Cảm ơn bạn đã truy cập Nature.com. Bạn đang sử dụng phiên bản trình duyệt có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyến nghị bạn sử dụng trình duyệt đã cập nhật (hoặc tắt Chế độ Tương thích trong Internet Explorer). Ngoài ra, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi hiển thị trang web không có kiểu dáng và JavaScript.
Hiển thị một vòng xoay gồm ba slide cùng lúc. Sử dụng các nút Trước và Tiếp để di chuyển qua ba slide cùng lúc, hoặc sử dụng các nút trượt ở cuối để di chuyển qua ba slide cùng lúc.
Với sự phát triển của các vật liệu siêu mềm mới cho các thiết bị y tế và ứng dụng y sinh, việc mô tả toàn diện các đặc tính vật lý và cơ học của chúng vừa quan trọng vừa đầy thách thức. Kỹ thuật nanoindentation bằng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) cải tiến đã được áp dụng để mô tả mô đun bề mặt cực thấp của kính áp tròng hydrogel silicon mô phỏng sinh học lehfilcon A mới được phủ một lớp cấu trúc chổi polymer phân nhánh. Phương pháp này cho phép xác định chính xác các điểm tiếp xúc mà không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng đùn nhớt khi tiếp cận các polymer phân nhánh. Ngoài ra, phương pháp này còn cho phép xác định các đặc tính cơ học của từng thành phần chổi mà không bị ảnh hưởng bởi độ đàn hồi xốp. Điều này đạt được bằng cách lựa chọn đầu dò AFM với thiết kế (kích thước đầu dò, hình dạng và độ đàn hồi lò xo) đặc biệt phù hợp để đo các đặc tính của vật liệu mềm và mẫu sinh học. Phương pháp này cải thiện độ nhạy và độ chính xác để đo chính xác vật liệu lehfilcon A rất mềm, có mô đun đàn hồi cực thấp trên diện tích bề mặt (lên đến 2 kPa) và độ đàn hồi cực cao trong môi trường nước bên trong (gần như 100%). Kết quả nghiên cứu bề mặt không chỉ tiết lộ đặc tính bề mặt siêu mềm của thấu kính Lehfilcon A mà còn cho thấy mô đun đàn hồi của chổi polymer phân nhánh tương đương với mô đun đàn hồi của đế silicon-hydro. Kỹ thuật phân tích đặc tính bề mặt này có thể được áp dụng cho các vật liệu siêu mềm và thiết bị y tế khác.
Tính chất cơ học của vật liệu được thiết kế để tiếp xúc trực tiếp với mô sống thường được xác định bởi môi trường sinh học. Sự kết hợp hoàn hảo của các tính chất vật liệu này giúp đạt được các đặc tính lâm sàng mong muốn của vật liệu mà không gây ra phản ứng bất lợi của tế bào1,2,3. Đối với các vật liệu đồng nhất khối, việc xác định đặc tính cơ học tương đối dễ dàng do có sẵn các quy trình và phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn (ví dụ: vi vết lõm4,5,6). Tuy nhiên, đối với các vật liệu siêu mềm như gel, hydrogel, biopolymer, tế bào sống, v.v., các phương pháp thử nghiệm này thường không áp dụng được do hạn chế về độ phân giải phép đo và tính không đồng nhất của một số vật liệu7. Trong nhiều năm qua, các phương pháp vết lõm truyền thống đã được sửa đổi và điều chỉnh để xác định đặc tính của nhiều loại vật liệu mềm, nhưng nhiều phương pháp vẫn gặp phải những thiếu sót nghiêm trọng hạn chế việc sử dụng chúng8,9,10,11,12,13. Việc thiếu các phương pháp thử nghiệm chuyên biệt có thể xác định chính xác và đáng tin cậy các đặc tính cơ học của vật liệu siêu mềm và các lớp bề mặt đã hạn chế nghiêm trọng việc sử dụng chúng trong các ứng dụng khác nhau.
Trong công trình trước đây, chúng tôi đã giới thiệu kính áp tròng lehfilcon A (CL), một vật liệu mềm không đồng nhất với tất cả các đặc tính bề mặt siêu mềm có nguồn gốc từ các thiết kế có khả năng mô phỏng sinh học lấy cảm hứng từ bề mặt giác mạc của mắt. Vật liệu sinh học này được phát triển bằng cách ghép một lớp polyme liên kết chéo, phân nhánh của poly(2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine (MPC)) (PMPC) lên hydrogel silicon (SiHy) 15 được thiết kế cho các thiết bị y tế dựa trên. Quá trình ghép này tạo ra một lớp trên bề mặt bao gồm cấu trúc chổi polyme phân nhánh rất mềm và có độ đàn hồi cao. Công trình trước đây của chúng tôi đã xác nhận rằng cấu trúc mô phỏng sinh học của lehfilcon A CL cung cấp các đặc tính bề mặt vượt trội như cải thiện khả năng ngăn ngừa ướt và bám bẩn, tăng khả năng bôi trơn và giảm sự bám dính của tế bào và vi khuẩn15,16. Ngoài ra, việc sử dụng và phát triển vật liệu mô phỏng sinh học này cũng gợi ý khả năng mở rộng hơn nữa sang các thiết bị y sinh khác. Do đó, việc mô tả các đặc tính bề mặt của vật liệu siêu mềm này và hiểu rõ tương tác cơ học của nó với mắt là rất quan trọng để tạo ra một cơ sở kiến ​​thức toàn diện hỗ trợ cho các phát triển và ứng dụng trong tương lai. Hầu hết các loại kính áp tròng SiHy có sẵn trên thị trường đều được cấu tạo từ hỗn hợp đồng nhất các polyme ưa nước và kị nước, tạo thành một cấu trúc vật liệu đồng nhất17. Một số nghiên cứu đã được tiến hành để tìm hiểu các đặc tính cơ học của chúng bằng các phương pháp thử nghiệm nén, kéo và vi lõm truyền thống18,19,20,21. Tuy nhiên, thiết kế mô phỏng sinh học mới của lehfilcon A CL khiến nó trở thành một vật liệu không đồng nhất độc đáo, trong đó các đặc tính cơ học của cấu trúc chổi polyme phân nhánh khác biệt đáng kể so với các đặc tính của nền SiHy. Do đó, rất khó để định lượng chính xác các đặc tính này bằng các phương pháp thông thường và phương pháp thụt lõm. Một phương pháp đầy hứa hẹn sử dụng phương pháp thử nghiệm thụt lõm nano được triển khai trong kính hiển vi lực nguyên tử (AFM), một phương pháp đã được sử dụng để xác định các đặc tính cơ học của vật liệu nhớt đàn hồi mềm như tế bào và mô sinh học, cũng như polyme mềm22,23,24,25. ,26,27,28,29,30. Trong phương pháp nanoindentation AFM, các nguyên tắc cơ bản của thử nghiệm nanoindentation được kết hợp với những tiến bộ mới nhất trong công nghệ AFM để tăng độ nhạy đo lường và thử nghiệm trên nhiều loại vật liệu siêu mềm vốn có31,32,33,34,35,36. Ngoài ra, công nghệ này còn mang lại những lợi thế quan trọng khác thông qua việc sử dụng các hình dạng khác nhau, đầu đo và đầu dò, cũng như khả năng thử nghiệm trong nhiều môi trường lỏng khác nhau.
Nanoindentation AFM có thể được chia thành ba thành phần chính: (1) thiết bị (cảm biến, máy dò, đầu dò, v.v.); (2) các thông số đo lường (như lực, độ dịch chuyển, tốc độ, kích thước dốc, v.v.); (3) Xử lý dữ liệu (hiệu chỉnh đường cơ sở, ước tính điểm tiếp xúc, khớp dữ liệu, mô hình hóa, v.v.). Một vấn đề quan trọng với phương pháp này là một số nghiên cứu trong tài liệu sử dụng nanoindentation AFM báo cáo các kết quả định lượng rất khác nhau cho cùng một loại mẫu/tế bào/vật liệu37,38,39,40,41. Ví dụ, Lekka et al. Ảnh hưởng của hình dạng đầu dò AFM đến mô đun Young đo được của các mẫu hydrogel đồng nhất về mặt cơ học và các tế bào không đồng nhất đã được nghiên cứu và so sánh. Họ báo cáo rằng các giá trị mô đun phụ thuộc rất nhiều vào lựa chọn cantilever và hình dạng đầu, với giá trị cao nhất đối với đầu dò hình kim tự tháp và giá trị thấp nhất là 42 đối với đầu dò hình cầu. Tương tự, Selhuber-Unkel et al. Tốc độ đầu đo, kích thước đầu đo và độ dày của mẫu polyacrylamide (PAAM) đã được chứng minh ảnh hưởng của mô đun Young được đo bằng phương pháp nanoindentation ACM43 như thế nào. Một yếu tố phức tạp khác là việc thiếu các vật liệu thử nghiệm mô đun cực thấp tiêu chuẩn và các quy trình thử nghiệm miễn phí. Điều này khiến việc có được kết quả chính xác và đáng tin cậy trở nên rất khó khăn. Tuy nhiên, phương pháp này rất hữu ích cho các phép đo tương đối và đánh giá so sánh giữa các loại mẫu tương tự, ví dụ như sử dụng phương pháp nanoindentation AFM để phân biệt tế bào bình thường với tế bào ung thư 44, 45 .
Khi thử nghiệm vật liệu mềm bằng phương pháp nanoindentation AFM, nguyên tắc chung là sử dụng đầu dò có hằng số lò xo thấp (k) gần giống với mô đun mẫu và đầu dò hình bán cầu/tròn để đầu dò đầu tiên không đâm thủng bề mặt mẫu khi tiếp xúc lần đầu với vật liệu mềm. Điều quan trọng nữa là tín hiệu lệch do đầu dò tạo ra phải đủ mạnh để được hệ thống phát hiện bằng laser24,34,46,47. Trong trường hợp tế bào, mô và gel không đồng nhất siêu mềm, một thách thức khác là khắc phục lực dính giữa đầu dò và bề mặt mẫu để đảm bảo các phép đo có thể tái tạo và đáng tin cậy48,49,50. Cho đến gần đây, hầu hết các nghiên cứu về phương pháp nanoindentation AFM đều tập trung vào việc nghiên cứu hành vi cơ học của tế bào, mô, gel, hydrogel và phân tử sinh học bằng cách sử dụng các đầu dò hình cầu tương đối lớn, thường được gọi là đầu dò keo (CP). , 47, 51, 52, 53, 54, 55. Những đầu này có bán kính từ 1 đến 50 µm và thường được làm từ thủy tinh borosilicate, polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), silicon dioxide (SiO2) và carbon giống kim cương (DLC). Mặc dù phương pháp nanoindentation CP-AFM thường là lựa chọn đầu tiên để xác định đặc tính mẫu mềm, nhưng nó có những vấn đề và hạn chế riêng. Việc sử dụng các đầu hình cầu lớn, kích thước micron làm tăng tổng diện tích tiếp xúc của đầu với mẫu và dẫn đến mất đáng kể độ phân giải không gian. Đối với các mẫu mềm, không đồng nhất, trong đó các đặc tính cơ học của các thành phần cục bộ có thể khác đáng kể so với mức trung bình trên một diện tích rộng hơn, phương pháp indentation CP có thể che giấu bất kỳ sự không đồng nhất nào về các đặc tính ở quy mô cục bộ52. Các đầu dò keo thường được tạo ra bằng cách gắn các quả cầu keo có kích thước micron vào các thanh đỡ không có đầu bằng chất kết dính epoxy. Bản thân quá trình sản xuất tiềm ẩn nhiều vấn đề và có thể dẫn đến sự không nhất quán trong quá trình hiệu chuẩn đầu dò. Ngoài ra, kích thước và khối lượng của các hạt keo ảnh hưởng trực tiếp đến các thông số hiệu chuẩn chính của thanh truyền, chẳng hạn như tần số cộng hưởng, độ cứng của lò xo và độ nhạy lệch56,57,58. Do đó, các phương pháp thường được sử dụng cho đầu dò AFM thông thường, chẳng hạn như hiệu chuẩn nhiệt độ, có thể không cung cấp hiệu chuẩn chính xác cho CP và có thể cần các phương pháp khác để thực hiện các hiệu chỉnh này57, 59, 60, 61. Các thí nghiệm lõm CP điển hình sử dụng thanh truyền có độ lệch lớn để nghiên cứu các đặc tính của mẫu mềm, điều này tạo ra một vấn đề khác khi hiệu chuẩn hành vi phi tuyến tính của thanh truyền ở độ lệch tương đối lớn62,63,64. Các phương pháp lõm đầu dò keo hiện đại thường tính đến hình dạng của thanh truyền được sử dụng để hiệu chuẩn đầu dò, nhưng lại bỏ qua ảnh hưởng của các hạt keo, điều này tạo ra thêm sự không chắc chắn về độ chính xác của phương pháp38,61. Tương tự, mô đun đàn hồi được tính toán bằng phương pháp lắp ghép mô hình tiếp xúc phụ thuộc trực tiếp vào hình dạng của đầu dò lõm, và sự không khớp giữa đặc điểm đầu dò và bề mặt mẫu có thể dẫn đến sai số27, 65, 66, 67, 68. Một số nghiên cứu gần đây của Spencer và cộng sự đã nêu bật các yếu tố cần lưu ý khi mô tả đặc tính của chổi polymer mềm bằng phương pháp nanoindentation CP-AFM. Họ báo cáo rằng việc giữ lại chất lỏng nhớt trong chổi polymer theo tốc độ dẫn đến tăng tải trọng đầu dò và do đó tạo ra các phép đo khác nhau về các đặc tính phụ thuộc vào tốc độ30,69,70,71.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã mô tả mô đun bề mặt của vật liệu siêu mềm và đàn hồi cao lehfilcon A CL bằng phương pháp nanoindentation AFM cải tiến. Với các đặc tính và cấu trúc mới của vật liệu này, phạm vi độ nhạy của phương pháp indentation AFM truyền thống rõ ràng là không đủ để mô tả mô đun của vật liệu cực kỳ mềm này, vì vậy cần phải sử dụng phương pháp indentation AFM với độ nhạy cao hơn và độ nhạy thấp hơn. Sau khi xem xét những thiếu sót và vấn đề của các kỹ thuật indentation AFM dạng keo hiện có, chúng tôi chỉ ra lý do tại sao chúng tôi chọn một đầu dò AFM nhỏ hơn, được thiết kế riêng để loại bỏ độ nhạy, nhiễu nền, điểm tiếp xúc chính xác, đo mô đun vận tốc của vật liệu không đồng nhất mềm như sự phụ thuộc vào lưu giữ chất lỏng và định lượng chính xác. Ngoài ra, chúng tôi có thể đo chính xác hình dạng và kích thước của đầu indentation, cho phép chúng tôi sử dụng mô hình khớp hình nón-hình cầu để xác định mô đun đàn hồi mà không cần đánh giá diện tích tiếp xúc của đầu indentation với vật liệu. Hai giả định ngầm định được định lượng trong nghiên cứu này là các đặc tính vật liệu hoàn toàn đàn hồi và mô đun không phụ thuộc vào độ sâu indentation. Sử dụng phương pháp này, trước tiên chúng tôi đã thử nghiệm các tiêu chuẩn siêu mềm với mô đun đã biết để định lượng phương pháp, sau đó sử dụng phương pháp này để mô tả bề mặt của hai loại vật liệu kính áp tròng khác nhau. Phương pháp mô tả bề mặt nanoindenting AFM với độ nhạy cao này dự kiến ​​sẽ được áp dụng cho nhiều loại vật liệu siêu mềm không đồng nhất mô phỏng sinh học, có tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị y tế và các ứng dụng y sinh.
Kính áp tròng Lehfilcon A (Alcon, Fort Worth, Texas, Hoa Kỳ) và chất nền hydrogel silicone của chúng đã được chọn cho các thí nghiệm nanoindentation. Một ngàm kính áp tròng được thiết kế đặc biệt đã được sử dụng trong thí nghiệm. Để lắp kính áp tròng để thử nghiệm, kính được đặt cẩn thận trên giá đỡ hình vòm, đảm bảo không có bọt khí nào lọt vào bên trong, sau đó cố định bằng các cạnh. Một lỗ trên giá đỡ ở đầu giá đỡ kính áp tròng giúp tiếp cận tâm quang học của kính áp tròng để thực hiện các thí nghiệm nanoindentation đồng thời giữ chất lỏng tại chỗ. Điều này giúp kính áp tròng luôn được ngậm nước. 500 μl dung dịch đóng gói kính áp tròng đã được sử dụng làm dung dịch thử nghiệm. Để xác minh kết quả định lượng, các hydrogel polyacrylamide không hoạt hóa (PAAM) có bán trên thị trường đã được chuẩn bị từ thành phần polyacrylamide-co-methylene-bisacrylamide (đĩa Petrisoft Petri 100 mm, Matrigen, Irvine, CA, Hoa Kỳ), có mô đun đàn hồi đã biết là 1 kPa. Sử dụng 4-5 giọt (khoảng 125 µl) dung dịch đệm phosphate (PBS từ Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, Hoa Kỳ) và 1 giọt dung dịch kính áp tròng OPTI-FREE Puremoist (Alcon, Vaud, TX, Hoa Kỳ). ) tại giao diện hydrogel AFM-đầu dò.
Các mẫu chất nền Lehfilcon A CL và SiHy được quan sát bằng hệ thống Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FEG SEM) FEI Quanta 250 được trang bị đầu dò Kính hiển vi điện tử truyền qua quét (STEM). Để chuẩn bị mẫu, trước tiên, thấu kính được rửa bằng nước và cắt thành các miếng hình bánh. Để đạt được độ tương phản khác biệt giữa các thành phần ưa nước và kỵ nước của mẫu, dung dịch RuO4 ổn định 0,10% được sử dụng làm thuốc nhuộm, trong đó các mẫu được ngâm trong 30 phút. Việc nhuộm Lehfilcon A CL RuO4 không chỉ quan trọng để đạt được độ tương phản khác biệt được cải thiện mà còn giúp bảo quản cấu trúc của các chổi polyme phân nhánh ở dạng ban đầu, sau đó có thể nhìn thấy trên hình ảnh STEM. Sau đó, chúng được rửa và khử nước trong một loạt hỗn hợp etanol/nước với nồng độ etanol tăng dần. Các mẫu sau đó được đúc bằng epoxy EMBed 812/Araldite, được lưu hóa qua đêm ở 70°C. Các khối mẫu thu được từ quá trình trùng hợp nhựa được cắt bằng máy cắt siêu vi, và các lát mỏng thu được được quan sát bằng máy dò STEM ở chế độ chân không thấp với điện áp gia tốc 30 kV. Hệ thống SEM tương tự đã được sử dụng để mô tả chi tiết đầu dò AFM PFQNM-LC-A-CAL (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, Hoa Kỳ). Hình ảnh SEM của đầu dò AFM được chụp ở chế độ chân không cao điển hình với điện áp gia tốc 30 kV. Chụp ảnh ở các góc độ và độ phóng đại khác nhau để ghi lại tất cả các chi tiết về hình dạng và kích thước của đầu dò AFM. Tất cả các kích thước đầu dò quan tâm trong ảnh đều được đo kỹ thuật số.
Kính hiển vi lực nguyên tử Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, Hoa Kỳ) với chế độ "PeakForce QNM in Fluid" đã được sử dụng để quan sát và tạo hình nano các mẫu lehfilcon A CL, chất nền SiHy và hydrogel PAAm. Đối với các thí nghiệm hình ảnh, đầu dò PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) với bán kính đầu dò danh định 1 nm đã được sử dụng để chụp ảnh độ phân giải cao của mẫu với tốc độ quét 0,50 Hz. Tất cả hình ảnh đều được chụp trong dung dịch nước.
Các thí nghiệm nanoindentation AFM được thực hiện bằng cách sử dụng đầu dò PFQNM-LC-A-CAL (Bruker). Đầu dò AFM có đầu silicon trên một cantilever nitride dày 345 nm, dài 54 µm và rộng 4,5 µm với tần số cộng hưởng 45 kHz. Nó được thiết kế đặc biệt để mô tả và thực hiện các phép đo nano cơ học định lượng trên các mẫu sinh học mềm. Các cảm biến được hiệu chuẩn riêng lẻ tại nhà máy với các cài đặt lò xo được hiệu chuẩn trước. Hằng số lò xo của các đầu dò được sử dụng trong nghiên cứu này nằm trong khoảng 0,05–0,1 N/m. Để xác định chính xác hình dạng và kích thước của đầu dò, đầu dò đã được mô tả chi tiết bằng SEM. Trên hình 1a cho thấy ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét độ phân giải cao, độ phóng đại thấp của đầu dò PFQNM-LC-A-CAL, cung cấp cái nhìn toàn diện về thiết kế của đầu dò. Trên hình Hình 1b cho thấy góc nhìn phóng to của đỉnh đầu dò, cung cấp thông tin về hình dạng và kích thước của đầu dò. Ở đầu cực, kim là một hình bán cầu có đường kính khoảng 140 nm (Hình 1c). Bên dưới, đầu dò thuôn nhọn thành hình nón, đạt chiều dài đo được khoảng 500 nm. Bên ngoài vùng thuôn nhọn, đầu dò có hình trụ và kết thúc ở tổng chiều dài đầu dò là 1,18 µm. Đây là bộ phận chức năng chính của đầu dò. Ngoài ra, một đầu dò polystyrene (PS) hình cầu lớn (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, Hoa Kỳ) với đường kính đầu dò là 45 µm và hằng số lò xo là 2 N/m cũng được sử dụng để thử nghiệm như một đầu dò dạng keo với đầu dò PFQNM-LC-A-CAL 140 nm để so sánh.
Có báo cáo rằng chất lỏng có thể bị kẹt giữa đầu dò AFM và cấu trúc chổi polyme trong quá trình nanoindentation, điều này sẽ tác dụng một lực hướng lên trên đầu dò AFM trước khi nó thực sự chạm vào bề mặt69. Hiệu ứng đùn nhớt này do giữ lại chất lỏng có thể thay đổi điểm tiếp xúc biểu kiến, do đó ảnh hưởng đến các phép đo mô đun bề mặt. Để nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng đầu dò và tốc độ ấn vào chất lỏng, các đường cong lực ấn vào đã được vẽ cho các mẫu lehfilcon A CL bằng cách sử dụng đầu dò có đường kính 140 nm ở tốc độ dịch chuyển không đổi là 1 µm/giây và 2 µm/giây. Đường kính đầu dò 45 µm, cài đặt lực cố định 6 nN đạt được ở tốc độ 1 µm/giây. Các thí nghiệm với đầu dò có đường kính 140 nm đã được thực hiện ở tốc độ ấn vào là 1 µm/giây và lực đặt là 300 pN, được chọn để tạo ra áp suất tiếp xúc trong phạm vi sinh lý (1–8 kPa) của mí mắt trên. áp suất 72. Các mẫu hydrogel PAA mềm đã chuẩn bị sẵn có áp suất 1 kPa đã được thử nghiệm với lực ấn 50 pN ở tốc độ 1 μm/giây bằng đầu dò có đường kính 140 nm.
Vì chiều dài phần hình nón của đầu dò PFQNM-LC-A-CAL xấp xỉ 500 nm, đối với bất kỳ độ sâu vết lõm nào < 500 nm, có thể giả định một cách an toàn rằng hình dạng của đầu dò trong quá trình vết lõm sẽ vẫn đúng với hình dạng hình nón của nó. Ngoài ra, giả định rằng bề mặt của vật liệu được thử nghiệm sẽ thể hiện phản ứng đàn hồi có thể đảo ngược, điều này cũng sẽ được xác nhận trong các phần sau. Do đó, tùy thuộc vào hình dạng và kích thước của đầu dò, chúng tôi đã chọn mô hình khớp hình nón-hình cầu do Briscoe, Sebastian và Adams phát triển, có sẵn trong phần mềm của nhà cung cấp, để xử lý các thí nghiệm nanoindentation AFM của chúng tôi (NanoScope). Phần mềm phân tích dữ liệu tách, Bruker) 73. Mô hình mô tả mối quan hệ lực-độ dịch chuyển F(δ) đối với hình nón có khuyết tật đỉnh hình cầu. Trên hình. Hình 2 cho thấy hình dạng tiếp xúc trong quá trình tương tác của một hình nón cứng với một đầu hình cầu, trong đó R là bán kính của đầu hình cầu, a là bán kính tiếp xúc, b là bán kính tiếp xúc ở đầu hình cầu, δ là bán kính tiếp xúc. Độ sâu vết lõm, θ là nửa góc của hình nón. Ảnh SEM của đầu dò này cho thấy rõ ràng rằng đầu hình cầu đường kính 140 nm hợp nhất theo phương tiếp tuyến vào một hình nón, do đó ở đây b chỉ được xác định thông qua R, tức là b = R cos θ. Phần mềm do nhà cung cấp cung cấp cung cấp mối quan hệ hình nón-hình cầu để tính toán các giá trị mô đun Young (E) từ dữ liệu phân tách lực giả định a > b. Mối quan hệ:
trong đó F là lực ấn, E là môđun Young, ν là hệ số Poisson. Bán kính tiếp xúc a có thể được ước tính bằng cách sử dụng:
Sơ đồ hình học tiếp xúc của một hình nón cứng có đầu hình cầu ép vào vật liệu của kính áp tròng Lefilcon với lớp bề mặt gồm các chổi polymer phân nhánh.
Nếu a ≤ b, mối quan hệ sẽ được rút gọn thành phương trình cho đầu đo hình cầu thông thường;
Chúng tôi tin rằng sự tương tác giữa đầu dò lõm với cấu trúc phân nhánh của chổi polymer PMPC sẽ khiến bán kính tiếp xúc a lớn hơn bán kính tiếp xúc hình cầu b. Do đó, đối với tất cả các phép đo định lượng mô đun đàn hồi được thực hiện trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng sự phụ thuộc thu được trong trường hợp a > b.
Vật liệu mô phỏng sinh học siêu mềm được nghiên cứu trong nghiên cứu này đã được chụp ảnh toàn diện bằng kính hiển vi điện tử truyền qua quét (STEM) mặt cắt ngang của mẫu và kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) của bề mặt. Đặc điểm bề mặt chi tiết này được thực hiện như một phần mở rộng của công trình đã công bố trước đây của chúng tôi, trong đó chúng tôi xác định rằng cấu trúc chổi polyme phân nhánh động của bề mặt lehfilcon A CL được biến đổi bằng PMPC thể hiện các đặc tính cơ học tương tự như mô giác mạc tự nhiên 14 . Vì lý do này, chúng tôi gọi bề mặt kính áp tròng là vật liệu mô phỏng sinh học14. Hình 3a, b thể hiện mặt cắt ngang của cấu trúc chổi polyme PMPC phân nhánh trên bề mặt của đế lehfilcon A CL và đế SiHy chưa xử lý. Bề mặt của cả hai mẫu được phân tích thêm bằng hình ảnh AFM có độ phân giải cao, điều này đã xác nhận thêm kết quả phân tích STEM (Hình 3c, d). Tổng hợp lại, những hình ảnh này cung cấp chiều dài gần đúng của cấu trúc chổi polyme phân nhánh PMPC ở 300–400 nm, điều này rất quan trọng để diễn giải các phép đo độ lõm nano AFM. Một quan sát quan trọng khác rút ra từ hình ảnh là cấu trúc bề mặt tổng thể của vật liệu mô phỏng sinh học CL khác biệt về mặt hình thái so với vật liệu nền SiHy. Sự khác biệt về hình thái bề mặt này có thể được nhận thấy rõ ràng trong quá trình tương tác cơ học với đầu dò AFM đang lõm và sau đó là các giá trị mô đun đo được.
Hình ảnh STEM cắt ngang của (a) lehfilcon A CL và (b) nền SiHy. Thanh tỷ lệ, 500 nm. Hình ảnh AFM của bề mặt nền lehfilcon A CL (c) và nền SiHy nền (d) (3 µm × 3 µm).
Các polyme sinh học và cấu trúc chổi polyme vốn mềm và đã được nghiên cứu rộng rãi và sử dụng trong nhiều ứng dụng y sinh khác nhau74,75,76,77. Do đó, việc sử dụng phương pháp nanoindentation AFM là rất quan trọng, có thể đo lường chính xác và đáng tin cậy các đặc tính cơ học của chúng. Tuy nhiên, đồng thời, các đặc tính độc đáo của những vật liệu siêu mềm này, chẳng hạn như mô đun đàn hồi cực thấp, hàm lượng chất lỏng cao và độ đàn hồi cao, thường gây khó khăn cho việc lựa chọn vật liệu, hình dạng và kích thước đầu dò indent phù hợp. Điều này rất quan trọng để đầu dò không đâm thủng bề mặt mềm của mẫu, dẫn đến sai số trong việc xác định điểm tiếp xúc với bề mặt và diện tích tiếp xúc.
Để làm được điều này, việc hiểu biết toàn diện về hình thái của vật liệu mô phỏng sinh học siêu mềm (lehfilcon A CL) là điều cần thiết. Thông tin về kích thước và cấu trúc của chổi polymer phân nhánh thu được bằng phương pháp hình ảnh cung cấp cơ sở cho việc mô tả đặc tính cơ học của bề mặt bằng kỹ thuật nanoindentation AFM. Thay vì các đầu dò dạng keo hình cầu kích thước micron, chúng tôi đã chọn đầu dò silicon nitride PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) với đường kính đầu dò 140 nm, được thiết kế đặc biệt để lập bản đồ định lượng các đặc tính cơ học của mẫu sinh học 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84 Cơ sở lý luận cho việc sử dụng các đầu dò có độ sắc nét tương đối so với các đầu dò dạng keo thông thường có thể được giải thích bởi các đặc điểm cấu trúc của vật liệu. So sánh kích thước đầu dò (~140 nm) với các chổi polymer phân nhánh trên bề mặt của CL lehfilcon A, được thể hiện trong Hình 3a, có thể kết luận rằng đầu dò đủ lớn để tiếp xúc trực tiếp với các cấu trúc chổi này, giúp giảm khả năng đầu dò xuyên qua chúng. Để minh họa cho điểm này, trong Hình 4 là hình ảnh STEM của lehfilcon A CL và đầu lõm của đầu dò AFM (được vẽ theo tỷ lệ).
Sơ đồ thể hiện hình ảnh STEM của lehfilcon A CL và đầu dò lõm ACM (vẽ theo tỷ lệ).
Ngoài ra, kích thước đầu 140 nm đủ nhỏ để tránh nguy cơ xảy ra bất kỳ hiệu ứng đùn dính nào đã được báo cáo trước đây đối với chổi polymer được tạo ra bằng phương pháp nanoindentation CP-AFM69,71. Chúng tôi cho rằng do hình dạng hình nón-hình cầu đặc biệt và kích thước tương đối nhỏ của đầu AFM này (Hình 1), bản chất của đường cong lực do nanoindentation lehfilcon A CL tạo ra sẽ không phụ thuộc vào tốc độ indentation hoặc tốc độ tải/dỡ tải. Do đó, nó không bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng đàn hồi lỗ rỗng. Để kiểm tra giả thuyết này, các mẫu lehfilcon A CL đã được indent ở lực tối đa cố định bằng đầu dò PFQNM-LC-A-CAL, nhưng ở hai vận tốc khác nhau và các đường cong lực kéo và lực co lại thu được đã được sử dụng để vẽ lực (nN) theo khoảng cách (µm) được thể hiện trong Hình 5a. Rõ ràng là các đường cong lực trong quá trình tải và dỡ tải hoàn toàn chồng lên nhau, và không có bằng chứng rõ ràng nào cho thấy lực cắt ở độ sâu ấn bằng 0 tăng theo tốc độ ấn trong hình, cho thấy các phần tử chổi riêng lẻ được mô tả mà không có hiệu ứng đàn hồi lỗ xốp. Ngược lại, hiệu ứng giữ chất lỏng (hiệu ứng đùn nhớt và đàn hồi lỗ xốp) lại rõ ràng đối với đầu dò AFM đường kính 45 µm ở cùng tốc độ ấn và được làm nổi bật bởi độ trễ giữa các đường cong kéo giãn và co lại, như thể hiện trong Hình 5b. Những kết quả này ủng hộ giả thuyết và cho thấy đầu dò đường kính 140 nm là một lựa chọn tốt để mô tả các bề mặt mềm như vậy.
Đường cong lực ấn lõm của lehfilcon A CL sử dụng ACM; (a) sử dụng đầu dò có đường kính 140 nm ở hai tốc độ tải, chứng minh không có hiệu ứng đàn hồi xốp trong quá trình ấn lõm bề mặt; (b) sử dụng đầu dò có đường kính 45 µm và 140 nm. cho thấy tác động của quá trình đùn nhớt và đàn hồi xốp đối với đầu dò lớn so với đầu dò nhỏ hơn.
Để mô tả các bề mặt siêu mềm, các phương pháp nanoindentation AFM phải có đầu dò tốt nhất để nghiên cứu các tính chất của vật liệu đang nghiên cứu. Ngoài hình dạng và kích thước đầu dò, độ nhạy của hệ thống đầu dò AFM, độ nhạy với độ lệch đầu dò trong môi trường thử nghiệm và độ cứng của cần trục đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ chính xác và độ tin cậy của phép đo nanoindentation. Đối với hệ thống AFM của chúng tôi, giới hạn phát hiện của Đầu dò nhạy vị trí (PSD) là khoảng 0,5 mV và dựa trên tốc độ lò xo được hiệu chuẩn trước và độ nhạy độ lệch chất lỏng được tính toán của đầu dò PFQNM-LC-A-CAL, tương ứng với độ nhạy tải lý thuyết. nhỏ hơn 0,1 pN. Do đó, phương pháp này cho phép đo lực ấn tối thiểu ≤ 0,1 pN mà không có bất kỳ thành phần nhiễu ngoại vi nào. Tuy nhiên, hệ thống AFM gần như không thể giảm nhiễu ngoại vi xuống mức này do các yếu tố như rung động cơ học và động lực học chất lỏng. Các yếu tố này hạn chế độ nhạy tổng thể của phương pháp nanoindentation AFM và cũng dẫn đến tín hiệu nhiễu nền xấp xỉ ≤ 10 pN. Để xác định đặc tính bề mặt, các mẫu nền lehfilcon A CL và SiHy được ấn lõm trong điều kiện ngậm nước hoàn toàn bằng cách sử dụng đầu dò 140 nm để xác định đặc tính SEM và các đường cong lực thu được được chồng lên giữa lực (pN) và áp suất. Biểu đồ phân tách (µm) được thể hiện trong Hình 6a. So với nền nền SiHy, đường cong lực lehfilcon A CL cho thấy rõ ràng pha chuyển tiếp bắt đầu tại điểm tiếp xúc với chổi polymer chẻ đôi và kết thúc bằng sự thay đổi đột ngột về độ dốc đánh dấu tiếp xúc của đầu chổi với vật liệu bên dưới. Phần chuyển tiếp này của đường cong lực làm nổi bật hành vi thực sự đàn hồi của chổi polymer phân nhánh trên bề mặt, bằng chứng là đường cong nén bám sát đường cong kéo và sự tương phản về tính chất cơ học giữa cấu trúc chổi và vật liệu SiHy cồng kềnh. Khi so sánh lefilcon. Việc tách chiều dài trung bình của chổi polymer phân nhánh trong ảnh STEM của PCS (Hình 3a) và đường cong lực của nó dọc theo trục hoành trong Hình 3a. 6a cho thấy phương pháp này có thể phát hiện đầu chổi và polymer phân nhánh chạm đến đỉnh bề mặt. Tiếp xúc giữa các cấu trúc chổi. Ngoài ra, sự chồng chéo chặt chẽ của các đường cong lực cho thấy không có hiệu ứng giữ chất lỏng. Trong trường hợp này, hoàn toàn không có sự bám dính giữa kim và bề mặt mẫu. Các phần trên cùng của đường cong lực của hai mẫu chồng lên nhau, phản ánh sự tương đồng về tính chất cơ học của vật liệu nền.
(a) Đường cong lực nanoindentation AFM cho chất nền lehfilcon A CL và chất nền SiHy, (b) đường cong lực cho thấy ước tính điểm tiếp xúc bằng phương pháp ngưỡng nhiễu nền.
Để nghiên cứu các chi tiết tốt hơn của đường cong lực, đường cong lực căng của mẫu lehfilcon A CL được vẽ lại trong Hình 6b với lực tối đa là 50 pN dọc theo trục y. Đồ thị này cung cấp thông tin quan trọng về nhiễu nền ban đầu. Nhiễu nằm trong phạm vi ±10 pN, được sử dụng để xác định chính xác điểm tiếp xúc và tính toán độ sâu vết lõm. Như đã báo cáo trong tài liệu, việc xác định các điểm tiếp xúc là rất quan trọng để đánh giá chính xác các đặc tính vật liệu như mô đun85. Một phương pháp liên quan đến xử lý tự động dữ liệu đường cong lực đã cho thấy sự phù hợp được cải thiện giữa việc khớp dữ liệu và các phép đo định lượng đối với vật liệu mềm86. Trong công trình này, lựa chọn điểm tiếp xúc của chúng tôi tương đối đơn giản và khách quan, nhưng nó có những hạn chế. Phương pháp tiếp xúc bảo thủ của chúng tôi để xác định điểm tiếp xúc có thể dẫn đến các giá trị mô đun được ước tính quá cao một chút đối với độ sâu vết lõm nhỏ hơn (< 100 nm). Việc sử dụng phát hiện điểm tiếp xúc dựa trên thuật toán và xử lý dữ liệu tự động có thể là sự tiếp tục của công trình này trong tương lai để cải thiện hơn nữa phương pháp của chúng tôi. Do đó, đối với nhiễu nền nội tại theo thứ tự ±10 pN, chúng tôi xác định điểm tiếp xúc là điểm dữ liệu đầu tiên trên trục x trong Hình 6b với giá trị ≥10 pN. Sau đó, theo ngưỡng nhiễu 10 pN, một đường thẳng đứng ở mức ~0,27 µm đánh dấu điểm tiếp xúc với bề mặt, sau đó đường cong kéo dài tiếp tục cho đến khi chất nền gặp độ sâu vết lõm ~270 nm. Điều thú vị là, dựa trên kích thước của các đặc điểm chổi polyme phân nhánh (300–400 nm) được đo bằng phương pháp hình ảnh, độ sâu vết lõm của mẫu CL lehfilcon A quan sát bằng phương pháp ngưỡng nhiễu nền là khoảng 270 nm, rất gần với kích thước đo bằng STEM. Những kết quả này xác nhận thêm tính tương thích và khả năng áp dụng của hình dạng và kích thước của đầu dò AFM để tạo vết lõm cho cấu trúc chổi polyme phân nhánh rất mềm và có độ đàn hồi cao này. Dữ liệu này cũng cung cấp bằng chứng mạnh mẽ để hỗ trợ phương pháp của chúng tôi sử dụng nhiễu nền làm ngưỡng để xác định điểm tiếp xúc. Vì vậy, bất kỳ kết quả định lượng nào thu được từ mô hình toán học và điều chỉnh đường cong lực đều phải tương đối chính xác.
Các phép đo định lượng bằng phương pháp nanoindentation AFM hoàn toàn phụ thuộc vào các mô hình toán học được sử dụng để lựa chọn dữ liệu và phân tích sau đó. Do đó, điều quan trọng là phải xem xét tất cả các yếu tố liên quan đến việc lựa chọn đầu đo, tính chất vật liệu và cơ chế tương tác của chúng trước khi chọn một mô hình cụ thể. Trong trường hợp này, hình dạng đầu dò được mô tả cẩn thận bằng ảnh chụp SEM (Hình 1), và dựa trên kết quả, đầu dò nanoindenting AFM đường kính 140 nm với hình nón cứng và hình dạng đầu dò hình cầu là một lựa chọn tốt để mô tả các mẫu lehfilcon A CL79. Một yếu tố quan trọng khác cần được đánh giá cẩn thận là độ đàn hồi của vật liệu polyme đang được thử nghiệm. Mặc dù dữ liệu ban đầu của nanoindentation (Hình 5a và 6a) phác thảo rõ ràng các đặc điểm chồng chéo của đường cong kéo và nén, tức là sự phục hồi đàn hồi hoàn toàn của vật liệu, nhưng việc xác nhận bản chất hoàn toàn đàn hồi của các tiếp xúc là vô cùng quan trọng. Để đạt được mục đích này, hai lần ấn lõm liên tiếp đã được thực hiện tại cùng một vị trí trên bề mặt mẫu lehfilcon A CL với tốc độ ấn lõm là 1 µm/giây trong điều kiện hydrat hóa hoàn toàn. Dữ liệu đường cong lực thu được được thể hiện trong hình 7 và, đúng như dự đoán, đường cong giãn nở và nén của hai bản in gần như giống hệt nhau, làm nổi bật tính đàn hồi cao của cấu trúc chổi polymer phân nhánh.
Hai đường cong lực ấn tại cùng một vị trí trên bề mặt của lehfilcon A CL cho biết độ đàn hồi lý tưởng của bề mặt thấu kính.
Dựa trên thông tin thu được từ ảnh SEM và STEM của đầu dò và bề mặt lehfilcon A CL, mô hình hình nón-hình cầu là một biểu diễn toán học hợp lý về tương tác giữa đầu dò AFM và vật liệu polymer mềm đang được thử nghiệm. Ngoài ra, đối với mô hình hình nón-hình cầu này, các giả định cơ bản về tính chất đàn hồi của vật liệu in cũng đúng với vật liệu mô phỏng sinh học mới này và được sử dụng để định lượng mô đun đàn hồi.
Sau khi đánh giá toàn diện phương pháp nanoindentation AFM và các thành phần của nó, bao gồm các đặc tính của đầu dò indentation (hình dạng, kích thước và độ cứng của lò xo), độ nhạy (ước tính nhiễu nền và điểm tiếp xúc) và các mô hình khớp dữ liệu (đo mô đun định lượng), phương pháp này đã được sử dụng. mô tả các mẫu siêu mềm có sẵn trên thị trường để xác minh kết quả định lượng. Một hydrogel polyacrylamide (PAAM) thương mại có mô đun đàn hồi 1 kPa đã được thử nghiệm trong điều kiện ngậm nước bằng đầu dò 140 nm. Chi tiết về thử nghiệm mô đun và tính toán được cung cấp trong Thông tin bổ sung. Kết quả cho thấy mô đun trung bình đo được là 0,92 kPa và độ lệch %RSD và phần trăm (%) so với mô đun đã biết nhỏ hơn 10%. Những kết quả này xác nhận độ chính xác và khả năng tái tạo của phương pháp nanoindentation AFM được sử dụng trong công trình này để đo mô đun của vật liệu siêu mềm. Bề mặt của các mẫu lehfilcon A CL và nền SiHy được mô tả thêm bằng cùng một phương pháp nanoindentation AFM để nghiên cứu mô đun tiếp xúc biểu kiến ​​của bề mặt siêu mềm theo hàm của độ sâu vết lõm. Các đường cong phân tách lực ấn được tạo ra cho ba mẫu của mỗi loại (n = 3; một vết lõm trên mỗi mẫu) ở lực 300 pN, tốc độ 1 µm/s và hydrat hóa hoàn toàn. Đường cong chia sẻ lực ấn được xấp xỉ bằng mô hình hình nón-hình cầu. Để có được mô đun phụ thuộc vào độ sâu vết lõm, một phần rộng 40 nm của đường cong lực được đặt tại mỗi bước tăng 20 nm bắt đầu từ điểm tiếp xúc và đo các giá trị của mô đun tại mỗi bước của đường cong lực. Spin Cy và cộng sự. Một phương pháp tương tự đã được sử dụng để mô tả gradient mô đun của chổi polyme poly(lauryl methacrylate) (P12MA) bằng cách sử dụng nanoindentation đầu dò AFM dạng keo và chúng phù hợp với dữ liệu sử dụng mô hình tiếp xúc Hertz. Phương pháp này cung cấp một biểu đồ về mô đun tiếp xúc biểu kiến ​​(kPa) so với độ sâu vết lõm (nm), như thể hiện trong Hình 8, minh họa cho gradient mô đun tiếp xúc biểu kiến/độ sâu. Mô đun đàn hồi được tính toán của mẫu CL lehfilcon A nằm trong khoảng 2–3 kPa trong phạm vi 100 nm trên cùng của mẫu, sau đó bắt đầu tăng theo độ sâu. Mặt khác, khi thử nghiệm nền SiHy không có lớp màng giống như chổi trên bề mặt, độ sâu vết lõm tối đa đạt được ở lực 300 pN nhỏ hơn 50 nm và giá trị mô đun thu được từ dữ liệu là khoảng 400 kPa, tương đương với giá trị mô đun Young của vật liệu khối.
Mô đun tiếp xúc biểu kiến ​​(kPa) so với độ sâu vết lõm (nm) đối với chất nền lehfilcon A CL và SiHy sử dụng phương pháp nanoindentation AFM với hình học hình nón-hình cầu để đo mô đun.
Bề mặt trên cùng của cấu trúc chổi polymer phân nhánh mô phỏng sinh học mới này thể hiện mô đun đàn hồi cực thấp (2–3 kPa). Điều này phù hợp với đầu treo tự do của chổi polymer phân nhánh như thể hiện trong hình ảnh STEM. Mặc dù có một số bằng chứng về độ dốc mô đun ở rìa ngoài của CL, nhưng nền chính có mô đun đàn hồi cao lại có ảnh hưởng lớn hơn. Tuy nhiên, 100 nm trên cùng của bề mặt nằm trong phạm vi 20% tổng chiều dài của chổi polymer phân nhánh, do đó, có thể giả định rằng các giá trị mô đun đàn hồi được đo trong phạm vi độ sâu lõm này tương đối chính xác và không phụ thuộc nhiều vào tác động của vật thể bên dưới.
Do thiết kế mô phỏng sinh học độc đáo của kính áp tròng lehfilcon A, bao gồm các cấu trúc chổi polymer PMPC phân nhánh được ghép lên bề mặt của các chất nền SiHy, nên việc xác định chính xác các đặc tính cơ học của cấu trúc bề mặt bằng các phương pháp đo lường truyền thống là rất khó khăn. Ở đây, chúng tôi trình bày một phương pháp nanoindentation AFM tiên tiến để xác định chính xác các vật liệu siêu mềm như lefilcon A với hàm lượng nước cao và độ đàn hồi cực cao. Phương pháp này dựa trên việc sử dụng đầu dò AFM có kích thước và hình dạng đầu dò được lựa chọn cẩn thận để phù hợp với kích thước cấu trúc của các đặc điểm bề mặt siêu mềm cần in. Sự kết hợp giữa kích thước giữa đầu dò và cấu trúc này mang lại độ nhạy cao hơn, cho phép chúng tôi đo mô đun thấp và các đặc tính đàn hồi vốn có của các thành phần chổi polymer phân nhánh, bất kể hiệu ứng đàn hồi lỗ rỗng. Kết quả cho thấy chổi polymer PMPC phân nhánh độc đáo, đặc trưng của bề mặt kính, có mô đun đàn hồi cực thấp (lên đến 2 kPa) và độ đàn hồi rất cao (gần 100%) khi được thử nghiệm trong môi trường nước. Kết quả của phương pháp nanoindentation AFM cũng cho phép chúng tôi mô tả mô đun tiếp xúc biểu kiến/độ dốc chiều sâu (30 kPa/200 nm) của bề mặt thấu kính mô phỏng sinh học. Độ dốc này có thể là do sự khác biệt về mô đun giữa chổi polymer phân nhánh và đế SiHy, hoặc do cấu trúc/mật độ phân nhánh của chổi polymer, hoặc do sự kết hợp của cả hai. Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu chuyên sâu để hiểu đầy đủ mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất, đặc biệt là ảnh hưởng của sự phân nhánh chổi lên tính chất cơ học. Các phép đo tương tự có thể giúp mô tả tính chất cơ học của bề mặt các vật liệu siêu mềm và thiết bị y tế khác.
Các tập dữ liệu được tạo ra và/hoặc phân tích trong quá trình nghiên cứu hiện tại có thể được cung cấp từ các tác giả tương ứng theo yêu cầu hợp lý.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. và Haugen, HJ Phản ứng sinh học đối với các tính chất vật lý và hóa học của bề mặt vật liệu sinh học. Hội Hóa học. Ấn bản 49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM và Liu, X. Cải tiến vật liệu sinh học có nguồn gốc từ con người cho kỹ thuật mô. lập trình. polyme. khoa học. 53, 86 (2016).
Sadtler, K. và cộng sự. Thiết kế, triển khai lâm sàng và đáp ứng miễn dịch của vật liệu sinh học trong y học tái tạo. Tạp chí Quốc gia Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK và Farr GM Một phương pháp cải tiến để xác định độ cứng và mô đun đàn hồi bằng cách sử dụng các thí nghiệm lõm với các phép đo tải trọng và chuyển vị. J. Alma mater. bể chứa. 7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Nguồn gốc lịch sử của thử nghiệm độ cứng lõm. alma mater. khoa học. công nghệ. 28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Đo độ cứng vết lõm ở quy mô vĩ mô, vi mô và nano: Đánh giá quan trọng. bộ lạc. Wright. 65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD và Clapperich, SM Lỗi phát hiện bề mặt dẫn đến ước tính quá mức mô đun trong quá trình nanoindenting của vật liệu mềm. J. Mecha. Hành vi. Khoa học Y sinh. alma mater. 2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollakhi MR, Bushroa AR và Yahya M.Yu. Đánh giá phương pháp nanoindentation để xác định các đặc tính cơ học của vật liệu nanocomposite không đồng nhất bằng phương pháp thực nghiệm và tính toán. Khoa học. Nhà 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, và Owart, TS Đặc tính cơ học của gel nhớt đàn hồi mềm bằng phương pháp lõm và phân tích phần tử hữu hạn ngược dựa trên tối ưu hóa. J. Mecha. Hành vi. Khoa học Y sinh. alma mater. 2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J và Chaneler D. Tối ưu hóa việc xác định độ nhớt đàn hồi bằng các hệ thống đo lường tương thích. Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. và Pellillo, E. Sự tạo vết lõm nano trên bề mặt polyme. J. Vật lý. D. Áp dụng cho vật lý. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. và Van Vliet KJ Đặc tính cơ học nhớt đàn hồi của polyme đàn hồi cao và mô sinh học bằng cách sử dụng lực ấn mạnh. Tạp chí Vật liệu sinh học. 71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Đánh giá mô đun đàn hồi và công việc bám dính của vật liệu mềm bằng phương pháp Borodich-Galanov (BG) mở rộng và phương pháp lõm sâu. fur. alma mater. 129, 198–213 (2019).
Shi, X. et al. Hình thái nano và tính chất cơ học của bề mặt polyme mô phỏng sinh học của kính áp tròng hydrogel silicon. Langmuir 37, 13961–13967 (2021).