شكرا لكم لزيارة Nature.com.أنت تستخدم إصدار متصفح مع دعم محدود لـ CSS.للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح محدث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer).بالإضافة إلى ذلك، ولضمان الدعم المستمر، نعرض الموقع بدون أنماط وجافا سكريبت.
يعرض دائريًا مكونًا من ثلاث شرائح في وقت واحد.استخدم الزرين السابق والتالي للتنقل عبر ثلاث شرائح في المرة الواحدة، أو استخدم أزرار التمرير الموجودة في النهاية للتنقل عبر ثلاث شرائح في المرة الواحدة.
مع تطوير مواد جديدة فائقة النعومة للأجهزة الطبية والتطبيقات الطبية الحيوية، أصبح التوصيف الشامل لخصائصها الفيزيائية والميكانيكية أمرًا مهمًا وصعبًا.تم تطبيق تقنية الفحص النانوي المعدل للقوة الذرية (AFM) لتوصيف معامل السطح المنخفض للغاية لعدسة lehfilcon الجديدة اللاصقة المصنوعة من السيليكون هيدروجيل المحاكاة الحيوية والمغلفة بطبقة من هياكل فرشاة البوليمر المتفرعة.تتيح هذه الطريقة التحديد الدقيق لنقاط الاتصال دون تأثيرات البثق اللزج عند الاقتراب من البوليمرات المتفرعة.بالإضافة إلى ذلك، فإنه يجعل من الممكن تحديد الخصائص الميكانيكية لعناصر الفرشاة الفردية دون تأثير المرونة المسامية.يتم تحقيق ذلك عن طريق اختيار مسبار AFM بتصميم (حجم الطرف والهندسة ومعدل الزنبرك) مناسب بشكل خاص لقياس خصائص المواد اللينة والعينات البيولوجية.تعمل هذه الطريقة على تحسين الحساسية والدقة للقياس الدقيق للمادة اللينة جدًا lehfilcon A، التي تتمتع بمعامل مرونة منخفض للغاية على مساحة السطح (يصل إلى 2 كيلو باسكال) ومرونة عالية للغاية في البيئة المائية الداخلية (100٪ تقريبًا) .لم تكشف نتائج الدراسة السطحية عن خصائص السطح فائقة النعومة لعدسة lehfilcon A فحسب، بل أظهرت أيضًا أن معامل فرش البوليمر المتفرعة كان مشابهًا لمعامل ركيزة السيليكون والهيدروجين.يمكن تطبيق تقنية توصيف السطح هذه على مواد وأجهزة طبية أخرى فائقة النعومة.
غالبًا ما يتم تحديد الخواص الميكانيكية للمواد المصممة للاتصال المباشر بالأنسجة الحية بواسطة البيئة البيولوجية.يساعد التطابق التام لخصائص المواد هذه على تحقيق الخصائص السريرية المطلوبة للمادة دون التسبب في استجابات خلوية ضارة.بالنسبة للمواد المتجانسة السائبة، يكون توصيف الخواص الميكانيكية سهلاً نسبيًا نظرًا لتوافر الإجراءات القياسية وطرق الاختبار (على سبيل المثال، المسافة الدقيقة4،5،6).ومع ذلك، بالنسبة للمواد فائقة النعومة مثل المواد الهلامية والهلاميات المائية والبوليمرات الحيوية والخلايا الحية وما إلى ذلك، لا تنطبق طرق الاختبار هذه بشكل عام بسبب قيود دقة القياس وعدم تجانس بعض المواد.على مر السنين، تم تعديل أساليب المسافة البادئة التقليدية وتكييفها لتوصيف مجموعة واسعة من المواد اللينة، ولكن العديد من الأساليب لا تزال تعاني من عيوب خطيرة تحد من استخدامها8،9،10،11،12،13.إن الافتقار إلى طرق اختبار متخصصة يمكنها وصف الخواص الميكانيكية للمواد فائقة الليونة والطبقات السطحية بدقة وموثوقية يحد بشدة من استخدامها في التطبيقات المختلفة.
في عملنا السابق، قدمنا ​​عدسة lehfilcon A (CL)، وهي مادة ناعمة غير متجانسة تتمتع بجميع خصائص السطح فائقة النعومة المستمدة من تصميمات محاكاة حيوية محتملة مستوحاة من سطح قرنية العين.تم تطوير هذه المادة الحيوية عن طريق تطعيم طبقة بوليمر متفرعة ومترابطة من بولي (2-ميثاكريلويلوكسي إيثيل فوسفوريل كولين (MPC)) (PMPC) على هيدروجيل السيليكون (SiHy) 15 المصمم للأجهزة الطبية القائمة على.تخلق عملية التطعيم هذه طبقة على السطح تتكون من بنية فرشاة بوليمرية متفرعة ناعمة للغاية ومرنة للغاية.أكد عملنا السابق أن البنية المحاكاة الحيوية لـ lehfilcon A CL توفر خصائص سطحية فائقة مثل تحسين منع الترطيب والتلوث وزيادة التشحيم وتقليل التصاق الخلايا والبكتيريا .بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام هذه المواد المحاكاة الحيوية وتطويرها يشير أيضًا إلى مزيد من التوسع في الأجهزة الطبية الحيوية الأخرى.ولذلك، من الأهمية بمكان توصيف الخصائص السطحية لهذه المادة فائقة النعومة وفهم تفاعلها الميكانيكي مع العين من أجل إنشاء قاعدة معرفية شاملة لدعم التطورات والتطبيقات المستقبلية.تتكون معظم العدسات اللاصقة SiHy المتوفرة تجاريًا من خليط متجانس من البوليمرات المحبة للماء والكارهة للماء والتي تشكل بنية مادية موحدة.تم إجراء العديد من الدراسات للتحقيق في خواصها الميكانيكية باستخدام طرق اختبار الضغط والشد والمسافة الدقيقة التقليدية .ومع ذلك، فإن التصميم المحاكاة الحيوية الجديد لـ lehfilcon A CL يجعلها مادة فريدة غير متجانسة تختلف فيها الخواص الميكانيكية لهياكل فرشاة البوليمر المتفرعة بشكل كبير عن تلك الموجودة في الركيزة الأساسية SiHy.لذلك، من الصعب جدًا تحديد هذه الخصائص بدقة باستخدام الطرق التقليدية والمسافة البادئة.تستخدم إحدى الطرق الواعدة طريقة اختبار التعرية النانوية المطبقة في الفحص المجهري للقوة الذرية (AFM)، وهي طريقة تم استخدامها لتحديد الخواص الميكانيكية للمواد اللزجة المرنة الناعمة مثل الخلايا والأنسجة البيولوجية، وكذلك البوليمرات الناعمة 22،23،24،25. .,26,27,28,29,30.في AFM nanoindentation، يتم الجمع بين أساسيات اختبار nanoindentation مع أحدث التطورات في تكنولوجيا AFM لتوفير حساسية قياس متزايدة واختبار مجموعة واسعة من المواد فائقة الليونة بطبيعتها 31،32،33،34،35،36.بالإضافة إلى ذلك، توفر التكنولوجيا مزايا مهمة أخرى من خلال استخدام أشكال هندسية مختلفة.إندينتر والمسبار وإمكانية الاختبار في الوسائط السائلة المختلفة.
يمكن تقسيم AFM nanoindentation بشكل مشروط إلى ثلاثة مكونات رئيسية: (1) المعدات (أجهزة الاستشعار، وأجهزة الكشف، والمسابير، وما إلى ذلك)؛(2) معلمات القياس (مثل القوة، والإزاحة، والسرعة، وحجم المنحدر، وما إلى ذلك)؛(3) معالجة البيانات (تصحيح خط الأساس، وتقدير نقطة الاتصال، وتركيب البيانات، والنمذجة، وما إلى ذلك).مشكلة كبيرة في هذا الأسلوب هي أن العديد من الدراسات في الأدب باستخدام AFM nanoindentation تقرير نتائج كمية مختلفة جدا لنفس العينة / الخلية / نوع المادة .على سبيل المثال، ليكا وآخرون.تمت دراسة ومقارنة تأثير هندسة مسبار AFM على معامل يونج المقاس لعينات من الهيدروجيل المتجانس ميكانيكيًا والخلايا غير المتجانسة.وأفادوا أن قيم المعامل تعتمد بشكل كبير على اختيار الكابولي وشكل الطرف، مع أعلى قيمة للمسبار على شكل هرم وأقل قيمة هي 42 للمسبار الكروي.وبالمثل، سيلهوبر-أونكل وآخرون.لقد تم توضيح كيف تؤثر سرعة المسافة البادئة وحجم المسافة البادئة وسمك عينات بولي أكريلاميد (PAAM) على معامل يونج المقاس بواسطة التداخل النانوي ACM43.هناك عامل معقد آخر وهو عدم وجود مواد اختبار قياسية ذات معامل منخفض للغاية وإجراءات اختبار مجانية.وهذا يجعل من الصعب جدًا الحصول على نتائج دقيقة بثقة.ومع ذلك، فإن الطريقة مفيدة جدًا للقياسات النسبية والتقييمات المقارنة بين أنواع العينات المتشابهة، على سبيل المثال باستخدام تقنية AFM nanoindentation لتمييز الخلايا الطبيعية عن الخلايا السرطانية 44، 45.
عند اختبار المواد اللينة باستخدام تقنية AFM nanoindentation، فإن القاعدة العامة هي استخدام مسبار ذو ثابت زنبركي منخفض (k) يتطابق بشكل وثيق مع معامل العينة وطرف نصف كروي/مستدير بحيث لا يخترق المسبار الأول أسطح العينة على أول اتصال مع المواد اللينة.ومن المهم أيضًا أن تكون إشارة الانحراف الناتجة عن المسبار قوية بما يكفي ليتم اكتشافها بواسطة نظام كاشف الليزر.في حالة الخلايا والأنسجة والمواد الهلامية غير المتجانسة فائقة النعومة، يتمثل التحدي الآخر في التغلب على قوة اللصق بين المسبار وسطح العينة لضمان قياسات قابلة للتكرار وموثوقة.حتى وقت قريب، ركزت معظم الأعمال المتعلقة بـ AFM nanoindentation على دراسة السلوك الميكانيكي للخلايا البيولوجية والأنسجة والمواد الهلامية والهيدروجيلات والجزيئات الحيوية باستخدام مجسات كروية كبيرة نسبيًا، يشار إليها عادةً باسم المجسات الغروية (CPs).، 47، 51، 52، 53، 54، 55. يبلغ نصف قطر هذه الأطراف من 1 إلى 50 ميكرومتر ويتم تصنيعها عادة من زجاج البورسليكات، وبولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA)، والبوليسترين (PS)، وثاني أكسيد السيليكون (SiO2) والماس- مثل الكربون (DLC).على الرغم من أن تقنية النانو CP-AFM غالبًا ما تكون الخيار الأول لتوصيف العينة الناعمة، إلا أن لها مشاكلها وقيودها الخاصة.يؤدي استخدام أطراف كروية كبيرة الحجم بحجم ميكرون إلى زيادة مساحة التلامس الإجمالية للطرف مع العينة ويؤدي إلى خسارة كبيرة في الدقة المكانية.بالنسبة للعينات الناعمة غير المتجانسة، حيث قد تختلف الخواص الميكانيكية للعناصر المحلية اختلافًا كبيرًا عن المتوسط ​​على مساحة أوسع، يمكن أن تخفي المسافة البادئة CP أي عدم تجانس في الخصائص على نطاق محلي.تُصنع المجسات الغروية عادةً عن طريق ربط كرات غروانية بحجم ميكرون بكابوليات عديمة الأطراف باستخدام مواد لاصقة إيبوكسي.عملية التصنيع نفسها محفوفة بالعديد من المشاكل ويمكن أن تؤدي إلى تناقضات في عملية معايرة المسبار.وبالإضافة إلى ذلك، فإن حجم وكتلة الجسيمات الغروية تؤثر بشكل مباشر على معلمات المعايرة الرئيسية للكابولي، مثل تردد الرنين، وصلابة الربيع، وحساسية الانحراف .وبالتالي، فإن الطرق شائعة الاستخدام لتحقيقات AFM التقليدية، مثل معايرة درجة الحرارة، قد لا توفر معايرة دقيقة لـ CP، وقد تكون هناك حاجة إلى طرق أخرى لإجراء هذه التصحيحات. تستخدم تجارب المسافة البادئة CP النموذجية انحرافات كبيرة ناتئة ل دراسة خصائص العينات الناعمة، مما يخلق مشكلة أخرى عند معايرة السلوك غير الخطي للناتئ عند انحرافات كبيرة نسبيًا62،63،64.طرق المسافة البادئة للمسبار الغروي الحديثة عادة ما تأخذ في الاعتبار هندسة الكابولي المستخدم لمعايرة المسبار، ولكنها تتجاهل تأثير الجسيمات الغروية، مما يخلق عدم يقين إضافي في دقة الطريقة.وبالمثل، فإن المعامل المرنة المحسوبة عن طريق تركيب نموذج الاتصال تعتمد بشكل مباشر على هندسة مسبار المسافة البادئة، ويمكن أن يؤدي عدم التطابق بين خصائص سطح الطرف والعينة إلى عدم الدقة .يتم تسليط الضوء على العوامل التي ينبغي أخذها في الاعتبار عند توصيف فرش البوليمر الناعمة باستخدام طريقة CP-AFM nanoindentation.وأفادوا أن الاحتفاظ بالسائل اللزج في فرش البوليمر كدالة للسرعة يؤدي إلى زيادة في تحميل الرأس وبالتالي قياسات مختلفة للخصائص المعتمدة على السرعة .
في هذه الدراسة، قمنا بتمييز المعامل السطحي للمادة فائقة النعومة والمرونة للغاية lehfilcon A CL باستخدام طريقة تعديل النانو AFM.نظرًا للخصائص والبنية الجديدة لهذه المادة، فمن الواضح أن نطاق الحساسية لطريقة المسافة البادئة التقليدية غير كافٍ لتوصيف معامل هذه المادة الناعمة للغاية، لذلك من الضروري استخدام طريقة AFM nanoindentation بحساسية أعلى وحساسية أقل.مستوى.بعد مراجعة أوجه القصور والمشاكل في تقنيات التحسس النانوي لمسبار AFM الغروي الحالي، نوضح سبب اختيارنا لمسبار AFM أصغر حجمًا ومصمم خصيصًا للتخلص من الحساسية وضوضاء الخلفية وتحديد نقطة الاتصال وقياس معامل السرعة للمواد الناعمة غير المتجانسة مثل احتباس السوائل. الاعتماد.والقياس الكمي الدقيق.بالإضافة إلى ذلك، تمكنا من قياس شكل وأبعاد طرف المسافة البادئة بدقة، مما يسمح لنا باستخدام نموذج الملاءمة الكروية المخروطية لتحديد معامل المرونة دون تقييم منطقة تلامس الطرف مع المادة.الافتراضان الضمنيان اللذان تم تحديدهما كميا في هذا العمل هما خصائص المواد المرنة بالكامل ومعامل المسافة البادئة المستقل عن العمق.باستخدام هذه الطريقة، قمنا أولاً باختبار معايير فائقة النعومة بمعامل معروف لتحديد الطريقة، ثم استخدمنا هذه الطريقة لوصف أسطح مادتين مختلفتين من مواد العدسات اللاصقة.من المتوقع أن تكون هذه الطريقة لوصف أسطح AFM nanoindentation ذات الحساسية المتزايدة قابلة للتطبيق على مجموعة واسعة من المواد فائقة النعومة غير المتجانسة ذات الاستخدام المحتمل في الأجهزة الطبية والتطبيقات الطبية الحيوية.
تم اختيار العدسات اللاصقة Lehfilcon A (Alcon، Fort Worth، Texas، USA) وركائز هيدروجيل السيليكون الخاصة بها لإجراء تجارب النانو.تم استخدام حامل عدسة مصمم خصيصًا في التجربة.لتثبيت العدسة للاختبار، تم وضعها بعناية على الحامل على شكل قبة، مع التأكد من عدم دخول أي فقاعات هواء إلى الداخل، ثم تثبيتها بالحواف.يوفر الثقب الموجود في الجزء العلوي من حامل العدسة إمكانية الوصول إلى المركز البصري للعدسة لإجراء تجارب المسافة البادئة النانوية أثناء تثبيت السائل في مكانه.وهذا يحافظ على رطوبة العدسات بالكامل.تم استخدام 500 ميكرولتر من محلول تعبئة العدسات اللاصقة كحل اختبار.للتحقق من النتائج الكمية، تم تحضير الهلاميات المائية بولي أكريلاميد (PAAM) غير المنشط المتوفرة تجاريًا من تركيبة بولي أكريلاميد-ميثيلين-بيساكريلاميد (أطباق بيتريسوفت بيتري 100 مم، ماتريجن، إيرفين، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية)، وهو معامل مرن معروف يبلغ 1 كيلو باسكال.استخدم 4-5 قطرات (حوالي 125 ميكرولتر) من محلول ملحي بالفوسفات (PBS من Corning Life Sciences، Tewkesbury، MA، الولايات المتحدة الأمريكية) وقطرة واحدة من محلول العدسات اللاصقة Puremoist OPTI-FREE (Alcon، Vaud، TX، الولايات المتحدة الأمريكية).) في واجهة مسبار هيدروجيل AFM.
تم تصور عينات من ركائز Lehfilcon A CL و SiHy باستخدام نظام المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاث الميداني (FEG SEM) FEI Quanta 250 المجهز بكاشف مجهر المسح الإلكتروني (STEM).لتحضير العينات، تم غسل العدسات أولاً بالماء وتقطيعها إلى شرائح على شكل دائري.لتحقيق التباين التفاضلي بين المكونات المحبة للماء والكارهة للماء في العينات، تم استخدام محلول مستقر بنسبة 0.10% من RuO4 كصبغة، حيث تم غمر العينات لمدة 30 دقيقة.يعد تلطيخ lehfilcon A CL RuO4 مهمًا ليس فقط لتحقيق تباين تفاضلي محسّن، ولكنه يساعد أيضًا في الحفاظ على بنية فرش البوليمر المتفرعة في شكلها الأصلي، والتي تكون مرئية بعد ذلك في صور العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات.تم بعد ذلك غسلها وتجفيفها في سلسلة من خلائط الإيثانول/الماء مع زيادة تركيز الإيثانول.تم بعد ذلك صب العينات باستخدام إيبوكسي EMBed 812/Araldite، والذي تم معالجته طوال الليل عند درجة حرارة 70 درجة مئوية.تم قطع كتل العينات التي تم الحصول عليها عن طريق بلمرة الراتنج باستخدام مشراح فائق الدقة، وتم تصور المقاطع الرقيقة الناتجة باستخدام كاشف STEM في وضع الفراغ المنخفض عند جهد تسارع قدره 30 كيلو فولت.تم استخدام نفس نظام SEM للتوصيف التفصيلي لمسبار PFQNM-LC-A-CAL AFM (Bruker Nano، Santa Barbara، CA، USA).تم الحصول على صور SEM لمسبار AFM في وضع فراغ عالي نموذجي بجهد تسارع قدره 30 كيلو فولت.احصل على صور بزوايا وتكبيرات مختلفة لتسجيل كافة تفاصيل شكل وحجم طرف مسبار AFM.تم قياس جميع أبعاد الأطراف محل الاهتمام بالصور رقميًا.
تم استخدام مجهر القوة الذرية Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano، Santa Barbara، CA، USA) مع وضع "PeakForce QNM in Fluid" لتصور عينات lehfilcon A CL و SiHy و PAAm hydrogel و nanoindentate.بالنسبة لتجارب التصوير، تم استخدام مسبار PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) بنصف قطر طرفي اسمي يبلغ 1 نانومتر لالتقاط صور عالية الدقة للعينة بمعدل مسح قدره 0.50 هرتز.تم التقاط جميع الصور في محلول مائي.
تم إجراء تجارب AFM nanoindentation باستخدام مسبار PFQNM-LC-A-CAL (Bruker).يحتوي مسبار AFM على طرف من السيليكون على ناتئ نيتريد بسمك 345 نانومتر وطول 54 ميكرومتر وعرض 4.5 ميكرومتر بتردد رنين قدره 45 كيلو هرتز.وهو مصمم خصيصًا لتوصيف وإجراء قياسات ميكانيكية نانوية كمية على عينات بيولوجية ناعمة.تتم معايرة المستشعرات بشكل فردي في المصنع باستخدام إعدادات زنبركية تمت معايرتها مسبقًا.كانت ثوابت الربيع للمسابير المستخدمة في هذه الدراسة في حدود 0.05-0.1 نيوتن / م.لتحديد شكل وحجم الطرف بدقة، تم وصف المسبار بالتفصيل باستخدام SEM.على الشكل.يُظهر الشكل 1 أ صورة مجهرية إلكترونية عالية الدقة ومنخفضة التكبير لمسح مسبار PFQNM-LC-A-CAL، مما يوفر رؤية شاملة لتصميم المسبار.على الشكل.يُظهر الشكل 1 ب منظرًا موسعًا للجزء العلوي من طرف المسبار، مما يوفر معلومات حول شكل وحجم الطرف.وفي الطرف الأقصى، تكون الإبرة عبارة عن نصف كرة يبلغ قطرها حوالي 140 نانومتر (الشكل 1ج).أسفل هذا، يتناقص الطرف إلى شكل مخروطي، ويصل إلى طول مُقاس يبلغ حوالي 500 نانومتر.خارج المنطقة المستدقة، يكون الطرف أسطوانيًا وينتهي بطول طرف إجمالي يبلغ 1.18 ميكرومتر.هذا هو الجزء الوظيفي الرئيسي لطرف المسبار.بالإضافة إلى ذلك، تم أيضًا استخدام مسبار بوليسترين كروي كبير (PS) (Novascan Technologies، Inc.، Boone، Iowa، USA) بقطر طرف يبلغ 45 ميكرون وثابت زنبركي قدره 2 نيوتن / م للاختبار كمسبار غرواني.مع مسبار PFQNM-LC-A-CAL 140 نانومتر للمقارنة.
لقد تم الإبلاغ عن أنه يمكن احتجاز السائل بين مسبار AFM وهيكل فرشاة البوليمر أثناء عملية التحسس النانوي، مما سيمارس قوة تصاعدية على مسبار AFM قبل أن يلمس السطح فعليًا.يمكن أن يؤدي تأثير البثق اللزج الناتج عن احتباس السوائل إلى تغيير نقطة التلامس الظاهرة، مما يؤثر على قياسات معامل السطح.لدراسة تأثير هندسة المسبار وسرعة المسافة البادئة على احتباس السوائل، تم رسم منحنيات قوة المسافة البادئة لعينات lehfilcon A CL باستخدام مسبار قطره 140 نانومتر بمعدلات إزاحة ثابتة تبلغ 1 ميكرومتر/ثانية و2 ميكرومتر/ثانية.قطر المسبار 45 ميكرومتر، إعداد القوة الثابتة 6 نانومتر يتم تحقيقه عند 1 ميكرومتر/ثانية.تم إجراء تجارب باستخدام مسبار يبلغ قطره 140 نانومتر بسرعة مسافة بادئة تبلغ 1 ميكرومتر / ثانية وقوة محددة تبلغ 300 نيوتن، تم اختيارها لإنشاء ضغط اتصال ضمن النطاق الفسيولوجي (1-8 كيلو باسكال) للجفن العلوي.الضغط 72. تم اختبار عينات ناعمة جاهزة من هيدروجيل PAA بضغط 1 كيلو باسكال لقوة مسافة بادئة قدرها 50 نيوتن متر بسرعة 1 ميكرومتر / ثانية باستخدام مسبار يبلغ قطره 140 نانومتر.
نظرًا لأن طول الجزء المخروطي من طرف مسبار PFQNM-LC-A-CAL يبلغ حوالي 500 نانومتر، بالنسبة لأي عمق مسافة بادئة أقل من 500 نانومتر، يمكن الافتراض بأمان أن هندسة المسبار أثناء المسافة البادئة ستظل صحيحة بالنسبة لها شكل مخروطي.بالإضافة إلى ذلك، من المفترض أن سطح المادة قيد الاختبار سيظهر استجابة مرنة قابلة للعكس، والتي سيتم تأكيدها أيضًا في الأقسام التالية.لذلك، اعتمادًا على شكل وحجم الطرف، اخترنا نموذج تركيب الكرة المخروطية الذي طوره Briscoe وSebastian وAdams، والمتوفر في برنامج البائع، لمعالجة تجاربنا في AFM nanoindentation (NanoScope).برنامج تحليل بيانات الفصل، Bruker) 73. يصف النموذج العلاقة بين القوة والإزاحة F(δ) لمخروط به عيب كروي في القمة.على الشكل.يوضح الشكل 2 هندسة التلامس أثناء تفاعل مخروط صلب مع طرف كروي، حيث R هو نصف قطر الطرف الكروي، a هو نصف قطر التلامس، b هو نصف قطر التلامس في نهاية الطرف الكروي، δ هو نصف قطر الاتصال.عمق المسافة البادئة، θ هو نصف زاوية المخروط.تُظهر صورة SEM لهذا المسبار بوضوح أن الطرف الكروي الذي يبلغ قطره 140 نانومتر يندمج بشكل عرضي في مخروط، لذلك يتم تعريف b هنا فقط من خلال R، أي b = R cos θ.يوفر البرنامج الذي يوفره البائع علاقة مخروطية كروية لحساب قيم معامل يونغ (E) من بيانات فصل القوة بافتراض a > b.علاقة:
حيث F هي قوة المسافة البادئة، E هي معامل يونغ، ν هي نسبة بواسون.يمكن تقدير نصف قطر الاتصال a باستخدام:
مخطط هندسة التلامس لمخروط صلب بطرف كروي مضغوط في مادة عدسة Lefilcon اللاصقة مع طبقة سطحية من فرش البوليمر المتفرعة.
إذا كانت a ≥ b، فإن العلاقة تنخفض إلى معادلة المسافة البادئة الكروية التقليدية؛
نعتقد أن تفاعل مسبار المسافة البادئة مع البنية المتفرعة لفرشاة البوليمر PMPC سوف يتسبب في أن يكون نصف قطر التلامس a أكبر من نصف قطر التلامس الكروي b.لذلك، بالنسبة لجميع القياسات الكمية للمعامل المرن الذي تم إجراؤه في هذه الدراسة، استخدمنا الاعتماد الذي تم الحصول عليه للحالة a > b.
تم تصوير المواد المحاكاة الحيوية فائقة النعومة التي تمت دراستها في هذه الدراسة بشكل شامل باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ الماسح (STEM) للمقطع العرضي للعينة ومجهر القوة الذرية (AFM) للسطح.تم إجراء هذا التوصيف التفصيلي للسطح كامتداد لعملنا المنشور مسبقًا، والذي قررنا فيه أن بنية الفرشاة البوليمرية المتفرعة ديناميكيًا لسطح lehfilcon A CL المعدل بواسطة PMPC أظهرت خواص ميكانيكية مماثلة لأنسجة القرنية الأصلية 14.لهذا السبب، نشير إلى أسطح العدسات اللاصقة كمواد محاكاة حيوية.على الشكل.يُظهر الشكل 3 أ، ب المقاطع العرضية لهياكل فرشاة البوليمر PMPC المتفرعة على سطح ركيزة lehfilcon A CL وركيزة SiHy غير المعالجة، على التوالي.تم تحليل أسطح كلا العينات بشكل أكبر باستخدام صور AFM عالية الدقة، والتي أكدت أيضًا نتائج تحليل STEM (الشكل 3 ج، د).مجتمعة، تعطي هذه الصور طولًا تقريبيًا لهيكل فرشاة البوليمر المتفرعة PMPC عند 300-400 نانومتر، وهو أمر بالغ الأهمية لتفسير قياسات AFM nanoindentation.ملاحظة رئيسية أخرى مستمدة من الصور هي أن البنية السطحية الشاملة للمادة المحاكاة الحيوية CL تختلف شكلياً عن تلك الموجودة في مادة الركيزة SiHy.يمكن أن يصبح هذا الاختلاف في مورفولوجيا سطحها واضحًا أثناء تفاعلها الميكانيكي مع مسبار AFM ذي المسافة البادئة وبالتالي في قيم المعامل المقاسة.
صور STEM مستعرضة لـ ( أ ) lehfilcon A CL و ( ب ) الركيزة SiHy.شريط النطاق، 500 نانومتر.صور AFM لسطح الركيزة lehfilcon A CL (ج) والركيزة الأساسية SiHy (د) (3 ميكرومتر × 3 ميكرومتر).
تعتبر البوليمرات المستوحاة من الحيوية وهياكل فرشاة البوليمر ناعمة بطبيعتها وقد تمت دراستها واستخدامها على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الطبية الحيوية 74،75،76،77.لذلك، من المهم استخدام طريقة AFM nanoindentation، والتي يمكنها قياس خواصها الميكانيكية بدقة وموثوقية.ولكن في الوقت نفسه، فإن الخصائص الفريدة لهذه المواد فائقة النعومة، مثل معامل المرونة المنخفض للغاية، والمحتوى السائل العالي والمرونة العالية، غالبًا ما تجعل من الصعب اختيار المادة المناسبة والشكل والشكل المناسب لمسبار المسافة البادئة.مقاس.وهذا أمر مهم حتى لا يخترق الإندينتر السطح الناعم للعينة، مما قد يؤدي إلى أخطاء في تحديد نقطة التلامس مع السطح ومنطقة التلامس.
لهذا، من الضروري الفهم الشامل لمورفولوجية المواد المحاكاة الحيوية فائقة النعومة (lehfilcon A CL).توفر المعلومات حول حجم وبنية فرش البوليمر المتفرعة التي تم الحصول عليها باستخدام طريقة التصوير الأساس للتوصيف الميكانيكي للسطح باستخدام تقنيات AFM nanoindentation.بدلاً من المجسات الغروية الكروية بحجم ميكرون، اخترنا مسبار نيتريد السيليكون PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) بقطر طرفي يبلغ 140 نانومتر، وهو مصمم خصيصًا لرسم الخرائط الكمية للخواص الميكانيكية للعينات البيولوجية 78، 79، 80. ، 81، 82، 83، 84 يمكن تفسير الأساس المنطقي لاستخدام مجسات حادة نسبيًا مقارنة بالمسابير الغروية التقليدية من خلال السمات الهيكلية للمادة.بمقارنة حجم طرف المسبار (حوالي 140 نانومتر) مع فرش البوليمر المتفرعة على سطح CL lehfilcon A، كما هو موضح في الشكل 3 أ، يمكن استنتاج أن الطرف كبير بما يكفي للتلامس المباشر مع هياكل الفرشاة هذه، والتي يقلل من فرصة ثقب الطرف من خلالها.لتوضيح هذه النقطة، في الشكل 4 توجد صورة STEM لـ lehfilcon A CL وطرف المسافة البادئة لمسبار AFM (مرسوم على نطاق واسع).
رسم تخطيطي يوضح صورة STEM لـ lehfilcon A CL ومسبار المسافة البادئة ACM (مرسوم على نطاق واسع).
بالإضافة إلى ذلك، فإن حجم الطرف الذي يبلغ 140 نانومتر صغير بما يكفي لتجنب خطر أي من تأثيرات البثق اللزجة التي تم الإبلاغ عنها سابقًا لفرش البوليمر التي تنتجها طريقة CP-AFM النانوية.نحن نفترض أنه نظرًا للشكل الكروي المخروطي الخاص والحجم الصغير نسبيًا لطرف AFM (الشكل 1)، فإن طبيعة منحنى القوة الناتج عن lehfilcon A CL nanoindentation لن تعتمد على سرعة المسافة البادئة أو سرعة التحميل/التفريغ .ولذلك، فإنه لا يتأثر بالتأثيرات المسامية.لاختبار هذه الفرضية، تم وضع مسافة بادئة لعينات lehfilcon A CL عند قوة قصوى ثابتة باستخدام مسبار PFQNM-LC-A-CAL، ولكن بسرعتين مختلفتين، واستخدمت منحنيات قوة الشد والسحب الناتجة لرسم القوة (nN) في الانفصال (ميكرومتر) يظهر في الشكل 5A.من الواضح أن منحنيات القوة أثناء التحميل والتفريغ تتداخل تمامًا، ولا يوجد دليل واضح على أن قوة القص عند عمق المسافة البادئة الصفرية تزداد مع سرعة المسافة البادئة في الشكل، مما يشير إلى أن عناصر الفرشاة الفردية تميزت بدون تأثير مسامي.في المقابل، فإن تأثيرات احتباس السوائل (آثار البثق اللزج والمرونة المسامية) واضحة بالنسبة لمسبار AFM بقطر 45 ميكرومتر بنفس سرعة المسافة البادئة ويتم تسليط الضوء عليها من خلال التباطؤ بين منحنيات التمدد والتراجع، كما هو مبين في الشكل 5 ب.تدعم هذه النتائج الفرضية وتشير إلى أن مجسات قطرها 140 نانومتر تعد خيارًا جيدًا لتوصيف هذه الأسطح الناعمة.
منحنيات قوة المسافة البادئة lehfilcon A CL باستخدام ACM؛(أ) استخدام مسبار يبلغ قطره 140 نانومتر بمعدلين للتحميل، مما يدل على عدم وجود تأثير مسامي أثناء المسافة البادئة للسطح؛(ب) استخدام مجسات يبلغ قطرها 45 ميكرومتر و140 نانومتر.يُظهر تأثير البثق اللزج والمرونة المسامية للمسابير الكبيرة مقارنة بالمسابير الأصغر.
لتوصيف الأسطح فائقة النعومة، يجب أن تحتوي طرق التثقيب النانوي AFM على أفضل مسبار لدراسة خصائص المادة قيد الدراسة.بالإضافة إلى شكل وحجم الطرف، تلعب حساسية نظام كاشف AFM، والحساسية لانحراف الطرف في بيئة الاختبار، والصلابة الكابولية دورًا مهمًا في تحديد دقة وموثوقية التسنن النانوي.قياسات.بالنسبة لنظام AFM الخاص بنا، يبلغ الحد الأقصى للكشف عن كاشف الموضع الحساس (PSD) حوالي 0.5 مللي فولت ويعتمد على معدل الربيع الذي تمت معايرته مسبقًا وحساسية انحراف السائل المحسوبة لمسبار PFQNM-LC-A-CAL، والذي يتوافق مع حساسية الحمل النظرية.أقل من 0.1 بنيوتن.ولذلك، تسمح هذه الطريقة بقياس الحد الأدنى من قوة المسافة البادئة ≥ 0.1 pN دون أي مكون ضوضاء محيطي.ومع ذلك، يكاد يكون من المستحيل على نظام AFM تقليل الضوضاء المحيطية إلى هذا المستوى بسبب عوامل مثل الاهتزاز الميكانيكي وديناميكيات السوائل.تحد هذه العوامل من الحساسية الإجمالية لطريقة التحسس النانوي AFM وتؤدي أيضًا إلى إشارة ضوضاء في الخلفية تبلغ حوالي 10 pN.لتوصيف السطح، تم وضع مسافة بادئة لعينات الركيزة lehfilcon A CL وSiHy في ظل ظروف رطبة بالكامل باستخدام مسبار 140 نانومتر لتوصيف SEM، وتم تركيب منحنيات القوة الناتجة بين القوة (pN) والضغط.تظهر مؤامرة الفصل (ميكرومتر) في الشكل 6 أ.بالمقارنة مع الركيزة الأساسية SiHy، يُظهر منحنى القوة lehfilcon A CL بوضوح مرحلة انتقالية تبدأ عند نقطة التلامس مع فرشاة البوليمر المتشعبة وتنتهي بتغيير حاد في الميل الذي يشير إلى اتصال الطرف بالمادة الأساسية.يسلط هذا الجزء الانتقالي من منحنى القوة الضوء على السلوك المرن الحقيقي لفرشاة البوليمر المتفرعة على السطح، كما يتضح من منحنى الضغط الذي يتبع منحنى التوتر عن كثب والتباين في الخواص الميكانيكية بين هيكل الفرشاة ومادة SiHy الضخمة.عند مقارنة lefilcon.فصل متوسط ​​طول فرشاة البوليمر المتفرعة في صورة STEM لأجهزة الكمبيوتر (الشكل 3 أ) ومنحنى قوتها على طول الإحداثي السيني في الشكل 3 أ.يوضح الشكل 6 أ أن الطريقة قادرة على اكتشاف الطرف والبوليمر المتفرع الذي يصل إلى أعلى السطح.الاتصال بين هياكل الفرشاة.بالإضافة إلى ذلك، يشير التداخل الوثيق لمنحنيات القوة إلى عدم وجود تأثير لاحتباس السوائل.وفي هذه الحالة، لا يوجد أي التصاق على الإطلاق بين الإبرة وسطح العينة.تتداخل المقاطع العلوية من منحنيات القوة للعينتين، مما يعكس تشابه الخواص الميكانيكية للمواد الركيزة.
(أ) منحنيات قوة التعرية النانوية AFM لركائز lehfilcon A CL وركائز SiHy، (ب) منحنيات القوة التي توضح تقدير نقطة الاتصال باستخدام طريقة عتبة ضوضاء الخلفية.
من أجل دراسة التفاصيل الدقيقة لمنحنى القوة، يتم إعادة رسم منحنى التوتر لعينة lehfilcon A CL في الشكل 6 ب بقوة قصوى تبلغ 50 pN على طول المحور الصادي.يوفر هذا الرسم البياني معلومات مهمة حول ضجيج الخلفية الأصلي.الضوضاء في نطاق ± 10 pN، والذي يستخدم لتحديد نقطة الاتصال بدقة وحساب عمق المسافة البادئة.كما ورد في الأدبيات، فإن تحديد نقاط الاتصال أمر بالغ الأهمية لتقييم خصائص المواد بدقة مثل المعامل.أظهر النهج الذي يتضمن المعالجة التلقائية لبيانات منحنى القوة توافقًا محسنًا بين تركيب البيانات والقياسات الكمية للمواد اللينة86.في هذا العمل، يعد اختيارنا لنقاط الاتصال بسيطًا وموضوعيًا نسبيًا، ولكن له حدوده.قد يؤدي نهجنا المحافظ في تحديد نقطة الاتصال إلى قيم معامل مبالغ فيها قليلاً لأعماق المسافة البادئة الأصغر (<100 نانومتر).يمكن أن يكون استخدام اكتشاف نقاط الاتصال المستندة إلى الخوارزمية ومعالجة البيانات الآلية استمرارًا لهذا العمل في المستقبل لتحسين أسلوبنا بشكل أكبر.وبالتالي، بالنسبة لضوضاء الخلفية الجوهرية بترتيب ± 10 pN، فإننا نحدد نقطة الاتصال كنقطة البيانات الأولى على المحور السيني في الشكل 6 ب بقيمة ≥10 pN.بعد ذلك، وفقًا لعتبة الضوضاء البالغة 10 pN، يشير الخط الرأسي عند مستوى ~0.27 ميكرومتر إلى نقطة التلامس مع السطح، وبعد ذلك يستمر منحنى التمدد حتى تلتقي الركيزة بعمق المسافة البادئة الذي يبلغ حوالي 270 نانومتر.ومن المثير للاهتمام، استنادًا إلى حجم ميزات فرشاة البوليمر المتفرعة (300-400 نانومتر) المقاسة باستخدام طريقة التصوير، فإن عمق المسافة البادئة لعينة CL lehfilcon A التي تمت ملاحظتها باستخدام طريقة عتبة الضوضاء الخلفية يبلغ حوالي 270 نانومتر، وهو قريب جدًا من حجم القياس مع STEM.تؤكد هذه النتائج أيضًا توافق وإمكانية تطبيق شكل وحجم طرف مسبار AFM من أجل المسافة البادئة لهيكل فرشاة البوليمر المتفرعة الناعمة والمرنة للغاية.توفر هذه البيانات أيضًا دليلًا قويًا لدعم طريقتنا في استخدام ضوضاء الخلفية كعتبة لتحديد نقاط الاتصال.وبالتالي، فإن أي نتائج كمية يتم الحصول عليها من النمذجة الرياضية وتركيب منحنى القوة يجب أن تكون دقيقة نسبيًا.
تعتمد القياسات الكمية بواسطة طرق AFM nanoindentation بشكل كامل على النماذج الرياضية المستخدمة لاختيار البيانات والتحليل اللاحق.ولذلك، فمن المهم النظر في جميع العوامل المتعلقة باختيار إندينتر، وخصائص المواد وآليات تفاعلها قبل اختيار نموذج معين.في هذه الحالة، تم توصيف هندسة الطرف بعناية باستخدام صور مجهرية SEM (الشكل 1)، واستنادًا إلى النتائج، يعد مسبار AFM النانوي بقطر 140 نانومتر مع مخروط صلب وهندسة طرف كروي خيارًا جيدًا لتوصيف عينات lehfilcon A CL79 .هناك عامل مهم آخر يجب تقييمه بعناية وهو مرونة مادة البوليمر التي يتم اختبارها.على الرغم من أن البيانات الأولية الخاصة بـ nanoindentation (الشكلان 5 أ و 6 أ) تحدد بوضوح ميزات تداخل منحنيات التوتر والضغط، أي الاسترداد المرن الكامل للمادة، فمن المهم للغاية تأكيد الطبيعة المرنة البحتة لجهات الاتصال .تحقيقا لهذه الغاية، تم إجراء اثنين من المسافات البادئة المتعاقبة في نفس الموقع على سطح عينة lehfilcon A CL بمعدل المسافة البادئة 1 ميكرومتر / ثانية في ظل ظروف الترطيب الكامل.تظهر بيانات منحنى القوة الناتجة في الشكل.كما هو متوقع، فإن منحنيات التمدد والضغط للطبعتين متطابقة تقريبًا، مما يسلط الضوء على المرونة العالية لهيكل فرشاة البوليمر المتفرعة.
يشير منحنيا قوة المسافة البادئة في نفس الموقع على سطح lehfilcon A CL إلى المرونة المثالية لسطح العدسة.
استنادًا إلى المعلومات التي تم الحصول عليها من صور SEM وSTEM لطرف المسبار وسطح lehfilcon A CL، على التوالي، يعد نموذج الكرة المخروطية تمثيلًا رياضيًا معقولًا للتفاعل بين طرف مسبار AFM ومادة البوليمر الناعمة التي يتم اختبارها.بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لهذا النموذج الكروي المخروطي، فإن الافتراضات الأساسية حول الخواص المرنة للمادة المطبوعة تنطبق على هذه المادة المحاكاة الحيوية الجديدة، وتُستخدم لتحديد كمية المعامل المرن.
بعد إجراء تقييم شامل لطريقة AFM nanoindentation ومكوناتها، بما في ذلك خصائص مسبار المسافة البادئة (الشكل والحجم وصلابة الزنبرك)، والحساسية (ضوضاء الخلفية وتقدير نقطة الاتصال)، ونماذج ملاءمة البيانات (قياسات المعامل الكمي)، تم اختبار الطريقة مستخدم.وصف العينات فائقة النعومة المتوفرة تجاريًا للتحقق من النتائج الكمية.تم اختبار هيدروجيل بولي أكريلاميد تجاري (PAAM) بمعامل مرن قدره 1 كيلو باسكال في ظل ظروف رطبة باستخدام مسبار 140 نانومتر.يتم توفير تفاصيل اختبار الوحدة والحسابات في المعلومات التكميلية.أظهرت النتائج أن متوسط ​​المعامل المقاس كان 0.92 كيلو باسكال، وأن نسبة الانحراف٪ RSD والنسبة المئوية (٪) عن المعامل المعروف كانت أقل من 10٪.تؤكد هذه النتائج دقة وإمكانية تكرار نتائج طريقة AFM nanoindentation المستخدمة في هذا العمل لقياس معاملات المواد فائقة الليونة.تم توصيف أسطح عينات lehfilcon A CL والركيزة الأساسية SiHy باستخدام نفس طريقة AFM nanoindentation لدراسة معامل التلامس الواضح للسطح فائق النعومة كدالة لعمق المسافة البادئة.تم إنشاء منحنيات فصل قوة المسافة البادئة لثلاث عينات من كل نوع (ن = 3؛ مسافة بادئة واحدة لكل عينة) بقوة 300 نيوتن متر، وسرعة 1 ميكرومتر / ثانية، وترطيب كامل.تم تقريب منحنى تقاسم قوة المسافة البادئة باستخدام نموذج الكرة المخروطية.للحصول على معامل يعتمد على عمق المسافة البادئة، تم تعيين جزء بعرض 40 نانومتر من منحنى القوة عند كل زيادة قدرها 20 نانومتر بدءًا من نقطة التلامس، وقياس قيم المعامل عند كل خطوة من منحنى القوة.سبين سي وآخرون.تم استخدام نهج مماثل لتوصيف التدرج المعاملي لفرش البوليمر بولي (لوريل ميثاكريلات) (P12MA) باستخدام نانوية مسبار AFM الغروية، وهي متوافقة مع البيانات باستخدام نموذج الاتصال هيرتز.يوفر هذا النهج قطعة من معامل الاتصال الظاهر (كيلو باسكال) مقابل عمق المسافة البادئة (نانومتر)، كما هو مبين في الشكل 8، مما يوضح معامل الاتصال الظاهر/تدرج العمق.يتراوح المعامل المرن المحسوب لعينة CL lehfilcon A بين 2-3 كيلو باسكال ضمن الجزء العلوي من 100 نانومتر للعينة، وبعد ذلك يبدأ في الزيادة مع العمق.من ناحية أخرى، عند اختبار الركيزة الأساسية SiHy بدون فيلم يشبه الفرشاة على السطح، يكون الحد الأقصى لعمق المسافة البادئة الذي تم تحقيقه بقوة 300 نيوتن متر أقل من 50 نانومتر، وتكون قيمة المعامل التي تم الحصول عليها من البيانات حوالي 400 كيلو باسكال والتي يمكن مقارنتها بقيم معامل يونج للمواد السائبة.
معامل التلامس الظاهري (kPa) مقابل عمق المسافة البادئة (nm) لركائز lehfilcon A CL وSiHy باستخدام طريقة AFM nanoindentation مع هندسة الكرة المخروطية لقياس المعامل.
يُظهر السطح العلوي لبنية فرشاة البوليمر المتفرعة ذات المحاكاة الحيوية الجديدة معامل مرونة منخفض للغاية (2-3 كيلو باسكال).سوف يتطابق هذا مع الطرف المعلق الحر لفرشاة البوليمر المتشعبة كما هو موضح في صورة STEM.في حين أن هناك بعض الأدلة على وجود تدرج في المعامل عند الحافة الخارجية للـ CL، فإن الركيزة ذات المعامل العالي الرئيسي هي الأكثر تأثيرًا.ومع ذلك، فإن أعلى 100 نانومتر من السطح يقع ضمن 20٪ من الطول الإجمالي لفرشاة البوليمر المتفرعة، لذلك فمن المعقول افتراض أن القيم المقاسة للمعامل في نطاق عمق المسافة البادئة دقيقة نسبيًا ولا تتطابق بشدة تعتمد على تأثير الكائن السفلي.
نظرًا للتصميم الحيوي الفريد للعدسات اللاصقة lehfilcon A، التي تتكون من هياكل فرشاة بوليمر PMPC متفرعة مطعمة على سطح ركائز SiHy، فمن الصعب جدًا توصيف الخواص الميكانيكية لهياكل سطحها بشكل موثوق باستخدام طرق القياس التقليدية.نقدم هنا طريقة متقدمة للتحسس النانوي AFM لتوصيف المواد فائقة النعومة بدقة مثل الليفيلكون A الذي يحتوي على نسبة عالية من الماء ومرونة عالية للغاية.تعتمد هذه الطريقة على استخدام مسبار AFM الذي يتم اختيار حجم طرفه وشكله الهندسي بعناية لتتناسب مع الأبعاد الهيكلية لميزات السطح فائقة النعومة المراد طباعتها.يوفر هذا المزيج من الأبعاد بين المسبار والهيكل حساسية متزايدة، مما يسمح لنا بقياس المعامل المنخفض والخصائص المرنة المتأصلة لعناصر فرشاة البوليمر المتفرعة، بغض النظر عن التأثيرات المسامية.أظهرت النتائج أن فرش البوليمر PMPC المتفرعة الفريدة المميزة لسطح العدسة لها معامل مرونة منخفض للغاية (يصل إلى 2 كيلو باسكال) ومرونة عالية جدًا (حوالي 100%) عند اختبارها في بيئة مائية.سمحت لنا نتائج AFM nanoindentation أيضًا بتوصيف معامل التلامس / تدرج العمق (30 كيلو باسكال / 200 نانومتر) لسطح العدسة المحاكاة الحيوية.قد يكون هذا التدرج بسبب اختلاف المعامل بين فرش البوليمر المتفرعة والركيزة SiHy، أو البنية/الكثافة المتفرعة لفرش البوليمر، أو مزيج منها.ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات المتعمقة لفهم العلاقة بين الهيكل والخصائص بشكل كامل، وخاصة تأثير تفرع الفرشاة على الخواص الميكانيكية.يمكن لقياسات مماثلة أن تساعد في تحديد الخواص الميكانيكية لسطح المواد والأجهزة الطبية الأخرى فائقة النعومة.
مجموعات البيانات التي تم إنشاؤها و/أو تحليلها خلال الدراسة الحالية متاحة من المؤلفين المعنيين بناء على طلب معقول.
Rahmati، M.، Silva، EA، Reseland، JE، Hayward، K. and Haugen، HJ التفاعلات البيولوجية على الخواص الفيزيائية والكيميائية لأسطح المواد الحيوية.المواد الكيميائية.مجتمع.إد.49، 5178–5224 (2020).
Chen، FM وLiu، X. تحسين المواد الحيوية المشتقة من الإنسان لهندسة الأنسجة.برمجة.البوليمر.العلم.53، 86 (2016).
سادلر، K. وآخرون.التصميم والتنفيذ السريري والاستجابة المناعية للمواد الحيوية في الطب التجديدي.القس مات الوطني 1، 16040 (2016).
Oliver WK و Farr GM طريقة محسنة لتحديد الصلابة ومعامل المرونة باستخدام تجارب المسافة البادئة مع قياسات الحمل والإزاحة.جي ألما ماتر.خزان.7، 1564-1583 (2011).
Wally، SM الأصول التاريخية لاختبار صلابة المسافة البادئة.ألما ماتر.العلم.التقنيات.28، 1028-1044 (2012).
برويتمان، إي. قياسات صلابة المسافة البادئة على المستوى الكلي والجزئي والنانوي: مراجعة نقدية.قبيلة.رايت.65، 1-18 (2017).
تؤدي أخطاء الكشف عن السطح من Kaufman وJD وClapperich وSM إلى المبالغة في تقدير المعامل في التحسس النانوي للمواد اللينة.جي ميكا.سلوك.علم الطب الحيوي.ألما ماتر.2، 312-317 (2009).
كريم زاده أ.، كولور إس إس آر، آية الله م.ر.، بشروا آر، ويحيى م.يو.تقييم طريقة التحسس النانوي لتحديد الخصائص الميكانيكية للمركبات النانوية غير المتجانسة باستخدام الطرق التجريبية والحسابية.العلم.دار 9، 15763 (2019).
Liu، K.، VanLendingham، MR، and Owart، TS التوصيف الميكانيكي للمواد الهلامية اللزجة الناعمة عن طريق المسافة البادئة وتحليل العناصر المحدودة العكسية القائمة على التحسين.جي ميكا.سلوك.علم الطب الحيوي.ألما ماتر.2، 355-363 (2009).
Andrews JW، Bowen J وChaneler D. تحسين تحديد اللزوجة المرنة باستخدام أنظمة قياس متوافقة.المادة الناعمة 9، 5581-5593 (2013).
Briscoe، BJ، Fiori، L. and Pellillo، E. Nanoindentation للأسطح البوليمرية.ي. الفيزياء.د- التقدم بطلب للحصول على الفيزياء.31، 2395 (1998).
Miyailovich AS، Tsin B.، Fortunato D. and Van Vliet KJ توصيف الخواص الميكانيكية اللزجة للبوليمرات عالية المرونة والأنسجة البيولوجية باستخدام المسافة البادئة للصدمة.مجلة المواد الحيوية.71، 388-397 (2018).
Perepelkin NV، Kovalev AE، Gorb SN، Borodich FM تقييم المعامل المرن وأعمال التصاق المواد اللينة باستخدام طريقة Borodich-Galanov (BG) الموسعة والمسافة البادئة العميقة.الفراء.ألما ماتر.129، 198-213 (2019).
شي، X. وآخرون.مورفولوجيا النانو والخواص الميكانيكية للأسطح البوليمرية المحاكاة الحيوية للعدسات اللاصقة السيليكون هيدروجيل.لانجموير 37، 13961-13967 (2021).