از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.شما از یک نسخه مرورگر با پشتیبانی محدود CSS استفاده می کنید.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).علاوه بر این، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت نشان می‌دهیم.
چرخ فلکی از سه اسلاید را همزمان نمایش می دهد.از دکمه های قبلی و بعدی برای حرکت در سه اسلاید در یک زمان استفاده کنید یا از دکمه های لغزنده در پایان برای حرکت در سه اسلاید در یک زمان استفاده کنید.
با توسعه مواد فوق‌العاده نرم جدید برای دستگاه‌های پزشکی و کاربردهای زیست‌پزشکی، توصیف جامع خواص فیزیکی و مکانیکی آنها مهم و چالش‌برانگیز است.یک تکنیک نانو فرورفتگی میکروسکوپ نیروی اتمی اصلاح‌شده (AFM) برای مشخص کردن مدول سطح بسیار پایین لنز تماسی هیدروژل سیلیکون بیومیمتیک جدید lehfilcon A که با لایه‌ای از ساختارهای برس پلیمری شاخه‌دار پوشیده شده است، استفاده شد.این روش امکان تعیین دقیق نقاط تماس را بدون تأثیرات اکستروژن ویسکوز هنگام نزدیک شدن به پلیمرهای شاخه دار فراهم می کند.علاوه بر این، تعیین ویژگی های مکانیکی عناصر تک تک برس را بدون تأثیر خاصیت ارتجاعی متخلخل ممکن می سازد.این امر با انتخاب یک پروب AFM با طراحی (اندازه نوک، هندسه و نرخ فنر) که مخصوصاً برای اندازه‌گیری خواص مواد نرم و نمونه‌های بیولوژیکی مناسب است، به دست می‌آید.این روش حساسیت و دقت را برای اندازه گیری دقیق ماده بسیار نرم lehfilcon A بهبود می بخشد که دارای مدول الاستیسیته بسیار کم در سطح (تا 2 کیلو پاسکال) و الاستیسیته بسیار بالا در محیط آبی داخلی (تقریباً 100%) است. .نتایج مطالعه سطح نه تنها خواص سطح فوق العاده نرم عدسی lehfilcon A را نشان داد، بلکه نشان داد که مدول برس های پلیمری شاخه دار با بستر سیلیکون-هیدروژن قابل مقایسه است.این تکنیک توصیف سطح را می توان برای سایر مواد فوق نرم و دستگاه های پزشکی اعمال کرد.
خواص مکانیکی مواد طراحی شده برای تماس مستقیم با بافت زنده اغلب توسط محیط زیستی تعیین می شود.تطابق کامل این خواص مواد به دستیابی به ویژگی های بالینی مورد نظر مواد بدون ایجاد پاسخ های نامطلوب سلولی کمک می کند.برای مواد همگن حجیم، به دلیل در دسترس بودن روش‌های استاندارد و روش‌های آزمایش (به عنوان مثال، microindentation4،5،6)، تعیین خصوصیات مکانیکی نسبتاً آسان است.با این حال، برای مواد فوق‌العاده نرم مانند ژل‌ها، هیدروژل‌ها، بیوپلیمرها، سلول‌های زنده و غیره، این روش‌های آزمایش به دلیل محدودیت‌های وضوح اندازه‌گیری و ناهمگن بودن برخی مواد، عموماً قابل استفاده نیستند.در طول سال‌ها، روش‌های تورفتگی سنتی برای مشخص کردن طیف وسیعی از مواد نرم اصلاح و اقتباس شده‌اند، اما بسیاری از روش‌ها هنوز از کاستی‌های جدی رنج می‌برند که استفاده از آنها را محدود می‌کند.فقدان روش های تست تخصصی که بتواند به طور دقیق و قابل اطمینان خواص مکانیکی مواد فوق نرم و لایه های سطحی را مشخص کند، استفاده از آنها را در کاربردهای مختلف به شدت محدود می کند.
در کار قبلی خود، لنز تماسی lehfilcon A (CL) را معرفی کردیم، یک ماده ناهمگن نرم با تمام ویژگی‌های سطح فوق‌العاده نرم برگرفته از طرح‌های بالقوه بیومیمتیک الهام‌گرفته از سطح قرنیه چشم.این ماده زیستی با پیوند یک لایه پلیمری شاخه‌دار و متقاطع از پلی (2-متاکریلوئیلوکسی اتیل فسفریل کولین (MPC)) (PMPC) روی یک هیدروژل سیلیکونی (SiHy) 15 که برای دستگاه‌های پزشکی بر اساس آن طراحی شده است، ایجاد شد.این فرآیند پیوند لایه ای را بر روی سطح ایجاد می کند که از یک ساختار برس پلیمری شاخه دار بسیار نرم و بسیار الاستیک تشکیل شده است.کار قبلی ما تأیید کرده است که ساختار بیومیمتیک lehfilcon A CL ویژگی‌های سطحی برتری مانند بهبود خیس شدن و جلوگیری از رسوب، افزایش روان‌کاری و کاهش چسبندگی سلولی و باکتریایی را ارائه می‌کند.علاوه بر این، استفاده و توسعه این ماده بیومیمتیک همچنین گسترش بیشتر به سایر دستگاه های زیست پزشکی را پیشنهاد می کند.بنابراین، توصیف خواص سطحی این ماده فوق‌العاده نرم و درک تعامل مکانیکی آن با چشم به منظور ایجاد یک پایگاه دانش جامع برای پشتیبانی از پیشرفت‌ها و برنامه‌های آتی بسیار مهم است.بیشتر لنزهای تماسی SiHy که به صورت تجاری در دسترس هستند از مخلوطی همگن از پلیمرهای آبدوست و آبگریز تشکیل شده اند که ساختار ماده یکنواختی را تشکیل می دهند.مطالعات متعددی برای بررسی خواص مکانیکی آن‌ها با استفاده از روش‌های سنتی فشرده‌سازی، کششی و ریز فرورفتگی انجام شده است18،19،20،21.با این حال، طراحی بیومیمتیک جدید lehfilcon A CL آن را به یک ماده ناهمگن منحصر به فرد تبدیل می کند که در آن خواص مکانیکی ساختارهای برس پلیمری شاخه دار به طور قابل توجهی با زیرلایه پایه SiHy متفاوت است.بنابراین، تعیین کمیت دقیق این ویژگی ها با استفاده از روش های معمولی و تورفتگی بسیار دشوار است.یک روش امیدوارکننده از روش تست نانو فرورفتگی در میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) استفاده می‌کند، روشی که برای تعیین خواص مکانیکی مواد ویسکوالاستیک نرم مانند سلول‌ها و بافت‌های بیولوژیکی و همچنین پلیمرهای نرم استفاده شده است. .,26,27,28,29,30.در نانو فرورفتگی AFM، اصول اولیه تست نانو فرورفتگی با آخرین پیشرفت‌ها در فناوری AFM ترکیب می‌شود تا حساسیت اندازه‌گیری و آزمایش طیف گسترده‌ای از مواد ذاتاً فوق نرم را فراهم کند.علاوه بر این، این فناوری مزایای مهم دیگری را با استفاده از هندسه های مختلف ارائه می دهد.فرورفتگی و پروب و امکان تست در محیط های مایع مختلف.
نانو فرورفتگی AFM را می توان به طور مشروط به سه جزء اصلی تقسیم کرد: (1) تجهیزات (حسگرها، آشکارسازها، کاوشگرها و غیره).(2) پارامترهای اندازه گیری (مانند نیرو، جابجایی، سرعت، اندازه سطح شیب دار و غیره)؛(3) پردازش داده ها (اصلاح خط پایه، تخمین نقطه تماس، برازش داده ها، مدل سازی و غیره).یک مشکل مهم با این روش این است که چندین مطالعه در ادبیات با استفاده از نانو فرورفتگی AFM، نتایج کمی بسیار متفاوتی را برای یک نوع نمونه/سلول/مواد گزارش می‌کنند37،38،39،40،41.به عنوان مثال، Lekka و همکاران.تأثیر هندسه پروب AFM بر مدول یانگ اندازه‌گیری شده نمونه‌های هیدروژل همگن مکانیکی و سلول‌های ناهمگن مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفت.آنها گزارش می دهند که مقادیر مدول به شدت به انتخاب کنسول و شکل نوک بستگی دارد، با بالاترین مقدار برای یک کاوشگر هرمی شکل و کمترین مقدار 42 برای یک کاوشگر کروی.به طور مشابه، سلهوبر-آنکل و همکاران.نشان داده شده است که چگونه سرعت فرورفتگی، اندازه فرورفتگی و ضخامت نمونه های پلی آکریل آمید (PAAM) بر مدول یانگ اندازه گیری شده توسط نانو فرورفتگی ACM43 تأثیر می گذارد.یکی دیگر از عوامل پیچیده فقدان مواد تست استاندارد با مدول بسیار کم و روش های آزمایش رایگان است.این امر دستیابی به نتایج دقیق با اطمینان را بسیار دشوار می کند.با این حال، این روش برای اندازه‌گیری‌های نسبی و ارزیابی‌های مقایسه‌ای بین انواع نمونه‌های مشابه بسیار مفید است، به‌عنوان مثال با استفاده از نانو فرورفتگی AFM برای تشخیص سلول‌های طبیعی از سلول‌های سرطانی ۴۴، ۴۵.
هنگام آزمایش مواد نرم با نانو فرورفتگی AFM، یک قانون کلی این است که از یک پروب با ثابت فنر کم (k) استفاده کنید که کاملاً با مدول نمونه و یک نوک نیمکره/گرد مطابقت داشته باشد تا اولین کاوشگر سطوح نمونه را سوراخ نکند. اولین تماس با مواد نرمهمچنین مهم است که سیگنال انحراف تولید شده توسط کاوشگر به اندازه کافی قوی باشد که توسط سیستم آشکارساز لیزری شناسایی شود24،34،46،47.در مورد سلول‌ها، بافت‌ها و ژل‌های ناهمگن فوق‌العاده نرم، چالش دیگر غلبه بر نیروی چسب بین پروب و سطح نمونه برای اطمینان از اندازه‌گیری‌های تکرارپذیر و قابل اعتماد است.تا همین اواخر، بیشتر کارها بر روی نانو فرورفتگی AFM بر روی مطالعه رفتار مکانیکی سلول‌های بیولوژیکی، بافت‌ها، ژل‌ها، هیدروژل‌ها و مولکول‌های زیستی با استفاده از پروب‌های کروی نسبتاً بزرگ که معمولاً به عنوان پروب‌های کلوئیدی (CPs) شناخته می‌شوند، متمرکز بود.، 47، 51، 52، 53، 54، 55. این نوک ها شعاع 1 تا 50 میکرومتر دارند و معمولاً از شیشه بوروسیلیکات، پلی متیل متاکریلات (PMMA)، پلی استایرن (PS)، دی اکسید سیلیکون (SiO2) و الماس ساخته می شوند. مانند کربن (DLC).اگرچه نانو فرورفتگی CP-AFM اغلب اولین انتخاب برای مشخصه‌های نمونه نرم است، اما مشکلات و محدودیت‌های خاص خود را دارد.استفاده از نوک‌های کروی بزرگ به اندازه میکرون، سطح تماس کل نوک با نمونه را افزایش می‌دهد و منجر به کاهش قابل توجه وضوح فضایی می‌شود.برای نمونه های نرم و ناهمگن، که در آن خواص مکانیکی عناصر محلی ممکن است به طور قابل توجهی با میانگین در یک منطقه وسیع تر متفاوت باشد، تورفتگی CP می تواند هر گونه ناهمگنی در خواص را در مقیاس محلی پنهان کند.پروب های کلوئیدی معمولاً با اتصال کره های کلوئیدی به اندازه میکرون به کنسول های بدون نوک با استفاده از چسب های اپوکسی ساخته می شوند.فرآیند تولید خود مملو از مشکلات زیادی است و می تواند منجر به ناهماهنگی در فرآیند کالیبراسیون پروب شود.علاوه بر این، اندازه و جرم ذرات کلوئیدی به طور مستقیم بر پارامترهای کالیبراسیون اصلی کنسول مانند فرکانس تشدید، سفتی فنر و حساسیت انحراف تأثیر می‌گذارد.بنابراین، روش‌های رایج مورد استفاده برای پروب‌های AFM معمولی، مانند کالیبراسیون دما، ممکن است کالیبراسیون دقیقی برای CP ارائه نکنند، و روش‌های دیگری ممکن است برای انجام این اصلاحات مورد نیاز باشد. خواص نمونه‌های نرم را مطالعه کنید، که در هنگام کالیبره کردن رفتار غیر خطی کنسول در انحرافات نسبتاً بزرگ، مشکل دیگری ایجاد می‌کند.روش‌های فرورفتگی پروب کلوئیدی مدرن معمولاً هندسه کنسول مورد استفاده برای کالیبره کردن کاوشگر را در نظر می‌گیرند، اما تأثیر ذرات کلوئیدی را نادیده می‌گیرند، که عدم اطمینان بیشتری در دقت روش ایجاد می‌کند.به طور مشابه، مدول های الاستیک محاسبه شده توسط برازش مدل تماس مستقیماً به هندسه کاوشگر فرورفتگی وابسته هستند و عدم تطابق بین ویژگی های نوک و سطح نمونه می تواند منجر به عدم دقت شود.عواملی که باید هنگام مشخص کردن برس های پلیمری نرم با استفاده از روش نانو دندانه زنی CP-AFM در نظر گرفته شوند برجسته شده اند.آنها گزارش کردند که حفظ یک سیال چسبناک در برس های پلیمری به عنوان تابعی از سرعت منجر به افزایش بارگذاری سر و در نتیجه اندازه گیری های مختلف خواص وابسته به سرعت می شود30،69،70،71.
در این مطالعه، ما مدول سطح ماده بسیار نرم و بسیار الاستیک lehfilcon A CL را با استفاده از روش نانو دندانه‌سازی اصلاح‌شده AFM مشخص کردیم.با توجه به خواص و ساختار جدید این ماده، محدوده حساسیت روش دندانه‌زنی سنتی به وضوح برای مشخص کردن مدول این ماده بسیار نرم کافی نیست، بنابراین لازم است از روش نانو فرورفتگی AFM با حساسیت بالاتر و حساسیت کمتر استفاده شود.مرحله.پس از بررسی کاستی‌ها و مشکلات تکنیک‌های نانو فرورفتگی پروب کلوئیدی AFM، نشان می‌دهیم که چرا یک کاوشگر AFM کوچک‌تر با طراحی سفارشی را برای حذف حساسیت، نویز پس‌زمینه، نقطه تماس، اندازه‌گیری مدول سرعت مواد ناهمگن نرم مانند احتباس سیال انتخاب کردیم. وابستگیو کمی سازی دقیقعلاوه بر این، ما توانستیم شکل و ابعاد نوک فرورفتگی را با دقت اندازه گیری کنیم و به ما امکان می دهد از مدل مناسب مخروطی-کره برای تعیین مدول الاستیسیته بدون ارزیابی سطح تماس نوک با مواد استفاده کنیم.دو فرض ضمنی که در این کار اندازه‌گیری می‌شوند، خواص کاملاً الاستیک مواد و مدول مستقل از عمق فرورفتگی هستند.با استفاده از این روش، ابتدا استانداردهای فوق نرم را با مدول شناخته شده برای تعیین کمیت روش آزمایش کردیم و سپس از این روش برای مشخص کردن سطوح دو ماده مختلف لنز تماسی استفاده کردیم.انتظار می‌رود این روش توصیف سطوح نانو دندانه‌ای AFM با حساسیت افزایش یافته برای طیف وسیعی از مواد اولتراسفت ناهمگن بیومیمتیک با کاربرد بالقوه در دستگاه‌های پزشکی و کاربردهای زیست پزشکی قابل استفاده باشد.
لنزهای تماسی Lehfilcon A (Alcon، فورت ورث، تگزاس، ایالات متحده آمریکا) و بسترهای هیدروژل سیلیکونی آنها برای آزمایش‌های نانو دندانه‌سازی انتخاب شدند.در این آزمایش از یک پایه لنز طراحی شده ویژه استفاده شد.برای نصب لنز برای آزمایش، آن را با دقت روی پایه گنبدی شکل قرار داده و مطمئن شوید که هیچ حباب هوا به داخل آن وارد نشود و سپس با لبه ها ثابت شود.یک سوراخ در فیکسچر در بالای نگهدارنده لنز، دسترسی به مرکز نوری لنز را برای آزمایش‌های نانو فرورفتگی در حالی که مایع را در جای خود نگه می‌دارد، فراهم می‌کند.این باعث می شود لنزها به طور کامل هیدراته شوند.500 میکرولیتر از محلول بسته بندی لنز تماسی به عنوان محلول آزمایشی استفاده شد.برای تأیید نتایج کمی، هیدروژل‌های پلی آکریل آمید غیرفعال تجاری (PAAM) موجود در بازار از یک ترکیب پلی آکریل آمید-کو-متیلن-بیساکریل آمید (ظروف پتری سافت 100 میلی متری، ماتریجن، ایروین، کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا)، یک مدول الاستیک شناخته شده 1 تهیه شدند. کیلو پاسکالاز 4-5 قطره (تقریباً 125 میکرولیتر) نمک بافر فسفات (PBS از Corning Life Sciences، Tewkesbury، MA، ایالات متحده) و 1 قطره محلول لنز تماسی Puremoist OPTI-FREE (Alcon، Vaud، TX، ایالات متحده آمریکا) استفاده کنید.) در رابط AFM hydrogel-probe.
نمونه‌های زیرلایه‌های Lehfilcon A CL و SiHy با استفاده از یک سیستم میکروسکوپ الکترونی روبشی انتشار میدانی FEI Quanta 250 (FEG SEM) مجهز به آشکارساز میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی (STEM) مشاهده شدند.برای تهیه نمونه ها ابتدا عدسی ها را با آب شسته و به شکل دایره ای برش دادند.برای دستیابی به کنتراست دیفرانسیل بین اجزای آب دوست و آبگریز نمونه ها، از محلول تثبیت شده 0.10 درصد RuO4 به عنوان رنگ استفاده شد که نمونه ها به مدت 30 دقیقه در آن غوطه ور شدند.رنگ‌آمیزی lehfilcon A CL RuO4 نه تنها برای دستیابی به کنتراست دیفرانسیل بهبود یافته مهم است، بلکه به حفظ ساختار برس‌های پلیمری شاخه‌دار به شکل اصلی‌شان کمک می‌کند، که سپس در تصاویر STEM قابل مشاهده هستند.سپس آنها در یک سری مخلوط اتانول/آب با افزایش غلظت اتانول شسته و آبگیری شدند.سپس نمونه‌ها با اپوکسی EMBed 812/Araldite ریخته‌گری شدند که یک شبه در دمای 70 درجه سانتی‌گراد پخت شدند.بلوک‌های نمونه به‌دست‌آمده از پلیمریزاسیون رزین با یک اولترامیکروتوم بریده شدند و بخش‌های نازک حاصل با آشکارساز STEM در حالت خلاء کم با ولتاژ شتاب‌دهنده 30 کیلوولت مشاهده شدند.از همان سیستم SEM برای توصیف دقیق کاوشگر AFM PFQNM-LC-A-CAL (Bruker Nano، سانتا باربارا، کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا) استفاده شد.تصاویر SEM از پروب AFM در حالت خلاء معمولی با ولتاژ شتاب دهنده 30 کیلو ولت به دست آمد.برای ثبت تمام جزئیات شکل و اندازه نوک کاوشگر AFM، تصاویر را در زوایای مختلف و بزرگنمایی دریافت کنید.تمام ابعاد نوک مورد علاقه در تصاویر به صورت دیجیتالی اندازه گیری شد.
میکروسکوپ نیروی اتمی Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano، سانتا باربارا، کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا) با حالت "PeakForce QNM in Fluid" برای تجسم و نانودندانه کردن lehfilcon A CL، بستر SiHy و نمونه های هیدروژل PAAm استفاده شد.برای آزمایش های تصویربرداری، یک پروب PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) با شعاع نوک اسمی 1 نانومتر برای گرفتن تصاویر با وضوح بالا از نمونه با سرعت اسکن 0.50 هرتز استفاده شد.تمام تصاویر در محلول آبی گرفته شد.
آزمایش‌های نانو تورفتگی AFM با استفاده از پروب PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) انجام شد.کاوشگر AFM دارای نوک سیلیکونی روی یک کنسول نیترید به ضخامت 345 نانومتر، طول 54 میکرومتر و عرض 4.5 میکرومتر با فرکانس تشدید 45 کیلوهرتز است.این به طور خاص برای توصیف و انجام اندازه‌گیری‌های کمی نانومکانیکی بر روی نمونه‌های بیولوژیکی نرم طراحی شده است.سنسورها به صورت جداگانه در کارخانه با تنظیمات فنر از پیش کالیبره شده کالیبره می شوند.ثابت فنر پروب های مورد استفاده در این مطالعه در محدوده 0.05-0.1 N/m بود.برای تعیین دقیق شکل و اندازه نوک، کاوشگر با استفاده از SEM با جزئیات مشخص شد.روی انجیرشکل 1a یک میکروگراف الکترونی روبشی با قدرت تفکیک بالا و با بزرگنمایی کم از پروب PFQNM-LC-A-CAL را نشان می دهد که نمای کلی از طراحی کاوشگر را ارائه می دهد.روی انجیر1b نمای بزرگ شده ای از بالای نوک پروب را نشان می دهد که اطلاعاتی در مورد شکل و اندازه نوک ارائه می دهد.در انتهای انتهایی، سوزن نیمکره ای به قطر حدود 140 نانومتر است (شکل 1c).در زیر آن، نوک به شکل مخروطی مخروطی می شود و به طول اندازه گیری شده تقریباً 500 نانومتر می رسد.در خارج از ناحیه مخروطی، نوک استوانه ای است و به طول کل نوک 1.18 میکرومتر ختم می شود.این بخش عملکردی اصلی نوک پروب است.علاوه بر این، یک پروب بزرگ کروی پلی استایرن (PS) (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, USA) با قطر نوک 45 میکرومتر و ثابت فنر 2 N/m نیز برای آزمایش به عنوان یک کاوشگر کلوئیدی استفاده شد.با پروب 140 نانومتری PFQNM-LC-A-CAL برای مقایسه.
گزارش شده است که مایع می تواند بین کاوشگر AFM و ساختار برس پلیمری در حین تورفتگی نانو به دام بیفتد، که قبل از اینکه واقعاً سطح را لمس کند، نیروی رو به بالا بر روی کاوشگر AFM اعمال می کند.این اثر اکستروژن چسبناک به دلیل احتباس سیال می تواند نقطه تماس ظاهری را تغییر دهد و در نتیجه بر اندازه گیری مدول سطح تأثیر بگذارد.برای مطالعه اثر هندسه پروب و سرعت فرورفتگی بر احتباس سیال، منحنی‌های نیروی فرورفتگی برای نمونه‌های lehfilcon A CL با استفاده از یک پروب با قطر 140 نانومتر در نرخ‌های جابجایی ثابت 1 میکرومتر بر ثانیه و 2 میکرومتر بر ثانیه ترسیم شد.قطر پروب 45 میکرومتر، تنظیم نیروی ثابت 6 nN با سرعت 1 میکرومتر بر ثانیه به دست آمد.آزمایش‌ها با کاوشگر با قطر 140 نانومتر با سرعت فرورفتگی 1 میکرومتر بر ثانیه و نیروی تنظیم شده 300 pN انجام شد که برای ایجاد فشار تماس در محدوده فیزیولوژیکی (1-8 کیلو پاسکال) پلک فوقانی انتخاب شد.فشار 72. نمونه های آماده نرم هیدروژل PAA با فشار 1 کیلو پاسکال برای نیروی فرورفتگی 50 pN با سرعت 1 میکرومتر بر ثانیه با استفاده از پروب با قطر 140 نانومتر مورد آزمایش قرار گرفتند.
از آنجایی که طول قسمت مخروطی نوک کاوشگر PFQNM-LC-A-CAL تقریباً 500 نانومتر است، برای هر عمق فرورفتگی کمتر از 500 نانومتر، می‌توان با خیال راحت فرض کرد که هندسه کاوشگر در طول فرورفتگی مطابق با آن باقی می‌ماند. شکل مخروطیعلاوه بر این، فرض بر این است که سطح ماده مورد آزمایش یک پاسخ الاستیک برگشت پذیر نشان می دهد که در بخش های بعدی نیز تایید خواهد شد.بنابراین، بسته به شکل و اندازه نوک، مدل برازش مخروطی-کره ای را که توسط Briscoe، Sebastian و Adams در نرم افزار فروشنده موجود است، برای پردازش آزمایش های نانو تورفتگی AFM (NanoScope) انتخاب کردیم.نرم افزار تجزیه و تحلیل داده های جداسازی، Bruker) 73. مدل رابطه نیرو-جابجایی F(δ) را برای مخروطی با نقص راس کروی توصیف می کند.روی انجیرشکل 2 هندسه تماس را در طول برهمکنش یک مخروط صلب با یک نوک کروی نشان می دهد، که در آن R شعاع نوک کروی، a شعاع تماس، b شعاع تماس در انتهای نوک کروی، δ است. شعاع تماسعمق فرورفتگی، θ نصف زاویه مخروط است.تصویر SEM این کاوشگر به وضوح نشان می دهد که نوک کروی با قطر 140 نانومتر به صورت مماس در یک مخروط ادغام می شود، بنابراین در اینجا b فقط از طریق R تعریف می شود، یعنی b = R cos θ.نرم افزار ارائه شده توسط فروشنده، یک رابطه مخروط-کره ای را برای محاسبه مقادیر مدول یانگ (E) از داده های جداسازی نیرو با فرض a>b فراهم می کند.ارتباط:
که در آن F نیروی فرورفتگی، E مدول یانگ، ν نسبت پواسون است.شعاع تماس a را می توان با استفاده از:
طرح هندسه تماس یک مخروط سفت و سخت با یک نوک کروی فشرده به مواد لنز تماسی Lefilcon با یک لایه سطحی از برس های پلیمری شاخه دار.
اگر a ≤ b باشد، این رابطه به معادله یک دندانه دار کروی معمولی کاهش می یابد.
ما معتقدیم که برهمکنش پروب فرورفتگی با ساختار شاخه‌دار برس پلیمری PMPC باعث می‌شود که شعاع تماس a بیشتر از شعاع تماس کروی b باشد.بنابراین، برای تمام اندازه‌گیری‌های کمی مدول الاستیک انجام‌شده در این مطالعه، از وابستگی به‌دست‌آمده برای مورد a > b استفاده کردیم.
مواد بیومیمتیک فوق نرم مورد مطالعه در این مطالعه به طور جامع با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی (STEM) از سطح مقطع نمونه و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) سطح تصویربرداری شدند.این خصوصیات سطحی دقیق به عنوان بسط کار منتشر شده قبلی ما انجام شد، که در آن ما تعیین کردیم که ساختار برس پلیمری شاخه‌دار پویا سطح lehfilcon A CL اصلاح‌شده با PMPC، خواص مکانیکی مشابهی با بافت قرنیه بومی نشان می‌دهد.به همین دلیل از سطوح لنز تماسی به عنوان مواد بیومیمتیک یاد می کنیم.روی انجیر3a,b بخش‌های ساختارهای برس پلیمری PMPC شاخه‌دار را به ترتیب روی سطح یک بستر lehfilcon A CL و یک بستر SiHy تصفیه نشده نشان می‌دهد.سطوح هر دو نمونه با استفاده از تصاویر AFM با وضوح بالا مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت که نتایج تجزیه و تحلیل STEM را بیشتر تایید کرد (شکل 3c، d).در مجموع، این تصاویر طول تقریبی ساختار برس پلیمری شاخه‌دار PMPC را در 300-400 نانومتر نشان می‌دهند که برای تفسیر اندازه‌گیری‌های نانو فرورفتگی AFM بسیار مهم است.مشاهدات کلیدی دیگری که از تصاویر به دست آمده این است که ساختار سطح کلی مواد بیومیمتیک CL از نظر مورفولوژیکی با مواد بستر SiHy متفاوت است.این تفاوت در مورفولوژی سطح آنها می تواند در طول تعامل مکانیکی آنها با کاوشگر AFM فرورفته و متعاقباً در مقادیر مدول اندازه گیری شده آشکار شود.
تصاویر STEM مقطعی (الف) lehfilcon A CL و (ب) بستر SiHy.نوار مقیاس، 500 نانومتر.تصاویر AFM از سطح زیرلایه lehfilcon A CL (c) و بستر پایه SiHy (d) (3 میکرومتر × 3 میکرومتر).
پلیمرهای الهام گرفته شده از زیست و ساختارهای برس پلیمری ذاتاً نرم هستند و به طور گسترده در کاربردهای مختلف زیست پزشکی مورد مطالعه و استفاده قرار گرفته اند.بنابراین، استفاده از روش نانو فرورفتگی AFM که می تواند به طور دقیق و قابل اعتماد خواص مکانیکی آنها را اندازه گیری کند، مهم است.اما در عین حال، خواص منحصر به فرد این مواد فوق نرم، مانند مدول الاستیک بسیار کم، محتوای مایع بالا و خاصیت ارتجاعی بالا، اغلب انتخاب مواد، شکل و شکل مناسب کاوشگر فرورفتگی را دشوار می کند.اندازه.این مهم است تا فرورفتگی سطح نرم نمونه را سوراخ نکند که منجر به خطا در تعیین نقطه تماس با سطح و منطقه تماس می شود.
برای این منظور، درک جامع مورفولوژی مواد بیومیمتیک فوق العاده نرم (lehfilcon A CL) ضروری است.اطلاعات مربوط به اندازه و ساختار برس‌های پلیمری شاخه‌دار به‌دست‌آمده با استفاده از روش تصویربرداری، مبنایی برای توصیف مکانیکی سطح با استفاده از تکنیک‌های نانو فرورفتگی AFM فراهم می‌کند.به جای کاوشگرهای کلوئیدی کروی در اندازه میکرون، ما پروب نیترید سیلیکونی PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) با قطر نوک 140 نانومتر را انتخاب کردیم که مخصوص نقشه برداری کمی از خواص مکانیکی نمونه های بیولوژیکی 78، 79، 80 است. ، 81، 82، 83، 84 منطق استفاده از کاوشگرهای نسبتاً تیز در مقایسه با کاوشگرهای کلوئیدی معمولی را می توان با ویژگی های ساختاری ماده توضیح داد.با مقایسه اندازه نوک پروب (~ 140 نانومتر) با برس های پلیمری منشعب روی سطح CL lehfilcon A، نشان داده شده در شکل 3a، می توان نتیجه گرفت که نوک به اندازه کافی بزرگ است که بتواند مستقیماً با این ساختارهای برس تماس پیدا کند. احتمال سوراخ شدن نوک از آنها را کاهش می دهد.برای نشان دادن این نکته، در شکل 4 یک تصویر STEM از lehfilcon A CL و نوک فرورفتگی پروب AFM (کشیده شده به مقیاس) است.
شماتیک تصویر STEM lehfilcon A CL و کاوشگر تورفتگی ACM را نشان می دهد (کشیده شده به مقیاس).
علاوه بر این، اندازه نوک 140 نانومتر به اندازه‌ای کوچک است که از خطر هر یک از اثرات اکستروژن چسبنده که قبلاً برای برس‌های پلیمری تولید شده با روش نانو تورفتگی CP-AFM گزارش شده بود، جلوگیری کند.ما فرض می کنیم که به دلیل شکل مخروطی-کروی خاص و اندازه نسبتاً کوچک این نوک AFM (شکل 1)، ماهیت منحنی نیرو ایجاد شده توسط نانو فرورفتگی lehfilcon A CL به سرعت فرورفتگی یا سرعت بارگذاری/تخلیه بستگی ندارد. .بنابراین، تحت تأثیر اثرات متخلخل قرار نمی گیرد.برای آزمایش این فرضیه، نمونه‌های lehfilcon A CL با حداکثر نیروی ثابت با استفاده از یک پروب PFQNM-LC-A-CAL، اما در دو سرعت مختلف فرورفته شدند و منحنی‌های نیروی کششی و پس‌کشی حاصل برای رسم نیرو (nN) استفاده شد. در جداسازی (μm) در شکل 5a نشان داده شده است.واضح است که منحنی‌های نیرو در حین بارگیری و تخلیه کاملاً همپوشانی دارند، و هیچ شواهد واضحی وجود ندارد که برش نیرو در عمق فرورفتگی صفر با سرعت فرورفتگی در شکل افزایش می‌یابد، که نشان می‌دهد که عناصر برس منفرد بدون اثر متخلخل مشخص می‌شوند.در مقابل، اثرات احتباس سیال (اثرات اکستروژن چسبناک و منفذ الاستیسیته) برای پروب AFM با قطر 45 میکرومتر در همان سرعت فرورفتگی مشهود است و با پسماند بین منحنی‌های کشش و جمع شدن مشخص می‌شود، همانطور که در شکل 5b نشان داده شده است.این نتایج از این فرضیه حمایت می کند و نشان می دهد که پروب های با قطر 140 نانومتر انتخاب خوبی برای مشخص کردن چنین سطوح نرمی هستند.
lehfilcon منحنی نیروی فرورفتگی CL با استفاده از ACM.(الف) استفاده از کاوشگر با قطر 140 نانومتر با دو نرخ بارگذاری، که نشان دهنده عدم وجود اثر متخلخل در طول فرورفتگی سطح است.ب) استفاده از پروب هایی با قطر 45 میکرومتر و 140 نانومتر.s اثرات اکستروژن ویسکوز و منافذ الاستیسیته را برای پروب های بزرگ در مقایسه با پروب های کوچکتر نشان می دهد.
برای مشخص کردن سطوح اولترا نرم، روش‌های نانو فرورفتگی AFM باید بهترین کاوشگر را برای مطالعه خواص مواد مورد مطالعه داشته باشند.علاوه بر شکل و اندازه نوک، حساسیت سیستم آشکارساز AFM، حساسیت به انحراف نوک در محیط آزمایش و سفتی کنسول نقش مهمی در تعیین دقت و قابلیت اطمینان نانو تورفتگی دارند.اندازه گیری هابرای سیستم AFM ما، حد تشخیص آشکارساز حساس به موقعیت (PSD) تقریباً 0.5 میلی ولت است و بر اساس نرخ فنر از پیش کالیبره شده و حساسیت انحراف سیال محاسبه‌شده پروب PFQNM-LC-A-CAL است که مطابق با حساسیت بار نظریکمتر از 0.1 pN است.بنابراین، این روش امکان اندازه‌گیری حداقل نیروی فرورفتگی ≤ 0.1 pN را بدون هیچ گونه نویز محیطی فراهم می‌کند.با این حال، تقریباً غیرممکن است که یک سیستم AFM به دلیل عواملی مانند لرزش مکانیکی و دینامیک سیال، نویز محیطی را تا این حد کاهش دهد.این عوامل حساسیت کلی روش نانو تورفتگی AFM را محدود می‌کند و همچنین منجر به سیگنال نویز پس‌زمینه تقریباً ≤ 10 pN می‌شود.برای توصیف سطح، نمونه‌های زیرلایه lehfilcon A CL و SiHy تحت شرایط کاملاً هیدراته با استفاده از یک پروب 140 نانومتری برای مشخصه‌یابی SEM فرورفته شدند و منحنی‌های نیروی حاصل بین نیرو (pN) و فشار قرار گرفتند.نمودار جداسازی (μm) در شکل 6a نشان داده شده است.در مقایسه با بستر پایه SiHy، منحنی نیروی lehfilcon A CL به وضوح یک فاز انتقالی را نشان می‌دهد که از نقطه تماس با برس پلیمری چنگال‌دار شروع می‌شود و با تغییر شدید در تماس نشانه‌گذاری شیب نوک با مواد زیرین پایان می‌یابد.این بخش انتقالی منحنی نیرو رفتار واقعاً الاستیک برس پلیمری شاخه‌دار را بر روی سطح برجسته می‌کند، همانطور که منحنی فشرده‌سازی که از نزدیک منحنی کشش را دنبال می‌کند و تضاد در خواص مکانیکی بین ساختار برس و مواد حجیم SiHy نشان می‌دهد.هنگام مقایسه lefilcon.جداسازی طول متوسط ​​یک برس پلیمری شاخه دار در تصویر STEM PCS (شکل 3a) و منحنی نیروی آن در امتداد آبسیسا در شکل 3a.6a نشان می دهد که این روش قادر به تشخیص نوک و پلیمر شاخه دار است که به بالای سطح می رسد.تماس بین ساختارهای قلم مو.علاوه بر این، همپوشانی نزدیک منحنی‌های نیرو نشان‌دهنده عدم اثر احتباس مایع است.در این حالت مطلقاً هیچ چسبندگی بین سوزن و سطح نمونه وجود ندارد.بالاترین بخش‌های منحنی نیرو برای دو نمونه با هم همپوشانی دارند و شباهت‌های خواص مکانیکی مواد زیرلایه را منعکس می‌کنند.
(الف) منحنی‌های نیروی نانو فرورفتگی AFM برای زیرلایه‌های lehfilcon A CL و بسترهای SiHy، (ب) منحنی‌های نیرو که تخمین نقطه تماس را با استفاده از روش آستانه نویز پس‌زمینه نشان می‌دهند.
به منظور مطالعه جزئیات دقیق منحنی نیرو، منحنی کشش نمونه lehfilcon A CL مجدداً در شکل 6b با حداکثر نیروی 50 pN در امتداد محور y رسم شده است.این نمودار اطلاعات مهمی در مورد نویز پس زمینه اصلی ارائه می دهد.نویز در محدوده ± 10 pN است که برای تعیین دقیق نقطه تماس و محاسبه عمق فرورفتگی استفاده می شود.همانطور که در ادبیات گزارش شده است، شناسایی نقاط تماس برای ارزیابی دقیق خواص مواد مانند مدول 85 حیاتی است.رویکردی که شامل پردازش خودکار داده‌های منحنی نیرو است، تناسب بهتری بین برازش داده‌ها و اندازه‌گیری‌های کمی برای مواد نرم نشان داده است.در این کار، انتخاب نقاط تماس ما نسبتاً ساده و عینی است، اما محدودیت هایی دارد.رویکرد محافظه کارانه ما برای تعیین نقطه تماس ممکن است به مقادیر مدول کمی بیش از حد تخمین زده شده برای عمق فرورفتگی کوچکتر (<100 نانومتر) منجر شود.استفاده از تشخیص نقطه لمسی مبتنی بر الگوریتم و پردازش خودکار داده ها می تواند ادامه این کار در آینده برای بهبود بیشتر روش ما باشد.بنابراین، برای نویز پس زمینه ذاتی در مرتبه ± 10 pN، ما نقطه تماس را به عنوان اولین نقطه داده در محور x در شکل 6b با مقدار ≥10 pN تعریف می کنیم.سپس، مطابق با آستانه نویز 10 pN، یک خط عمودی در سطح ~ 0.27 میکرومتر نقطه تماس با سطح را مشخص می کند، پس از آن منحنی کشش تا زمانی که بستر به عمق فرورفتگی ~270 نانومتر برسد ادامه می یابد.جالب توجه است، بر اساس اندازه ویژگی های برس پلیمری شاخه دار (300-400 نانومتر) اندازه گیری شده با استفاده از روش تصویربرداری، عمق فرورفتگی نمونه CL lehfilcon A مشاهده شده با استفاده از روش آستانه نویز پس زمینه حدود 270 نانومتر است که بسیار نزدیک به اندازه اندازه گیری با STEMاین نتایج بیشتر سازگاری و کاربرد شکل و اندازه نوک پروب AFM را برای فرورفتگی این ساختار برس پلیمری شاخه‌دار بسیار نرم و بسیار الاستیک تأیید می‌کند.این داده ها همچنین شواهد قوی برای حمایت از روش ما در استفاده از نویز پس زمینه به عنوان آستانه ای برای مشخص کردن نقاط تماس ارائه می دهد.بنابراین، هر گونه نتایج کمی به دست آمده از مدل سازی ریاضی و برازش منحنی نیرو باید نسبتا دقیق باشد.
اندازه‌گیری‌های کمی با روش‌های نانو فرورفتگی AFM کاملاً به مدل‌های ریاضی مورد استفاده برای انتخاب داده‌ها و تحلیل‌های بعدی وابسته است.بنابراین، مهم است که قبل از انتخاب یک مدل خاص، تمام عوامل مربوط به انتخاب فرورفتگی، خواص مواد و مکانیک برهمکنش آنها را در نظر بگیرید.در این مورد، هندسه نوک به دقت با استفاده از میکروگراف های SEM مشخص شد (شکل 1)، و بر اساس نتایج، کاوشگر نانو فرورفتگی AFM با قطر 140 نانومتر با مخروط سخت و هندسه نوک کروی انتخاب خوبی برای توصیف نمونه های lehfilcon A CL79 است. .عامل مهم دیگری که باید به دقت مورد ارزیابی قرار گیرد خاصیت ارتجاعی ماده پلیمری مورد آزمایش است.اگرچه داده‌های اولیه نانو فرورفتگی (شکل‌های 5a و 6a) به وضوح ویژگی‌های همپوشانی منحنی‌های کشش و فشار، یعنی بازیابی کامل الاستیک مواد را مشخص می‌کند، اما تأیید ماهیت کاملاً الاستیک کنتاکت‌ها بسیار مهم است. .برای این منظور، دو فرورفتگی متوالی در یک مکان روی سطح نمونه lehfilcon A CL با نرخ فرورفتگی 1 میکرومتر بر ثانیه در شرایط هیدراتاسیون کامل انجام شد.داده های منحنی نیرو به دست آمده در شکل نشان داده شده است.7 و همانطور که انتظار می‌رفت، منحنی‌های انبساط و فشرده‌سازی دو چاپ تقریباً یکسان هستند، که خاصیت ارتجاعی بالای ساختار برس پلیمری شاخه‌دار را نشان می‌دهد.
دو منحنی نیروی فرورفتگی در یک مکان روی سطح lehfilcon A CL نشان دهنده کشش ایده آل سطح لنز است.
بر اساس اطلاعات به‌دست‌آمده از تصاویر SEM و STEM از نوک پروب و سطح lehfilcon A CL، مدل مخروطی کره یک نمایش ریاضی منطقی از تعامل بین نوک پروب AFM و ماده پلیمری نرم در حال آزمایش است.علاوه بر این، برای این مدل مخروطی-کره، مفروضات اساسی در مورد خواص الاستیک ماده چاپ شده برای این ماده بیومیمتیک جدید صادق است و برای کمی کردن مدول الاستیک استفاده می شود.
پس از یک ارزیابی جامع از روش نانو فرورفتگی AFM و اجزای آن، از جمله خواص پروب فرورفتگی (شکل، اندازه و سفتی فنر)، حساسیت (صدای پس‌زمینه و تخمین نقطه تماس)، و مدل‌های برازش داده‌ها (اندازه‌گیری مدول کمی)، روش استفاده شده.نمونه های فوق نرم تجاری موجود را برای تأیید نتایج کمی مشخص کنید.یک هیدروژل پلی آکریل آمید تجاری (PAAM) با مدول الاستیک 1 کیلو پاسکال تحت شرایط هیدراته با استفاده از یک پروب 140 نانومتر مورد آزمایش قرار گرفت.جزئیات تست ماژول و محاسبات در اطلاعات تکمیلی ارائه شده است.نتایج نشان داد که میانگین مدول اندازه گیری شده 0.92 کیلو پاسکال و %RSD و درصد (%) انحراف از مدول شناخته شده کمتر از 10% بود.این نتایج دقت و تکرارپذیری روش نانو فرورفتگی AFM مورد استفاده در این کار را برای اندازه‌گیری مدول‌های مواد اولتراسفت تأیید می‌کند.سطوح نمونه‌های lehfilcon A CL و بستر پایه SiHy با استفاده از همان روش نانو تورفتگی AFM برای مطالعه مدول تماس ظاهری سطح اولتراسفت به عنوان تابعی از عمق فرورفتگی مشخص شدند.منحنی های جداسازی نیروی فرورفتگی برای سه نمونه از هر نوع (n = 3؛ یک فرورفتگی در هر نمونه) با نیروی 300 pN، سرعت 1 میکرومتر بر ثانیه و هیدراتاسیون کامل ایجاد شد.منحنی به اشتراک گذاری نیروی فرورفتگی با استفاده از مدل مخروطی-کره تقریبی شد.برای به دست آوردن مدول وابسته به عمق فرورفتگی، قسمتی به عرض 40 نانومتر از منحنی نیرو در هر افزایش 20 نانومتری با شروع از نقطه تماس تنظیم شد و مقادیر مدول در هر مرحله از منحنی نیرو اندازه‌گیری شد.اسپین سی و همکارانرویکرد مشابهی برای توصیف گرادیان مدول برس‌های پلیمری پلی (لوریل متاکریلات) (P12MA) با استفاده از نانو دندانه‌بندی پروب AFM کلوئیدی استفاده شده است، و آنها با داده‌های با استفاده از مدل تماس هرتز مطابقت دارند.این رویکرد نمودار مدول تماس ظاهری (kPa) در مقابل عمق فرورفتگی (nm) را ارائه می‌کند، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است، که مدول تماس ظاهری / گرادیان عمق را نشان می‌دهد.مدول الاستیک محاسبه شده نمونه CL lehfilcon A در محدوده 2-3 کیلو پاسکال در 100 نانومتر بالایی نمونه است، که فراتر از آن با عمق شروع به افزایش می‌کند.از سوی دیگر، هنگام آزمایش بستر پایه SiHy بدون لایه برس مانند بر روی سطح، حداکثر عمق فرورفتگی به دست آمده در نیروی 300 pN کمتر از 50 نانومتر است و مقدار مدول بدست آمده از داده ها حدود 400 کیلو پاسکال است. ، که با مقادیر مدول یانگ برای مواد فله قابل مقایسه است.
مدول تماس ظاهری (kPa) در مقابل عمق فرورفتگی (nm) برای زیرلایه‌های lehfilcon A CL و SiHy با استفاده از روش نانو فرورفتگی AFM با هندسه مخروط کره برای اندازه‌گیری مدول.
بالاترین سطح ساختار برس پلیمری شاخه‌دار بیومیمتیک جدید، مدول الاستیسیته بسیار کم (2 تا 3 کیلو پاسکال) را نشان می‌دهد.همانطور که در تصویر STEM نشان داده شده است، با انتهای آویزان آزاد برس پلیمری چنگالی مطابقت دارد.در حالی که شواهدی از یک گرادیان مدول در لبه بیرونی CL وجود دارد، بستر اصلی مدول بالا تاثیرگذارتر است.با این حال، 100 نانومتر بالای سطح در 20٪ از طول کل برس پلیمری منشعب است، بنابراین منطقی است فرض کنیم که مقادیر اندازه گیری شده مدول در این محدوده عمق فرورفتگی نسبتا دقیق هستند و به شدت نمی باشند. به تأثیر شی پایین بستگی دارد.
با توجه به طراحی بیومیمتیک منحصربفرد لنزهای تماسی lehfilcon A، متشکل از ساختارهای برس پلیمری شاخه‌دار PMPC که بر روی سطح زیرلایه‌های SiHy پیوند شده‌اند، توصیف قابل اعتماد خواص مکانیکی ساختارهای سطحی آنها با استفاده از روش‌های اندازه‌گیری سنتی بسیار دشوار است.در اینجا ما یک روش پیشرفته نانو فرورفتگی AFM را برای مشخص کردن دقیق مواد فوق‌العاده نرم مانند lefilcon A با محتوای آب بالا و کشش بسیار بالا ارائه می‌کنیم.این روش مبتنی بر استفاده از یک پروب AFM است که اندازه نوک و هندسه آن به دقت انتخاب شده است تا با ابعاد ساختاری ویژگی‌های سطح فوق‌العاده نرمی که قرار است حک شود، مطابقت داشته باشد.این ترکیب ابعاد بین پروب و ساختار حساسیت بیشتری را ایجاد می‌کند و به ما امکان می‌دهد مدول کم و خواص الاستیک ذاتی عناصر برس پلیمری شاخه‌دار را بدون توجه به اثرات متخلخل اندازه‌گیری کنیم.نتایج نشان داد که برس‌های پلیمری شاخه‌دار منحصربه‌فرد PMPC که مشخصه سطح لنز است، مدول الاستیک بسیار پایین (تا 2 کیلو پاسکال) و کشش بسیار بالا (نزدیک به 100٪) هنگام آزمایش در یک محیط آبی داشتند.نتایج نانو فرورفتگی AFM همچنین به ما این امکان را داد که مدول تماس ظاهری/ گرادیان عمق (30 کیلو پاسکال/200 نانومتر) سطح لنز بیومیمتیک را مشخص کنیم.این گرادیان ممکن است به دلیل تفاوت مدول بین برس های پلیمری شاخه دار و بستر SiHy، یا ساختار / چگالی شاخه برس های پلیمری یا ترکیبی از آنها باشد.با این حال، مطالعات عمیق بیشتری برای درک کامل رابطه بین ساختار و خواص، به ویژه تأثیر انشعاب برس بر خواص مکانیکی مورد نیاز است.اندازه گیری های مشابه می تواند به توصیف خواص مکانیکی سطح سایر مواد فوق نرم و دستگاه های پزشکی کمک کند.
مجموعه داده های تولید شده و/یا تجزیه و تحلیل شده در طول مطالعه جاری از نویسندگان مربوطه در صورت درخواست معقول در دسترس است.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. and Haugen, HJ واکنشهای بیولوژیکی به خواص فیزیکی و شیمیایی سطوح بیومواد.شیمیایی.جامعه.اد.49، 5178–5224 (2020).
Chen, FM and Liu, X. بهبود بیومواد مشتق شده از انسان برای مهندسی بافت.برنامه نويسي.پلیمرعلم.53، 86 (2016).
ساتلر، ک. و همکاران.طراحی، اجرای بالینی و پاسخ ایمنی بیومواد در پزشکی بازساختیNational Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK و Farr GM یک روش بهبود یافته برای تعیین سختی و مدول الاستیک با استفاده از آزمایش‌های فرورفتگی با اندازه‌گیری‌های بار و جابجایی.جی. آلما ماتر.مخزن ذخیره سازی.7، 1564-1583 (2011).
Wally, SM ریشه های تاریخی تست سختی دندانه.آلما مادرعلم.فن آوری ها28، 1028-1044 (2012).
بریتمن، E. اندازه‌گیری‌های سختی تورفتگی در مقیاس کلان، میکرو و نانو: بررسی انتقادی.قبیله.رایت65، 1-18 (2017).
خطاهای تشخیص سطح Kaufman، JD و Clapperich، SM منجر به تخمین بیش از حد مدول در نانو تورفتگی مواد نرم می شود.جی. مکا.رفتار - اخلاق.علم پزشکی.آلما مادر2, 312-317 (2009).
کریم زاده ع.، کلور SSR، آیت اللهی محمدرضا، بوشروع ع. و یحیی م.یو.ارزیابی روش نانو تورفتگی برای تعیین ویژگی‌های مکانیکی نانوکامپوزیت‌های ناهمگن با استفاده از روش‌های تجربی و محاسباتی.علم.House 9, 15763 (2019).
Liu، K.، VanLendingham، MR، و Owart، TS خصوصیات مکانیکی ژل‌های ویسکوالاستیک نرم با تحلیل المان محدود معکوس بر اساس فرورفتگی و بهینه‌سازی.جی. مکا.رفتار - اخلاق.علم پزشکی.آلما مادر2, 355-363 (2009).
اندروز JW، Bowen J و Chaneler D. بهینه سازی تعیین ویسکوالاستیسیته با استفاده از سیستم های اندازه گیری سازگار.ماده نرم 9، 5581-5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. and Pellillo, E. Nanoindentation سطوح پلیمری.جی فیزیک.د. برای فیزیک اقدام کنید.31, 2395 (1998).
Miyailovich AS، Tsin B.، Fortunato D. و Van Vliet KJ مشخص کردن خواص مکانیکی ویسکوالاستیک پلیمرهای بسیار الاستیک و بافت‌های بیولوژیکی با استفاده از فرورفتگی ضربه.مجله زیست مواد.71، 388-397 (2018).
Perepelkin NV، Kovalev AE، Gorb SN، Borodich FM ارزیابی مدول الاستیک و کار چسبندگی مواد نرم با استفاده از روش توسعه یافته Borodich-Galanov (BG) و فرورفتگی عمیق.خز.آلما مادر129، 198–213 (2019).
شی، ایکس و همکاران.مورفولوژی نانومقیاس و خواص مکانیکی سطوح پلیمری بیومیمتیک لنزهای تماسی هیدروژل سیلیکونلانگمویر 37، 13961–13967 (2021).