hızı ve üst göz kapağının fizyolojik aralığında (1–8 kPa) bir temas basıncı oluşturmak üzere seçilen 300 pN'lik bir sabit kuvvetle gerçekleştirildi. basınç 72. 1 kPa basınçta hazırlanmış yumuşak PAA hidrojeli numuneleri, 140 nm çapındaki bir prob kullanılarak 1 μm/s hızında 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 küçük herhangi bir girinti derinliği için, girinti sırasında probun geometrisinin koni şekline sadık kalacağı güvenle varsayılabilir. Ayrıca, test edilen malzemenin yüzeyinin geri dönüşümlü bir elastik tepki göstereceği varsayılır; bu da sonraki bölümlerde doğrulanacaktır. Bu nedenle, ucun şekline ve boyutuna bağlı olarak, AFM nanoindentasyon deneylerimizi (NanoScope) işlemek için Briscoe, Sebastian ve Adams tarafından geliştirilen ve tedarikçinin yazılımında bulunan koni-küre uydurma modelini seçtik. Ayırma verisi analiz yazılımı, Bruker) 73. Model, küresel tepe kusuru olan bir koni için kuvvet-yer değiştirme ilişkisini F(δ) açıklamaktadır. 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 ve δ temas yarıçapıdır. Girinti derinliği, θ koninin yarı açısıdır. Bu probun SEM görüntüsü, 140 nm çapındaki küresel ucun teğetsel olarak bir koniye dönüştüğünü açıkça göstermektedir; bu nedenle burada b yalnızca R ile tanımlanır, yani b = R cos θ. Tedarikçi tarafından sağlanan yazılım, a > b varsayımıyla kuvvet ayırma 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, aşağıdaki formül kullanılarak tahmin edilebilir:
Dallanmış polimer fırçalardan oluşan bir yüzey tabakasına sahip Lefilcon kontakt lens malzemesine bastırılmış küresel uçlu sert bir koninin temas geometrisinin şeması.
Eğer a ≤ b ise, ilişki geleneksel küresel bir girinti için denkleme indirgenir;
Girintili probun PMPC polimer fırçasının dallanmış yapısıyla etkileşiminin, temas yarıçapı a'nın küresel temas yarıçapı b'den daha büyük olmasına neden olacağına inanıyoruz. Bu nedenle, bu çalışmada gerçekleştirilen elastik modülünün tüm kantitatif ölçümleri için, a > b durumu için elde edilen bağımlılığı kullandık.
Bu çalışmada incelenen ultra yumuşak biyomimetik malzemeler, örnek kesitinin taramalı transmisyon elektron mikroskobu (STEM) ve yüzeyin atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılarak kapsamlı bir şekilde görüntülendi. Bu detaylı yüzey karakterizasyonu, daha önce yayınlanmış çalışmamızın bir uzantısı olarak gerçekleştirildi. Bu çalışmada, PMPC ile modifiye edilmiş lehfilcon A CL yüzeyinin dinamik olarak dallanmış polimerik fırça yapısının doğal kornea dokusuna benzer mekanik özellikler sergilediğini belirledik 14 . Bu nedenle, kontakt lens yüzeylerini biyomimetik malzemeler olarak adlandırıyoruz 14. Şekil 3a,b'de sırasıyla bir lehfilcon A CL substratı ve işlenmemiş bir SiHy substratı yüzeyindeki dallanmış PMPC polimer fırça yapılarının kesitleri gösterilmektedir. Her iki numunenin yüzeyi, STEM analizinin sonuçlarını daha da doğrulayan yüksek çözünürlüklü AFM görüntüleri kullanılarak daha ileri analiz edildi (Şekil 3c, d). Bu görüntüler birlikte ele alındığında, PMPC dallı polimer fırça yapısının 300-400 nm'deki yaklaşık uzunluğu, AFM nanoindentasyon ölçümlerinin yorumlanması için kritik öneme sahiptir. Görüntülerden elde edilen bir diğer önemli gözlem ise, CL biyomimetik malzemesinin genel yüzey yapısının, SiHy alt tabaka malzemesininkinden morfolojik olarak farklı olduğudur. Yüzey morfolojilerindeki bu fark, girintili AFM probu ile mekanik etkileşimleri sırasında ve ardından ölçülen modül değerlerinde belirginleşebilir.
(a) lehfilcon A CL ve (b) SiHy substratının kesitsel STEM görüntüleri. Ölçek çubuğu, 500 nm. Lehfilcon A CL substratının (c) ve baz SiHy substratının (d) yüzeyinin AFM görüntüleri (3 µm × 3 µm).
Biyolojik olarak ilham alınan polimerler ve polimer fırça yapıları doğası 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 yöntemini kullanmak önemlidir. Ancak aynı zamanda, bu ultra yumuşak malzemelerin son derece düşük elastikiyet modülü, yüksek sıvı içeriği ve yüksek elastikiyet gibi benzersiz özellikleri, genellikle doğru malzemeyi, şekli ve girinti probunun boyutunu seçmeyi zorlaştırır. Bu, girintinin numunenin yumuşak yüzeyini delmemesi ve bu durumun yüzeyle temas noktasının ve temas alanının belirlenmesinde hatalara yol açmaması için önemlidir.
Bunun için ultra yumuşak biyomimetik malzemelerin (lehfilcon A CL) morfolojisinin kapsamlı bir şekilde anlaşılması esastır. Görüntüleme yöntemi kullanılarak elde edilen dallı polimer fırçaların boyutu ve yapısı hakkında bilgi, AFM nanoindentasyon teknikleri kullanılarak yüzeyin mekanik karakterizasyonu için temel oluşturur. Mikron boyutundaki küresel kolloidal problar yerine, biyolojik numunelerin 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 kolloidal problara kıyasla nispeten keskin problar kullanmanın gerekçesi, malzemenin yapısal özellikleriyle açıklanabilir. Prob ucu boyutu (~140 nm), Şekil 3a'da gösterilen CL lehfilcon A yüzeyindeki dallı polimer fırçalarla karşılaştırıldığında, ucun bu fırça yapılarıyla doğrudan temas edecek kadar büyük olduğu ve bu sayede ucun bunları delme olasılığının azaldığı sonucuna varılabilir. Bu noktayı açıklamak için, Şekil 4'te lehfilcon A CL'nin ve AFM probunun girintili ucunun bir STEM görüntüsü (ölçekli olarak çizilmiş) yer almaktadır.
Lehfilcon A CL ve bir ACM girinti probunun STEM görüntüsünü gösteren şema (ölçekli çizilmiş).
Ek olarak, 140 nm'lik uç boyutu, daha önce CP-AFM nanoindentasyon yöntemiyle üretilen polimer fırçalar için bildirilen yapışkan ekstrüzyon etkilerinin herhangi birinin riskini önleyecek kadar küçüktür69,71. Bu AFM ucunun özel koni-küresel şekli ve nispeten küçük boyutu (Şekil 1) nedeniyle, lehfilcon A CL nanoindentasyonu tarafından oluşturulan 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 örnekleri, bir PFQNM-LC-A-CAL probu kullanılarak sabit bir maksimum kuvvette, ancak iki farklı hızda girintilendirildi ve ortaya çıkan çekme ve geri çekme kuvveti eğrileri, Şekil 5a'da gösterilen ayrılmadaki (µm) kuvveti (nN) çizmek için kullanıldı. Yükleme ve boşaltma sırasındaki kuvvet eğrilerinin tamamen örtüştüğü açıktır ve şekilde sıfır girinti derinliğindeki kuvvet kesme kuvvetinin girinti hızıyla arttığına dair net bir kanıt yoktur; bu da bireysel fırça elemanlarının gözenekli elastik etki olmadan karakterize edildiğini göstermektedir. Buna karşılık, aynı girinti hızında 45 µm çaplı AFM probu için sıvı tutma etkileri (viskoz ekstrüzyon ve gözenekli elastikiyet etkileri) belirgindir ve Şekil 5b'de gösterildiği gibi, gerilme ve geri çekilme 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.
lehfilcon ACM kullanılarak elde edilen CL girinti kuvveti eğrileri; (a) iki yükleme hızında 140 nm çapında bir prob kullanılarak, yüzey girintisi sırasında poroelastik etkinin olmadığı gösterilmiştir; (b) 45 µm ve 140 nm çapında problar kullanılarak. s, 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 sapmaya karşı hassasiyet ve konsol sertliği, nanoindentasyon ölçümlerinin doğruluğunu ve güvenilirliğini belirlemede önemli bir rol oynar. AFM sistemimiz için, Pozisyon Duyarlı Dedektör (PSD) algılama limiti yaklaşık 0,5 mV'dir ve önceden kalibre edilmiş yay oranına ve teorik yük hassasiyetine karşılık gelen PFQNM-LC-A-CAL probunun hesaplanan akışkan sapma hassasiyetine dayanmaktadır. 0,1 pN'den azdır. Bu nedenle, bu yöntem herhangi bir çevresel gürültü bileşeni olmadan minimum ≤ 0,1 pN girinti kuvvetinin ölçülmesine olanak tanır. Ancak, mekanik titreşim ve akışkanlar dinamiği gibi faktörler nedeniyle bir AFM sisteminin çevresel gürültüyü bu seviyeye düşürmesi neredeyse imkansızdır. Bu faktörler AFM nanoindentasyon yönteminin genel hassasiyetini sınırlar ve ayrıca yaklaşık ≤ 10 pN'lik bir arka plan gürültü sinyaline neden olur. Yüzey karakterizasyonu için, lehfilcon A CL ve SiHy alt tabaka örnekleri, SEM karakterizasyonu için 140 nm'lik bir prob kullanılarak tamamen nemlendirilmiş koşullar altında girintilendirildi ve elde edilen kuvvet eğrileri kuvvet (pN) ve basınç arasına yerleştirildi. Ayırma grafiği (µm), Şekil 6a'da gösterilmiştir. SiHy baz alt tabakasıyla karşılaştırıldığında, lehfilcon A CL kuvvet eğrisi, çatallı polimer fırça ile temas noktasından başlayıp ucun alttaki malzeme ile temasını gösteren eğimde keskin bir değişiklikle biten bir geçiş fazını açıkça göstermektedir. Kuvvet eğrisinin bu geçiş kısmı, dallı polimer fırçasının yüzeydeki gerçek elastik davranışını, gerilim eğrisini yakından takip eden basınç eğrisi ve fırça yapısı ile hacimli SiHy malzemesi arasındaki mekanik özelliklerdeki karşıtlıkla kanıtlandığı gibi vurgulamaktadır. lehfilcon'u karşılaştırırken. PCS'nin STEM görüntüsünde (Şekil 3a) dallı bir polimer fırçasının ortalama uzunluğunun ve Şekil 3a'daki apsis boyunca kuvvet eğrisinin ayrılması, yöntemin uç ve dallı polimerin yüzeyin en üstüne ulaştığını tespit edebildiğini göstermektedir. Fırça yapıları arasındaki temas. Ayrıca, kuvvet eğrilerinin birbirine yakın olması, sıvı tutma etkisinin olmadığını göstermektedir. Bu durumda, iğne ile numune yüzeyi arasında kesinlikle hiçbir yapışma yoktur. İki numunenin kuvvet eğrilerinin en üst kısımları örtüşmekte olup, bu da altlık malzemelerinin mekanik özelliklerinin benzerliğini yansıtmaktadır.
(a) Lehfilcon A CL alt tabakaları ve SiHy alt tabakaları için AFM nanoindentasyon kuvvet eğrileri, (b) arka plan gürültü eşiği yöntemini kullanarak temas noktası tahminini gösteren kuvvet eğrileri.
Kuvvet eğrisinin daha ince ayrıntılarını incelemek için, lehfilcon A CL numunesinin çekme eğrisi, y ekseni boyunca maksimum 50 pN kuvvetle Şekil 6b'de yeniden çizilmiştir. Bu grafik, orijinal arka plan gürültüsü hakkında önemli bilgiler sağlar. Gürültü, temas noktasını doğru bir şekilde belirlemek ve girinti derinliğini hesaplamak için kullanılan ±10 pN aralığındadır. Literatürde belirtildiği gibi, temas noktalarının belirlenmesi, modül gibi malzeme özelliklerini doğru bir şekilde değerlendirmek için kritik öneme sahiptir85. Kuvvet eğrisi verilerinin otomatik olarak işlenmesini içeren bir yaklaşım, yumuşak malzemeler için veri uyumu ve nicel ölçümler arasında daha iyi bir uyum göstermiştir86. Bu çalışmada, temas noktası seçimimiz nispeten basit ve nesneldir, ancak sınırlamaları vardır. Temas noktasını belirleme konusundaki muhafazakâr yaklaşımımız, daha küçük girinti derinlikleri (< 100 nm) için modül değerlerinin biraz fazla tahmin edilmesine neden olabilir. Algoritma tabanlı temas noktası tespiti ve otomatik veri işlemenin kullanımı, yöntemimizi daha da geliştirmek için gelecekte bu çalışmanın bir devamı olabilir. Böylece, ±10 pN mertebesindeki içsel arka plan gürültüsü için, temas noktasını Şekil 6b'deki x eksenindeki ≥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 ve bundan sonra 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 gürültüsü eşiği yöntemi kullanılarak gözlemlenen CL lehfilcon A örneğinin girinti derinliği yaklaşık 270 nm'dir; bu, STEM ile ölçüm boyutuna çok yakındır. Bu sonuçlar, AFM prob ucunun şeklinin ve boyutunun bu çok yumuşak ve oldukça elastik dallı polimer fırça yapısının girintisi için uyumluluğunu ve uygulanabilirliğini daha da doğrulamaktadır. Bu veriler, temas noktalarını belirlemek için arka plan gürültüsünü bir eşik değeri olarak kullanma yöntemimizi destekleyen güçlü kanıtlar da sunmaktadır. Dolayısıyla, matematiksel modelleme ve kuvvet eğrisi uydurma yoluyla elde edilen tüm nicel sonuçlar nispeten doğru olmalıdır.
AFM nanoindentasyon yöntemleriyle yapılan kantitatif ölçümler, veri seçimi ve sonraki analizlerde kullanılan matematiksel modellere tamamen bağlıdır. Bu nedenle, belirli bir model seçmeden önce girinti seçimi, malzeme özellikleri ve bunların etkileşim mekaniği ile ilgili tüm faktörleri göz önünde bulundurmak önemlidir. Bu durumda, uç geometrisi SEM mikrografları kullanılarak dikkatlice karakterize edildi (Şekil 1) ve sonuçlara dayanarak, sert koni ve küresel uç geometrisine sahip 140 nm çaplı AFM nanoindentasyon probu, lehfilcon A CL79 numunelerini karakterize etmek için iyi bir seçimdir. Dikkatlice değerlendirilmesi gereken bir diğer önemli faktör ise test edilen polimer malzemenin elastikiyetidir. Nanoindentasyonun ilk verileri (Şekil 5a ve 6a), gerilim ve basınç eğrilerinin örtüşmesinin özelliklerini, yani malzemenin tamamen elastik geri kazanımını açıkça ortaya koysa da, temasların tamamen elastik doğasını doğrulamak son derece önemlidir. Bu amaçla, lehfilcon A CL numunesinin yüzeyinde aynı noktada, tam hidrasyon koşulları altında 1 µm/s girinti hızıyla iki ardışık girinti gerçekleştirildi. Elde edilen kuvvet eğrisi verileri Şekil 7'de gösterilmiştir ve beklendiği gibi, iki baskının genleşme ve basınç eğrileri neredeyse aynıdır ve bu da dallı polimer fırça yapısının yüksek elastikiyetini vurgulamaktadır.
Lehfilcon A CL yüzeyinde aynı noktada oluşan iki girinti kuvveti eğrisi, lens yüzeyinin ideal elastikiyetini göstermektedir.
Prob ucu 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. Ayrıca, bu koni-küre modeli için, baskılanmış malzemenin elastik özellikleri hakkındaki temel varsayımlar bu yeni biyomimetik malzeme için de geçerlidir ve elastik modülünü ölçmek için kullanılır.
AFM nanoindentasyon yönteminin ve girinti probu özellikleri (şekil, boyut ve yay sertliği), hassasiyet (arka plan gürültüsü ve temas noktası tahmini) ve veri uydurma modelleri (kantitatif modül ölçümleri) dahil bileşenlerinin kapsamlı bir değerlendirmesinden sonra, yöntem kullanıldı. Nicel sonuçları doğrulamak için ticari olarak temin edilebilen ultra yumuşak numuneleri karakterize edin. 1 kPa elastik modülüne sahip ticari bir poliakrilamid (PAAM) hidrojeli, 140 nm'lik bir prob kullanılarak sulu 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 göstermiştir. Bu sonuçlar, bu çalışmada ultra yumuşak malzemelerin modüllerini ölçmek için kullanılan AFM nanoindentasyon yönteminin doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini doğrulamaktadır. Lehfilcon A CL numunelerinin ve SiHy baz alt tabakasının yüzeyleri, ultra yumuşak yüzeyin girinti derinliğine bağlı olarak görünen temas modülünü incelemek için aynı AFM nanoindentasyon yöntemi kullanılarak daha fazla karakterize edildi. Her tipten üç numune için (n = 3; numune başına bir girinti) girinti kuvveti ayırma eğrileri, 300 pN kuvvet, 1 µm/s hız ve tam hidrasyonda oluşturuldu. Girinti kuvveti paylaşım eğrisi, koni-küre modeli kullanılarak yaklaştırıldı. Girinti derinliğine bağlı modülü elde etmek için, temas noktasından başlayarak her 20 nm'lik artışta kuvvet eğrisinin 40 nm genişliğinde bir kısmı ayarlandı ve kuvvet eğrisinin her adımında modül değerleri ölçüldü. Spin Cy ve ark. 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 tutarlıdır. Bu yaklaşım, Şekil 8'de gösterildiği gibi, görünür temas modülü (kPa) ile girinti derinliği (nm) arasındaki bir grafiği sunar ve bu grafik görünür temas modülü/derinlik gradyanını gösterir. CL lehfilcon A numunesinin hesaplanan elastik modülü, numunenin üst 100 nm'sinde 2-3 kPa aralığındadır ve bu değerin ötesinde derinlikle birlikte artmaya başlar. Öte yandan, yüzeyinde fırça benzeri bir film olmayan SiHy baz alt tabakasını test ederken, 300 pN'lik bir kuvvet altında elde edilen maksimum girinti derinliği 50 nm'den azdır ve verilerden elde edilen modül değeri yaklaşık 400 kPa'dır; bu değer, dökme malzemeler için Young modülü değerleriyle karşılaştırılabilir.
AFM nanoindentasyon yöntemi ile koni-küre geometrisi kullanılarak modülün ölçülmesiyle lehfilcon A CL ve SiHy alt tabakaları için görünür temas modülü (kPa) ve girinti derinliği (nm) arasındaki karşılaştırma.
Yeni biyomimetik dallı polimer fırça yapısının en üst yüzeyi son derece düşük bir elastisite modülü (2–3 kPa) sergilemektedir. Bu, STEM görüntüsünde gösterildiği gibi çatallı polimer fırçanın serbest asılı ucuyla eşleşecektir. CL'nin dış kenarında bir modül gradyanına dair bazı kanıtlar bulunsa da, ana yüksek modüllü alt tabaka daha etkilidir. Bununla birlikte, yüzeyin üst 100 nm'si dallı polimer fırçanın toplam uzunluğunun %20'si içindedir, bu nedenle bu girinti derinliği aralığında ölçülen modül değerlerinin nispeten doğru olduğunu ve alttaki nesnenin etkisine güçlü bir şekilde bağlı olmadığını varsaymak mantıklıdır.
SiHy substratlarının yüzeyine aşılanmış dallı PMPC polimer fırça yapılarından oluşan lehfilcon A kontakt lenslerinin benzersiz biyomimetik tasarımı nedeniyle, yüzey yapılarının mekanik özelliklerini geleneksel ölçüm yöntemlerini kullanarak güvenilir bir şekilde karakterize etmek oldukça zordur. Burada, yüksek su içeriğine ve son derece yüksek elastikiyete sahip lefilcon A gibi ultra yumuşak malzemeleri doğru bir şekilde karakterize etmek için gelişmiş bir AFM nanoindentasyon yöntemi sunuyoruz. Bu yöntem, uç boyutu ve geometrisi, basılacak ultra yumuşak yüzey özelliklerinin yapısal boyutlarıyla eşleşecek şekilde özenle seçilmiş bir AFM probunun kullanımına dayanmaktadır. Prob ve yapı arasındaki bu boyut kombinasyonu, gözenekli elastik etkilerden bağımsız olarak dallı polimer fırça elemanlarının düşük modülünü ve doğal elastik özelliklerini ölçmemizi sağlayarak daha fazla hassasiyet sağlar. Sonuçlar, lens yüzeyine özgü benzersiz dallı PMPC polimer fırçaların sulu bir ortamda test edildiğinde son derece düşük elastikiyet modülüne (2 kPa'ya kadar) ve çok yüksek elastikiyete (neredeyse %100) sahip olduğunu göstermiştir. AFM nanoindentasyon sonuçları, biyomimetik lens yüzeyinin görünür temas modülü/derinlik gradyanını (30 kPa/200 nm) karakterize etmemizi de sağladı. Bu gradyan, dallı polimer fırçalar ile SiHy alt tabakası arasındaki modül farkından, polimer fırçaların dallı yapısından/yoğunluğundan veya bunların bir kombinasyonundan kaynaklanıyor olabilir. Ancak, yapı ve özellikler arasındaki ilişkiyi, özellikle de fırça dallanmasının mekanik özellikler üzerindeki etkisini tam olarak anlamak için daha derinlemesine çalışmalara ihtiyaç vardır. Benzer ölçümler, diğer ultra yumuşak malzemelerin ve tıbbi cihazların yüzeylerinin mekanik özelliklerinin karakterize edilmesine yardımcı olabilir.
Mevcut çalışma sırasında oluşturulan ve/veya analiz edilen veri setleri makul talep üzerine ilgili yazarlardan temin edilebilir.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. ve Haugen, HJ Biyomalzeme yüzeylerinin fiziksel ve kimyasal özelliklerine yönelik biyolojik reaksiyonlar. Kimya. toplum. Ed. 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 biyomalzemelerin tasarımı, klinik uygulaması ve bağışıklık tepkisi. Ulusal Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK ve Farr GM Yük ve yer değiştirme ölçümleriyle girinti deneyleri kullanılarak sertlik ve elastik modülünün belirlenmesi için geliştirilmiş bir yöntem. J. Alma mater. depolama tankı. 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: Eleştirel 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. Davranış. Biyomedikal Bilimler. 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 belirlenmesinde nanoindentasyon yönteminin değerlendirilmesi. Bilim. House 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR ve Owart, TS Girinti ve optimizasyon tabanlı ters sonlu elemanlar analizi ile yumuşak viskoelastik jellerin mekanik karakterizasyonu. J. Mecha. Davranış. Biyomedikal Bilim. alma mater. 2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J ve Chaneler D. Uyumlu ölçüm sistemleri kullanılarak viskoelastisite belirlemesinin optimizasyonu. Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. ve Pellillo, E. Polimerik yüzeylerin nanoindentasyonu. J. Fizik. D. Fizik için uygulama. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. ve Van Vliet KJ Şok girintisi kullanılarak yüksek elastikiyete sahip 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 modülü ve yapışma işinin değerlendirilmesi. kürk. alma mater. 129, 198–213 (2019).
Shi, X. ve diğerleri. Silikon hidrojel kontakt lenslerin biyomimetik polimerik yüzeylerinin nanometre ölçeğinde morfolojisi ve mekanik özellikleri. Langmuir 37, 13961–13967 (2021).