Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Näyttää kolmen dian karusellin kerralla.Käytä Edellinen- ja Seuraava-painikkeita siirtyäksesi kolmen dian läpi kerrallaan tai käytä lopussa olevia liukusäädinpainikkeita siirtyäksesi kolmen dian läpi kerrallaan.
Uusien ultrapehmeiden materiaalien kehittämisessä lääketieteellisiin laitteisiin ja biolääketieteellisiin sovelluksiin niiden fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien kattava karakterisointi on sekä tärkeää että haastavaa.Uuden lehfilcon A biomimeettisen silikonihydrogeelipiilolinssin, joka on päällystetty kerroksella haaroittuneita polymeeriharjarakenteita, äärimmäisen alhaisen pintamoduulin karakterisoimiseksi käytettiin modifioitua atomivoimamikroskopia (AFM) nanoindentaatiotekniikkaa.Tämä menetelmä mahdollistaa kosketuspisteiden tarkan määrittämisen ilman viskoosin suulakepuristuksen vaikutuksia lähestyttäessä haarautuneita polymeerejä.Lisäksi se mahdollistaa yksittäisten harjaelementtien mekaanisten ominaisuuksien määrittämisen ilman huokoelastisuuden vaikutusta.Tämä saavutetaan valitsemalla AFM-sondi, jonka rakenne (kärjen koko, geometria ja jousinopeus) sopii erityisen hyvin pehmeiden materiaalien ja biologisten näytteiden ominaisuuksien mittaamiseen.Tämä menetelmä parantaa herkkyyttä ja tarkkuutta erittäin pehmeän materiaalin lehfilcon A tarkkaan mittaukseen, jolla on erittäin pieni kimmokerroin pinta-alalla (jopa 2 kPa) ja erittäin korkea kimmoisuus sisäisessä (lähes 100 %) vesiympäristössä. .Pintatutkimuksen tulokset eivät ainoastaan ​​paljastaneet lehfilcon A -linssin ultrapehmeän pinnan ominaisuuksia, vaan osoittivat myös, että haarautuneiden polymeeriharjojen moduuli oli verrattavissa pii-vetysubstraatin moduuliin.Tätä pinnan karakterisointitekniikkaa voidaan soveltaa muihin erittäin pehmeisiin materiaaleihin ja lääketieteellisiin laitteisiin.
Suoraan kosketukseen elävän kudoksen kanssa suunniteltujen materiaalien mekaaniset ominaisuudet määräytyvät usein biologisen ympäristön mukaan.Näiden materiaaliominaisuuksien täydellinen yhteensopivuus auttaa saavuttamaan materiaalin halutut kliiniset ominaisuudet aiheuttamatta haitallisia soluvasteita1,2,3.Bulkkihomogeenisten materiaalien mekaanisten ominaisuuksien karakterisointi on suhteellisen helppoa standardimenettelyjen ja testimenetelmien (esim. mikroindentaatio4,5,6) ansiosta.Ultrapehmeille materiaaleille, kuten geeleille, hydrogeeleille, biopolymeereille, eläville soluille jne., näitä testimenetelmiä ei kuitenkaan yleensä voida soveltaa mittausresoluutiorajoitusten ja joidenkin materiaalien epähomogeenisuuden vuoksi7.Vuosien saatossa perinteisiä painumamenetelmiä on muunnettu ja mukautettu luonnehtimaan monenlaisia ​​pehmeitä materiaaleja, mutta monet menetelmät kärsivät edelleen vakavista puutteista, jotka rajoittavat niiden käyttöä8,9,10,11,12,13.Erikoistuneiden testausmenetelmien puute, joilla superpehmeiden materiaalien ja pintakerrosten mekaanisia ominaisuuksia voidaan tarkasti ja luotettavasti karakterisoida, rajoittaa voimakkaasti niiden käyttöä erilaisissa sovelluksissa.
Edellisessä työssämme esittelimme lehfilcon A (CL) -piilolinssin, pehmeän heterogeenisen materiaalin, jonka kaikki ultrapehmeän pinnan ominaisuudet ovat peräisin silmän sarveiskalvon pinnan inspiroimista mahdollisesti biomimeettisistä malleista.Tämä biomateriaali kehitettiin oksastamalla haarautunut, silloitettu polymeerikerros poly(2-metakryloyylioksietyylifosforyylikoliinia (MPC)) (PMPC) silikonihydrogeeliin (SiHy) 15, joka on suunniteltu perustuviin lääketieteellisiin laitteisiin.Tämä oksastusprosessi luo pinnalle kerroksen, joka koostuu erittäin pehmeästä ja erittäin elastisesta haarautuneesta polymeeriharjarakenteesta.Aikaisempi työmme on vahvistanut, että lehfilcon A CL:n biomimeettinen rakenne tarjoaa erinomaiset pintaominaisuudet, kuten paremman kastumisen ja likaantumisen eston, lisääntyneen voitelukyvyn ja vähentyneen solujen ja bakteerien kiinnittymisen15,16.Lisäksi tämän biomimeettisen materiaalin käyttö ja kehittäminen viittaa myös muihin biolääketieteellisiin laitteisiin.Siksi on tärkeää karakterisoida tämän erittäin pehmeän materiaalin pintaominaisuudet ja ymmärtää sen mekaaninen vuorovaikutus silmän kanssa, jotta voidaan luoda kattava tietopohja tulevaa kehitystä ja sovelluksia varten.Useimmat kaupallisesti saatavilla olevat SiHy-piilolinssit koostuvat hydrofiilisten ja hydrofobisten polymeerien homogeenisesta seoksesta, jotka muodostavat yhtenäisen materiaalirakenteen17.Niiden mekaanisten ominaisuuksien selvittämiseksi on tehty useita tutkimuksia perinteisillä puristus-, veto- ja mikropainumatesteillä18,19,20,21.Lehfilcon A CL:n uusi biomimeettinen muotoilu tekee siitä kuitenkin ainutlaatuisen heterogeenisen materiaalin, jossa haarautuneiden polymeeriharjarakenteiden mekaaniset ominaisuudet eroavat merkittävästi SiHy-perussubstraatin vastaavista.Siksi näiden ominaisuuksien tarkka kvantifiointi tavanomaisilla ja sisennysmenetelmillä on erittäin vaikeaa.Lupaava menetelmä käyttää atomivoimamikroskopiassa (AFM) toteutettua nanoindentaatiotestausmenetelmää, jota on käytetty pehmeiden viskoelastisten materiaalien, kuten biologisten solujen ja kudosten, sekä pehmeiden polymeerien mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseen22,23,24,25 .,26,27,28,29,30.AFM-nanoindentaatiossa nanoindentaatiotestauksen perusteet yhdistetään AFM-tekniikan viimeisimpiin edistysaskeliin, mikä lisää mittausherkkyyttä ja testaamista monille luonnostaan ​​superpehmeille materiaaleille31,32,33,34,35,36.Lisäksi teknologia tarjoaa muita tärkeitä etuja erilaisten geometrioiden käytön ansiosta.sisennys ja koetin sekä mahdollisuus testata erilaisissa nestemäisissä väliaineissa.
AFM-nanoindentaatio voidaan jakaa ehdollisesti kolmeen pääkomponenttiin: (1) laitteet (anturit, ilmaisimet, anturit jne.);(2) mittausparametrit (kuten voima, siirtymä, nopeus, rampin koko jne.);(3) Tietojen käsittely (perustason korjaus, kosketuspisteen estimointi, tietojen sovitus, mallintaminen jne.).Merkittävä ongelma tässä menetelmässä on, että useat kirjallisuuden tutkimukset, joissa käytettiin AFM-nanoindentaatiota, raportoivat hyvin erilaisia ​​kvantitatiivisia tuloksia samalle näytteelle/solulle/materiaalityypille37,38,39,40,41.Esimerkiksi Lekka et ai.Tutkittiin ja verrattiin AFM-koettimen geometrian vaikutusta mekaanisesti homogeenisten hydrogeelien ja heterogeenisten solujen näytteiden mitattuun Youngin moduuliin.He raportoivat, että moduuliarvot riippuvat suuresti ulokkeen valinnasta ja kärjen muodosta. Suurin arvo on pyramidin muotoisella mittapäällä ja pienin arvo 42 pallomaisella mittapäällä.Samoin Selhuber-Unkel et ai.On osoitettu, kuinka polyakryyliamidi (PAAM) -näytteiden sisennysnopeus, sisennyksen koko ja paksuus vaikuttavat Youngin moduuliin ACM43-nanoindentaatiolla mitattuna.Toinen vaikeuttava tekijä on tavanomaisten erittäin alhaisen moduulin testimateriaalien ja ilmaisten testimenetelmien puute.Tämä tekee erittäin vaikeaksi saada tarkkoja tuloksia itsevarmasti.Menetelmä on kuitenkin erittäin hyödyllinen suhteellisissa mittauksissa ja vertailevissa arvioinneissa samanlaisten näytetyyppien välillä, esimerkiksi käyttämällä AFM-nanoindentaatiota normaalien solujen erottamiseen syöpäsoluista 44, 45 .
Testattaessa pehmeitä materiaaleja AFM-nanoindentaatiolla, yleinen nyrkkisääntö on käyttää anturia, jolla on pieni jousivakio (k), joka vastaa tarkasti näytemoduulia, ja puolipallon muotoista/pyöreää kärkeä, jotta ensimmäinen anturi ei puhkaise näytteen pintoja. ensimmäinen kosketus pehmeisiin materiaaleihin.On myös tärkeää, että anturin tuottama poikkeutussignaali on riittävän voimakas laserilmaisinjärjestelmän havaittavaksi24,34,46,47.Ultrapehmeiden heterogeenisten solujen, kudosten ja geelien tapauksessa toinen haaste on voittaa anturin ja näytteen pinnan välinen tartuntavoima toistettavien ja luotettavien mittausten varmistamiseksi48, 49, 50.Viime aikoihin asti suurin osa AFM-nanoindentaatiota koskevasta työstä on keskittynyt biologisten solujen, kudosten, geelien, hydrogeelien ja biomolekyylien mekaanisen käyttäytymisen tutkimukseen käyttämällä suhteellisen suuria pallomaisia ​​koettimia, joita kutsutaan yleisesti kolloidisiksi koettimiksi (CP)., 47, 51, 52, 53, 54, 55. Näiden kärkien säde on 1-50 µm ja ne on yleensä valmistettu borosilikaattilasista, polymetyylimetakrylaatista (PMMA), polystyreenistä (PS), piidioksidista (SiO2) ja timantti- kuten hiili (DLC) .Vaikka CP-AFM nanoindentaatio on usein ensimmäinen valinta pehmeän näytteen karakterisointiin, sillä on omat ongelmansa ja rajoituksensa.Suurien, mikronin kokoisten pallomaisten kärkien käyttö lisää kärjen kokonaiskosketusalaa näytteen kanssa ja johtaa merkittävään tilaresoluutioon.Pehmeissä, epähomogeenisissa näytteissä, joissa paikallisten elementtien mekaaniset ominaisuudet voivat poiketa merkittävästi laajemman alueen keskiarvosta, CP-syvennys voi piilottaa ominaisuuksien epähomogeenisuuden paikallisessa mittakaavassa52.Kolloidiset anturit valmistetaan tyypillisesti kiinnittämällä mikronin kokoisia kolloidisia palloja kärjettömiin ulokkeisiin epoksiliimoilla.Itse valmistusprosessi on täynnä monia ongelmia ja voi johtaa epäjohdonmukaisuuksiin anturin kalibrointiprosessissa.Lisäksi kolloidisten hiukkasten koko ja massa vaikuttavat suoraan ulokkeen pääkalibrointiparametreihin, kuten resonanssitaajuuteen, jousen jäykkyyteen ja taipumaherkkyyteen56,57,58.Näin ollen tavanomaisissa AFM-antureissa yleisesti käytetyt menetelmät, kuten lämpötilakalibrointi, eivät välttämättä tarjoa tarkkaa CP-kalibrointia, ja näiden korjausten suorittamiseen voidaan tarvita muita menetelmiä57, 59, 60, 61. Tyypillisissä CP-syvennyskokeissa käytetään suuria poikkeamia ulokkeella. tutkia pehmeiden näytteiden ominaisuuksia, mikä aiheuttaa toisen ongelman kalibroitaessa ulokkeen epälineaarista käyttäytymistä suhteellisen suurilla poikkeamilla62,63,64.Nykyaikaisissa kolloidisten koettimien sisennysmenetelmissä otetaan yleensä huomioon mittapään kalibrointiin käytetyn ulokkeen geometria, mutta jätetään huomiotta kolloidisten hiukkasten vaikutus, mikä luo lisäepävarmuutta menetelmän tarkkuuteen38,61.Vastaavasti kosketusmallisovituksella lasketut kimmomoduulit ovat suoraan riippuvaisia ​​sisennysmittapään geometriasta, ja kärjen ja näytteen pinnan ominaisuuksien välinen epäsuhta voi johtaa epätarkkuuksiin27, 65, 66, 67, 68. Jotkut Spencerin et al.Korostetaan tekijät, jotka tulee ottaa huomioon karakterisoitaessa pehmeitä polymeeriharjoja CP-AFM nanoindentation -menetelmällä.He raportoivat, että viskoosin nesteen pysyminen polymeeriharjoissa nopeuden funktiona johtaa pään kuormituksen lisääntymiseen ja siten nopeudesta riippuvien ominaisuuksien erilaisiin mittauksiin30, 69, 70, 71.
Tässä tutkimuksessa olemme karakterisoineet ultrapehmeän erittäin elastisen materiaalin lehfilcon A CL pintamoduulia modifioidulla AFM-nanoindentaatiomenetelmällä.Tämän materiaalin ominaisuudet ja uusi rakenne huomioon ottaen perinteisen painumamenetelmän herkkyysalue on selvästi riittämätön karakterisoimaan tämän erittäin pehmeän materiaalin moduulia, joten on tarpeen käyttää AFM-nanoindentaatiomenetelmää, jolla on suurempi herkkyys ja pienempi herkkyys.taso.Tarkasteltuamme olemassa olevien kolloidisten AFM-anturin nanoindentaatiotekniikoiden puutteet ja ongelmat, näytämme, miksi valitsimme pienemmän, räätälöidyn AFM-anturin eliminoimaan herkkyyden, taustamelun, tarkan kosketuspisteen ja mittaamaan pehmeiden heterogeenisten materiaalien nopeusmoduulia, kuten nesteenpidätystä. riippuvuus.ja tarkka kvantifiointi.Lisäksi pystyimme mittaamaan tarkasti syvennyskärjen muodon ja mitat, jolloin pystyimme käyttämään kartio-pallosovitusmallia kimmomoduulin määrittämiseen ilman, että kärjen kosketuspinta-alaa materiaalin kanssa arvioitiin.Kaksi implisiittistä oletusta, jotka tässä työssä kvantifioidaan, ovat täysin elastiset materiaalin ominaisuudet ja painaumasyvyydestä riippumaton moduuli.Tällä menetelmällä testasimme ensin ultrapehmeitä standardeja tunnetulla moduulilla menetelmän kvantifioimiseksi, ja sitten käytimme tätä menetelmää kahden eri piilolinssimateriaalin pintojen karakterisoimiseen.Tämän menetelmän AFM-nanoindentaatiopintojen karakterisoimiseksi herkkyydellä odotetaan olevan käyttökelpoinen monenlaisiin biomimeettisiin heterogeenisiin ultrapehmeisiin materiaaleihin, joita voidaan käyttää lääketieteellisissä laitteissa ja biolääketieteellisissä sovelluksissa.
Nanoindentaatiokokeisiin valittiin Lehfilcon A -piilolinssit (Alcon, Fort Worth, Texas, USA) ja niiden silikonihydrogeelisubstraatit.Kokeessa käytettiin erityisesti suunniteltua objektiivin kiinnitystä.Linssin asentamista varten testausta varten se asetettiin varovasti kuvun muotoiselle jalustalle varmistaen, ettei ilmakuplia pääse sisälle, ja kiinnitettiin sitten reunoilla.Objektiivin pidikkeen yläosassa oleva reikä mahdollistaa pääsyn linssin optiseen keskustaan ​​nanoindentaatiokokeita varten pitäen samalla nestettä paikallaan.Tämä pitää linssit täysin kosteutettuina.Testiliuoksena käytettiin 500 μl piilolinssien pakkausliuosta.Kvantitatiivisten tulosten tarkistamiseksi valmistettiin kaupallisesti saatavilla olevia aktivoimattomia polyakryyliamidi (PAAM) -hydrogeelejä polyakryyliamidi-ko-metyleeni-bisakryyliamidikoostumuksesta (100 mm:n Petrisoft petrimaljat, Matrigen, Irvine, CA, USA), tunnettu kimmokerroin 1 kPa.Käytä 4-5 tippaa (noin 125 µl) fosfaattipuskuroitua suolaliuosta (PBS, Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, USA) ja 1 tippa OPTI-FREE Puremoist-piilolinssiliuosta (Alcon, Vaud, TX, USA).) AFM-hydrogeeli-sondin rajapinnassa.
Näytteet Lehfilcon A CL- ja SiHy-substraateista visualisoitiin käyttämällä FEI Quanta 250 Field Emission Scanning Electron Microscope (FEG SEM) -järjestelmää, joka oli varustettu pyyhkäisytransmissioelektronimikroskoopilla (STEM) detektorilla.Näytteiden valmistamista varten linssit pestiin ensin vedellä ja leikattiin piirakan muotoisiksi viipaleiksi.Erillisen kontrastin aikaansaamiseksi näytteiden hydrofiilisten ja hydrofobisten komponenttien välillä käytettiin väriaineena 0,10 % stabiloitua RuO4-liuosta, johon näytteet upotettiin 30 minuutiksi.Lehfilcon A CL RuO4 -värjäys on tärkeä paitsi paremman erotuskontrastin saavuttamiseksi, myös auttaa säilyttämään haarautuneiden polymeerisiveltimien rakenteen alkuperäisessä muodossaan, joka näkyy sitten STEM-kuvissa.Sitten ne pestiin ja dehydratoitiin sarjassa etanoli/vesi-seoksia etanolipitoisuuden kasvaessa.Sitten näytteet valettiin EMBed 812/Araldite epoksilla, joka kovetti yön yli 70 °C:ssa.Hartsipolymeroinnilla saadut näytekappaleet leikattiin ultramikrotomilla ja saadut ohuet osat visualisoitiin STEM-detektorilla matalatyhjiötilassa 30 kV:n kiihdytysjännitteellä.Samaa SEM-järjestelmää käytettiin PFQNM-LC-A-CAL AFM-koettimen (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) yksityiskohtaiseen karakterisointiin.SEM-kuvat AFM-sondista saatiin tyypillisessä suurtyhjiötilassa 30 kV:n kiihdytysjännitteellä.Ota kuvia eri kulmista ja suurennoksista tallentaaksesi kaikki AFM-anturin kärjen muodon ja koon yksityiskohdat.Kaikki kuvien kiinnostavat kärjen mitat mitattiin digitaalisesti.
Dimension FastScan Bio Icon -atomivoimamikroskooppia (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA), jossa oli "PeakForce QNM in Fluid" -tilassa, käytettiin lehfilcon A CL-, SiHy-substraatti- ja PAAm-hydrogeelinäytteiden visualisointiin ja nanoindentointiin.Kuvauskokeissa käytettiin PEAKFORCE-HIRS-FA-koetinta (Bruker), jonka nimellinen kärjen säde oli 1 nm, ottamaan näytteestä korkearesoluutioisia kuvia 0,50 Hz:n pyyhkäisynopeudella.Kaikki kuvat on otettu vesiliuoksessa.
AFM-nanoindentaatiokokeet suoritettiin käyttämällä PFQNM-LC-A-CAL-koetinta (Bruker).AFM-sondissa on piikärki nitridiulokkeessa, jonka paksuus on 345 nm, pituus 54 µm ja leveys 4,5 µm ja resonanssitaajuus 45 kHz.Se on erityisesti suunniteltu karakterisoimaan ja suorittamaan kvantitatiivisia nanomekaanisia mittauksia pehmeille biologisille näytteille.Anturit on kalibroitu yksilöllisesti tehtaalla esikalibroiduilla jousiasetuksilla.Tässä tutkimuksessa käytettyjen koettimien jousivakiot olivat välillä 0,05–0,1 N/m.Kärjen muodon ja koon määrittämiseksi tarkasti koetin karakterisoitiin yksityiskohtaisesti SEM:llä.KuvassaKuvassa 1a on korkearesoluutioinen pieni suurennos pyyhkäisyelektronimikroskooppikuva PFQNM-LC-A-CAL-koettimesta, joka tarjoaa kokonaisvaltaisen kuvan anturin suunnittelusta.KuvassaKuva 1b esittää suurennettua kuvaa koettimen kärjen yläosasta ja tarjoaa tietoa kärjen muodosta ja koosta.Äärimmäisessä päässä neula on puolipallo, jonka halkaisija on noin 140 nm (kuvio 1c).Tämän alapuolella kärki kapenee kartiomaiseksi ja saavuttaa noin 500 nm:n mitatun pituuden.Suippenevan alueen ulkopuolella kärki on sylinterimäinen ja päättyy kärjen kokonaispituuteen 1,18 µm.Tämä on anturin kärjen tärkein toiminnallinen osa.Lisäksi kolloidisena koettimena käytettiin myös suurta pallomaista polystyreenistä (PS) koetinta (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, USA), jonka kärjen halkaisija oli 45 µm ja jousivakio 2 N/m.PFQNM-LC-A-CAL 140 nm koettimella vertailua varten.
On raportoitu, että nestettä voi jäädä loukkuun AFM-anturin ja polymeeriharjarakenteen väliin nanoindentation aikana, mikä kohdistaa ylöspäin suuntautuvan voiman AFM-sondiin ennen kuin se todella koskettaa pintaa69.Tämä nesteen pidättymisestä johtuva viskoosinen ekstruusiovaikutus voi muuttaa näennäistä kosketuspistettä, mikä vaikuttaa pintamoduulimittauksiin.Anturin geometrian ja painumanopeuden vaikutuksen tutkimiseksi nesteen retentioon piirrettiin painaumavoimakäyrät lehfilcon A CL -näytteille käyttämällä halkaisijaltaan 140 nm:n mittapäätä vakiosiirtonopeuksilla 1 µm/s ja 2 µm/s.anturin halkaisija 45 µm, kiinteä voimaasetus 6 nN saavutettu nopeudella 1 µm/s.Kokeet halkaisijaltaan 140 nm:n anturin kanssa suoritettiin painaumanopeudella 1 µm/s ja asetusvoimalla 300 pN, joka valittiin luomaan kosketuspaine yläluomeen fysiologisella alueella (1–8 kPa).paine 72. Pehmeistä valmiista PAA-hydrogeelinäytteistä, joiden paine oli 1 kPa, testattiin 50 pN:n painumavoima nopeudella 1 μm/s käyttämällä anturia, jonka halkaisija on 140 nm.
Koska PFQNM-LC-A-CAL-anturin kärjen kartiomaisen osan pituus on noin 500 nm, voidaan kaikin syvyyksillä < 500 nm turvallisesti olettaa, että anturin geometria säilyy sisennyksen aikana. kartiomainen muoto.Lisäksi oletetaan, että testattavan materiaalin pinnalla on palautuva elastinen vaste, joka myös vahvistetaan seuraavissa kohdissa.Siksi valitsimme kärjen muodosta ja koosta riippuen Briscoen, Sebastianin ja Adamsin kehittämän kartiopallosovitusmallin, joka on saatavilla toimittajan ohjelmistossa, prosessoimaan AFM-nanoindentaatiokokeitamme (NanoScope).Erotustietojen analysointiohjelmisto, Bruker) 73. Malli kuvaa voima-siirtymäsuhdetta F(δ) kartiolle, jossa on pallomainen kärkivika.KuvassaKuva 2 esittää kosketusgeometriaa jäykän kartion ja pallomaisen kärjen vuorovaikutuksessa, jossa R on pallomaisen kärjen säde, a on kosketussäde, b on kosketussäde pallomaisen kärjen päässä, δ on kosketussäde.sisennyssyvyys, θ on kartion puolikulma.Tämän anturin SEM-kuva osoittaa selvästi, että halkaisijaltaan 140 nm:n pallomainen kärki sulautuu tangentiaalisesti kartioksi, joten tässä b määritellään vain R:n kautta, eli b = R cos θ.Toimittajan toimittama ohjelmisto tarjoaa kartiopallosuhteen Youngin moduulin (E) arvojen laskemiseksi voimanerotustiedoista olettaen, että a > b.Suhde:
missä F on sisennysvoima, E on Youngin moduuli, ν on Poissonin suhde.Kosketussäde a voidaan arvioida käyttämällä:
Kaavio jäykän kartion kosketusgeometriasta, jossa on pallomainen kärki, joka on puristettu Lefilcon-piilolinssin materiaaliin ja jossa on haarautuneiden polymeeriharjojen pintakerros.
Jos a ≤ b, relaatio pelkistyy tavanomaisen pallomaisen sisennyksen yhtälöön;
Uskomme, että sisennyksen vuorovaikutus PMPC-polymeeriharjan haarautuneen rakenteen kanssa saa kosketussäteen a olemaan suurempi kuin pallomainen kosketussäde b.Siksi kaikissa tässä tutkimuksessa suoritetuissa kimmomoduulin kvantitatiivisissa mittauksissa käytimme tapaukselle a > b saatua riippuvuutta.
Tässä tutkimuksessa tutkitut ultrapehmeät biomimeettiset materiaalit kuvattiin kattavasti näytteen poikkileikkauksen pyyhkäisytransmissioelektronimikroskoopilla (STEM) ja pinnan atomivoimamikroskopialla (AFM).Tämä yksityiskohtainen pinnan karakterisointi suoritettiin jatkona aiemmin julkaistulle työllemme, jossa määritimme, että PMPC-modifioidun lehfilcon A CL -pinnan dynaamisesti haarautunut polymeeriharjarakenne osoitti samanlaisia ​​mekaanisia ominaisuuksia kuin natiivi sarveiskalvokudos 14 .Tästä syystä kutsumme piilolinssien pintoja biomimeettisiksi materiaaleiksi14.KuvassaKuvat 3a, b esittävät poikkileikkauksia haarautuneista PMPC-polymeeriharjarakenteista lehfilcon A CL -substraatin ja käsittelemättömän SiHy-substraatin pinnalla, vastaavasti.Molempien näytteiden pintoja analysoitiin edelleen käyttämällä korkearesoluutioisia AFM-kuvia, mikä vahvisti edelleen STEM-analyysin tuloksia (kuvat 3c, d).Yhdessä nämä kuvat antavat likimääräisen PMPC-haaroittuneen polymeeriharjarakenteen pituuden 300–400 nm:ssä, mikä on kriittistä AFM-nanoindentaatiomittausten tulkinnassa.Toinen kuvista saatu keskeinen havainto on, että CL-biomimeettisen materiaalin pintarakenne on morfologisesti erilainen kuin SiHy-substraattimateriaalin.Tämä ero niiden pinnan morfologiassa voi tulla ilmeiseksi niiden mekaanisen vuorovaikutuksen aikana sisennyttävän AFM-anturin kanssa ja sen jälkeen mitatuissa moduuliarvoissa.
Poikkileikkaus STEM-kuvat (a) lehfilcon A CL- ja (b) SiHy-substraatista.Mittakaava, 500 nm.AFM-kuvia lehfilcon A CL -substraatin (c) ja SiHy-perussubstraatin (d) pinnasta (3 µm × 3 µm).
Bioinspiroidut polymeerit ja polymeeriharjarakenteet ovat luonnostaan ​​pehmeitä, ja niitä on tutkittu ja käytetty laajasti erilaisissa biolääketieteen sovelluksissa74,75,76,77.Siksi on tärkeää käyttää AFM-nanoindentaatiomenetelmää, jolla voidaan mitata tarkasti ja luotettavasti niiden mekaaniset ominaisuudet.Mutta samaan aikaan näiden erittäin pehmeiden materiaalien ainutlaatuiset ominaisuudet, kuten erittäin alhainen kimmokerroin, korkea nestepitoisuus ja korkea elastisuus, tekevät usein vaikeaksi valita oikean materiaalin, muodon ja muodon sisennysmittapäälle.koko.Tämä on tärkeää, jotta sisennys ei puhkaise näytteen pehmeää pintaa, mikä johtaisi virheisiin pinnan kosketuskohdan ja kosketusalueen määrittämisessä.
Tätä varten on välttämätöntä ymmärtää ultrapehmeiden biomimeettisten materiaalien (lehfilcon A CL) morfologia.Kuvausmenetelmällä saatu tieto haarautuneiden polymeeriharjojen koosta ja rakenteesta muodostaa pohjan pinnan mekaaniselle karakterisoinnille AFM-nanoindentaatiotekniikoilla.Mikronikokoisten pallomaisten kolloidisten koettimien sijaan valitsimme PFQNM-LC-A-CAL piinitridimittapään (Bruker), jonka kärjen halkaisija on 140 nm ja joka on erityisesti suunniteltu biologisten näytteiden mekaanisten ominaisuuksien kvantitatiiviseen kartoitukseen 78, 79, 80 , 81, 82, 83, 84 Suhteellisen terävien koettimien käytön perusteet verrattuna perinteisiin kolloidisiin koettimiin voidaan selittää materiaalin rakenteellisilla ominaisuuksilla.Vertaamalla anturin kärjen kokoa (~140 nm) CL lehfilcon A:n pinnalla oleviin haarautuneisiin polymeeriharjoihin, jotka on esitetty kuvassa 3a, voidaan päätellä, että kärki on riittävän suuri joutumaan suoraan kosketukseen näiden harjarakenteiden kanssa, jotka vähentää mahdollisuutta, että kärki tunkeutuu niiden läpi.Tämän kohdan havainnollistamiseksi kuvassa 4 on STEM-kuva lehfilcon A CL:stä ja AFM-anturin sisennyskärjestä (piirretty mittakaavassa).
Kaavio esittää STEM-kuvaa lehfilcon A CL:stä ja ACM-sisälämmöstä (piirretty mittakaavassa).
Lisäksi 140 nm:n kärjen koko on riittävän pieni, jotta vältytään tahmeilta suulakepuristusvaikutuksilta, joita on aiemmin raportoitu CP-AFM-nanoindentaatiomenetelmällä tuotetuissa polymeeriharjoissa69,71.Oletamme, että tämän AFM-kärjen erityisestä kartiopallomaisesta muodosta ja suhteellisen pienestä koosta johtuen (kuva 1) lehfilcon A CL -nanosisonnan tuottaman voimakäyrän luonne ei riipu sisennysnopeudesta tai lataus-/purkunopeudesta. .Siksi huokoelastiset vaikutukset eivät vaikuta siihen.Tämän hypoteesin testaamiseksi lehfilcon A CL -näytteet sisennettiin kiinteällä maksimivoimalla käyttämällä PFQNM-LC-A-CAL-anturia, mutta kahdella eri nopeudella, ja tuloksena olevia veto- ja sisäänvetovoimakäyriä käytettiin voiman (nN) kuvaamiseen. erotuksena (µm) on esitetty kuvassa 5a.On selvää, että kuormituksen ja purkamisen aikaiset voimakäyrät menevät täysin päällekkäin, eikä ole olemassa selkeää näyttöä siitä, että voiman leikkaus nollasisävyydellä kasvaa sisennysnopeuden myötä kuvassa, mikä viittaa siihen, että yksittäiset harjaelementit karakterisoitiin ilman huokoelastista vaikutusta.Sitä vastoin nesteenpidätysvaikutukset (viskoosi suulakepuristus ja huokoelastisuusvaikutukset) ovat ilmeisiä halkaisijaltaan 45 µm:n AFM-koettimella samalla syvennysnopeudella, ja ne korostuvat venytys- ja sisäänvetokäyrien välisellä hystereesillä, kuten kuvassa 5b on esitetty.Nämä tulokset tukevat hypoteesia ja viittaavat siihen, että halkaisijaltaan 140 nm koettimet ovat hyvä valinta tällaisten pehmeiden pintojen karakterisointiin.
lehfilcon A CL sisennysvoimakäyrät käyttäen ACM:ää;(a) käyttämällä koetinta, jonka halkaisija on 140 nm kahdella kuormitusnopeudella, mikä osoittaa huokoelastisen vaikutuksen puuttumisen pinnan painumisen aikana;(b) käyttämällä koettimia, joiden halkaisija on 45 µm ja 140 nm.s osoittavat viskoosin suulakepuristuksen ja huokoelastisuuden vaikutukset suurille antureille verrattuna pienempiin koettimiin.
Ultrapehmeiden pintojen karakterisoimiseksi AFM-nanoindentaatiomenetelmillä tulee olla paras anturi tutkittavan materiaalin ominaisuuksien tutkimiseen.Kärjen muodon ja koon lisäksi AFM-ilmaisinjärjestelmän herkkyys, herkkyys kärjen taipumiselle testiympäristössä ja ulokkeen jäykkyys ovat tärkeitä nanoindentaation tarkkuuden ja luotettavuuden määrittämisessä.mitat.AFM-järjestelmässämme PSD (Position Sensitive Detector) tunnistusraja on noin 0,5 mV ja se perustuu esikalibroituun jousitaajuuteen ja PFQNM-LC-A-CAL-anturin laskettuun nestepoikkeutusherkkyyteen, joka vastaa teoreettinen kuormitusherkkyys.on pienempi kuin 0,1 pN.Siksi tällä menetelmällä voidaan mitata pienin painumavoima ≤ 0,1 pN ilman perifeeristä kohinakomponenttia.AFM-järjestelmän on kuitenkin lähes mahdotonta vähentää perifeeristä melua tälle tasolle mekaanisen tärinän ja nesteen dynamiikan kaltaisten tekijöiden vuoksi.Nämä tekijät rajoittavat AFM-nanoindentaatiomenetelmän yleistä herkkyyttä ja johtavat myös taustakohinasignaaliin, joka on noin ≤ 10 pN.Pinnan karakterisointia varten lehfilcon A CL- ja SiHy-substraattinäytteet sisennettiin täysin hydratoituneissa olosuhteissa käyttämällä 140 nm:n koetinta SEM-karakterisointia varten, ja tuloksena saadut voimakäyrät asetettiin voiman (pN) ja paineen väliin.Erotuskäyrä (µm) on esitetty kuvassa 6a.SiHy-perussubstraattiin verrattuna lehfilcon A CL -voimakäyrä näyttää selvästi siirtymävaiheen, joka alkaa kosketuspisteestä haarukkapolymeeriharjan kanssa ja päättyy kärjen jyrkkyyteen merkinnän kosketuksessa alla olevan materiaalin kanssa.Tämä voimakäyrän siirtymäosa korostaa haarautuneen polymeeriharjan todella elastista käyttäytymistä pinnalla, mistä on osoituksena puristuskäyrä, joka seuraa tarkasti jännityskäyrää ja mekaanisten ominaisuuksien kontrasti harjan rakenteen ja tilaa vievän SiHy-materiaalin välillä.Kun verrataan lefilconia.Haaroittuneen polymeeriharjan keskimääräisen pituuden erotus PCS:n STEM-kuvassa (kuva 3a) ja sen voimakäyrä pitkin abskissaa kuviossa 3a.Kuva 6a osoittaa, että menetelmä pystyy havaitsemaan kärjen ja haarautuneen polymeerin, joka saavuttaa pinnan yläosan.Harjarakenteiden välinen kosketus.Lisäksi voimakäyrien läheinen päällekkäisyys ei osoita nesteenpidätysvaikutusta.Tässä tapauksessa neulan ja näytteen pinnan välillä ei ole minkäänlaista adheesiota.Kahden näytteen voimakäyrien ylimmät osat menevät päällekkäin, mikä kuvastaa substraattimateriaalien mekaanisten ominaisuuksien samankaltaisuutta.
(a) AFM-nanoindentaatiovoimakäyrät lehfilcon A CL -substraateille ja SiHy-substraateille, (b) voimakäyrät, jotka osoittavat kosketuspisteen arvioinnin taustakohinakynnysmenetelmällä.
Voimakäyrän hienompien yksityiskohtien tutkimiseksi lehfilcon A CL -näytteen jännityskäyrä piirretään uudelleen kuvioon 6b maksimivoimalla 50 pN pitkin y-akselia.Tämä kaavio tarjoaa tärkeitä tietoja alkuperäisestä taustamelusta.Kohina on alueella ±10 pN, jolla määritetään tarkasti kosketuspiste ja lasketaan sisennyssyvyys.Kuten kirjallisuudessa on raportoitu, kosketuspisteiden tunnistaminen on ratkaisevan tärkeää materiaalien ominaisuuksien, kuten moduulin85, arvioimiseksi tarkasti.Lähestymistapa, johon sisältyy voimakäyrätietojen automaattinen käsittely, on osoittanut, että pehmeiden materiaalien tietojen sovitus ja kvantitatiiviset mittaukset sopivat paremmin86.Tässä työssä yhteyspisteiden valintamme on suhteellisen yksinkertainen ja objektiivinen, mutta sillä on rajoituksensa.Konservatiivinen lähestymistapamme kosketuspisteen määrittämiseen voi johtaa hieman yliarvioituihin moduuliarvoihin pienemmille syvennyssyvyyksille (< 100 nm).Algoritmipohjaisen kosketuspisteen tunnistuksen ja automaattisen tietojenkäsittelyn käyttö voisi olla jatkoa tälle työlle tulevaisuudessa menetelmämme parantamiseksi.Siten luontaiselle taustakohinalle luokkaa ±10 pN määritämme kosketuspisteen ensimmäiseksi datapisteeksi kuvan 6b x-akselilla arvolla ≥10 pN.Sitten 10 pN kohinakynnyksen mukaisesti pystysuora viiva tasolla ~0,27 µm merkitsee kosketuspistettä pinnan kanssa, minkä jälkeen venytyskäyrä jatkuu, kunnes substraatti saavuttaa ~270 nm:n painaumasyvyyden.Mielenkiintoista on, että kuvantamismenetelmällä mitatun haarautuneen polymeeriharjan piirteiden koon (300–400 nm) perusteella taustakohinakynnysmenetelmällä havaitun CL lehfilcon A -näytteen painumasyvyys on noin 270 nm, mikä on hyvin lähellä mittauskoko STEM:llä.Nämä tulokset vahvistavat edelleen AFM-anturin kärjen muodon ja koon yhteensopivuuden ja soveltuvuuden tämän erittäin pehmeän ja erittäin elastisen haarautuneen polymeeriharjarakenteen painamiseen.Nämä tiedot tarjoavat myös vahvaa näyttöä, joka tukee menetelmäämme käyttää taustamelua kynnyksenä kontaktipisteiden määrittämisessä.Näin ollen matemaattisesta mallintamisesta ja voimakäyrän sovituksesta saatujen kvantitatiivisten tulosten tulisi olla suhteellisen tarkkoja.
Kvantitatiiviset mittaukset AFM-nanoindentaatiomenetelmillä ovat täysin riippuvaisia ​​matemaattisista malleista, joita käytetään tiedon valintaan ja myöhempään analyysiin.Siksi on tärkeää ottaa huomioon kaikki sisennyksen valintaan liittyvät tekijät, materiaalin ominaisuudet ja niiden vuorovaikutuksen mekaniikka ennen tietyn mallin valintaa.Tässä tapauksessa kärjen geometria karakterisoitiin huolellisesti käyttämällä SEM-mikrovalokuvia (kuva 1), ja tulosten perusteella halkaisijaltaan 140 nm:n AFM nanosisäinen koetin, jossa on kova kartio ja pallomainen kärkigeometria, on hyvä valinta lehfilcon A CL79 -näytteiden karakterisointiin. .Toinen tärkeä tekijä, joka on arvioitava huolellisesti, on testattavan polymeerimateriaalin elastisuus.Vaikka nanoindentaation alkutiedot (kuvat 5a ja 6a) hahmottelevat selvästi jännitys- ja puristuskäyrien päällekkäisyyden piirteet eli materiaalin täydellisen elastisen palautumisen, on erittäin tärkeää varmistaa koskettimien puhtaasti elastisuus. .Tätä tarkoitusta varten tehtiin kaksi peräkkäistä painaumaa samaan paikkaan lehfilcon A CL -näytteen pinnalla painaumanopeudella 1 µm/s täydessä hydraatioolosuhteissa.Tuloksena saadut voimakäyrätiedot on esitetty kuvassa.7 ja odotetusti näiden kahden painatuksen laajenemis- ja puristuskäyrät ovat lähes identtiset, mikä korostaa haarautuneen polymeeriharjarakenteen suurta joustavuutta.
Kaksi painumavoimakäyrää samassa paikassa lehfilcon A CL:n pinnalla osoittavat linssin pinnan ihanteellisen elastisuuden.
Anturin kärjen ja lehfilcon A CL pinnan SEM- ja STEM-kuvista saatujen tietojen perusteella kartiopallomalli on kohtuullinen matemaattinen esitys AFM-anturin kärjen ja testattavan pehmeän polymeerimateriaalin välisestä vuorovaikutuksesta.Lisäksi tässä kartiopallomallissa perusoletukset painetun materiaalin elastisista ominaisuuksista pätevät tälle uudelle biomimeettiselle materiaalille, ja niitä käytetään kimmomoduulin kvantifiointiin.
AFM-nanoindentaatiomenetelmän ja sen komponenttien kattavan arvioinnin jälkeen, mukaan lukien syvennysanturin ominaisuudet (muoto, koko ja jousen jäykkyys), herkkyys (taustakohina ja kosketuspisteen estimointi) ja tietojen sovitusmallit (kvantitatiivinen moduulimittaus). käytetty.karakterisoi kaupallisesti saatavilla olevia erittäin pehmeitä näytteitä kvantitatiivisten tulosten tarkistamiseksi.Kaupallinen polyakryyliamidi (PAAM) -hydrogeeli, jonka kimmomoduuli oli 1 kPa, testattiin hydratoiduissa olosuhteissa käyttämällä 140 nm:n koetinta.Yksityiskohdat moduulien testauksesta ja laskelmista ovat lisätiedoissa.Tulokset osoittivat, että keskimääräinen mitattu moduuli oli 0,92 kPa ja %RSD ja prosentuaalinen (%) poikkeama tunnetusta moduulista oli alle 10 %.Nämä tulokset vahvistavat tässä työssä käytetyn AFM-nanoindentaatiomenetelmän tarkkuuden ja toistettavuuden ultrapehmeiden materiaalien moduulien mittaamiseen.Lehfilcon A CL -näytteiden ja SiHy-perussubstraatin pinnat karakterisoitiin edelleen käyttämällä samaa AFM-nanoindentaatiomenetelmää ultrapehmeän pinnan näennäisen kosketusmoduulin tutkimiseksi painaumasyvyyden funktiona.Sisennysvoiman erotuskäyrät luotiin kolmelle kunkin tyypin näytteelle (n = 3; yksi sisennys näytettä kohti) 300 pN:n voimalla, nopeudella 1 µm/s ja täydellä hydrataatiolla.Sisennysvoiman jakokäyrä approksimoitiin käyttämällä kartiopallomallia.Sisennyssyvyydestä riippuvan moduulin saamiseksi 40 nm leveä osa voimakäyrästä asetettiin jokaiseen 20 nm:n askeleeseen alkaen kosketuspisteestä ja mitattiin moduulin arvot jokaisessa voimakäyrän vaiheessa.Spin Cy et ai.Samanlaista lähestymistapaa on käytetty poly(lauryylimetakrylaatti)(P12MA)-polymeeriharjojen moduuligradientin karakterisoimiseen käyttämällä kolloidista AFM-koettimen nanoindentaatiota, ja ne ovat yhdenmukaisia ​​Hertz-kontaktimallia käyttävien tietojen kanssa.Tämä lähestymistapa tarjoaa käyrän näennäiskontaktimoduulista (kPa) syvennyssyvyyden (nm) funktiona, kuten on esitetty kuvassa 8, joka havainnollistaa näennäistä kosketusmoduulia/syvyysgradienttia.CL lehfilcon A -näytteen laskettu kimmokerroin on alueella 2–3 kPa näytteen ylemmän 100 nm:n sisällä, jonka jälkeen se alkaa kasvaa syvyyden myötä.Toisaalta testattaessa SiHy-perussubstraattia ilman harjamaista kalvoa pinnalla, 300 pN:n voimalla saavutettu maksimi painaumissyvyys on alle 50 nm ja tiedoista saatu moduuliarvo on noin 400 kPa. , joka on verrattavissa bulkkimateriaalien Youngin moduulin arvoihin.
Näennäinen kosketusmoduuli (kPa) vs. painaumasyvyys (nm) lehfilcon A CL- ja SiHy-substraateille käyttämällä AFM-nanoindentaatiomenetelmää kartiopallogeometrialla moduulin mittaamiseen.
Uuden biomimeettisen haarautuneen polymeeriharjarakenteen ylimmällä pinnalla on erittäin alhainen kimmokerroin (2–3 kPa).Tämä vastaa haarukkapolymeeriharjan vapaasti roikkuvaa päätä, kuten STEM-kuvassa näkyy.Vaikka CL:n ulkoreunassa on todisteita moduuligradientista, pääasiallinen korkeamoduulisubstraatti on vaikutusvaltaisempi.Pinnan ylin 100 nm on kuitenkin 20 % sisällä haarautuneen polymeeriharjan kokonaispituudesta, joten on perusteltua olettaa, että tällä syvennyssyvyysalueella mitatut moduulin arvot ovat suhteellisen tarkkoja eivätkä ole voimakkaasti riippuu pohjaobjektin vaikutuksesta.
Lehfilcon A -piilolinssien ainutlaatuisen biomimeettisen suunnittelun vuoksi, jotka koostuvat SiHy-substraattien pintaan oksastetuista haarautuneista PMPC-polymeeriharjarakenteista, niiden pintarakenteiden mekaanisten ominaisuuksien luotettavuus perinteisillä mittausmenetelmillä on erittäin vaikeaa luotettavasti karakterisoida.Tässä esittelemme edistyneen AFM-nanoindentaatiomenetelmän ultrapehmeiden materiaalien, kuten lefilcon A:n, tarkkaan karakterisointiin, jolla on korkea vesipitoisuus ja erittäin korkea elastisuus.Tämä menetelmä perustuu AFM-anturin käyttöön, jonka kärjen koko ja geometria on valittu huolellisesti vastaamaan painattavien ultrapehmeän pinnan rakenteellisia mittoja.Tämä anturin ja rakenteen välinen mittayhdistelmä lisää herkkyyttä, mikä mahdollistaa haaroittuneiden polymeeriharjaelementtien alhaisen moduulin ja luontaisten elastisten ominaisuuksien mittaamisen huokoelastisista vaikutuksista huolimatta.Tulokset osoittivat, että linssin pinnalle ominaisilla ainutlaatuisilla haarautuneilla PMPC-polymeeriharjoilla oli erittäin alhainen kimmokerroin (jopa 2 kPa) ja erittäin korkea kimmoisuus (lähes 100 %) vesiympäristössä testattaessa.AFM-nanoindentaation tulokset mahdollistivat myös biomimeettisen linssin pinnan näennäisen kosketusmoduulin/syvyysgradientin (30 kPa/200 nm) karakterisoinnin.Tämä gradientti voi johtua haarautuneiden polymeeriharjojen ja SiHy-substraatin välisestä moduulierosta tai polymeeriharjojen haarautuneesta rakenteesta/tiheydestä tai niiden yhdistelmästä.Tarvitaan kuitenkin lisätutkimuksia, jotta täysin ymmärrettäisiin rakenteen ja ominaisuuksien välinen suhde, erityisesti harjan haarautumisten vaikutus mekaanisiin ominaisuuksiin.Samanlaiset mittaukset voivat auttaa luonnehtimaan muiden erittäin pehmeiden materiaalien ja lääkinnällisten laitteiden pinnan mekaanisia ominaisuuksia.
Tämän tutkimuksen aikana luodut ja/tai analysoidut tietojoukot ovat saatavilla vastaavilta tekijöiltä kohtuullisesta pyynnöstä.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. ja Haugen, HJ Biologiset reaktiot biomateriaalien pintojen fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin.Kemiallinen.yhteiskuntaan.Ed.49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM ja Liu, X. Ihmisperäisten biomateriaalien parantaminen kudostekniikkaa varten.ohjelmointi.polymeeri.Tiede.53, 86 (2016).
Sadtler, K. et ai.Biomateriaalien suunnittelu, kliininen toteutus ja immuunivaste regeneratiivisessa lääketieteessä.National Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK ja Farr GM Parannettu menetelmä kovuuden ja kimmomoduulin määrittämiseen käyttämällä painaumakokeita kuormitus- ja siirtymämittauksilla.J. Alma mater.varastosäiliö.7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Sisennyskovuustestauksen historiallinen alkuperä.alma mater.Tiede.teknologioita.28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Sisennyskovuusmittaukset makro-, mikro- ja nanomittakaavassa: kriittinen katsaus.heimo.Wright.65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD ja Clapperich, SM Pintatunnistusvirheet johtavat moduulin yliarviointiin pehmeiden materiaalien nanoindentaatiossa.J. Mecha.Käyttäytyminen.Biolääketieteellinen tiede.alma mater.2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollakhi MR, Bushroa AR ja Yahya M.Yu.Nanoindentaatiomenetelmän arviointi heterogeenisten nanokomposiittien mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseksi kokeellisesti ja laskennallisesti.Tiede.House 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, ja Owart, TS Pehmeiden viskoelastisten geelien mekaaninen karakterisointi sisennykseen ja optimointiin perustuvalla käänteiselementtianalyysillä.J. Mecha.Käyttäytyminen.Biolääketieteellinen tiede.alma mater.2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J ja Chaneler D. Viskoelastisuuden määrityksen optimointi yhteensopivien mittausjärjestelmien avulla.Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. ja Pellillo, E. Nanoindentation of polymeeriset pinnat.J. Physics.D. Hae fysiikkaa.31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. ja Van Vliet KJ Erittäin elastisten polymeerien ja biologisten kudosten viskoelastisten mekaanisten ominaisuuksien karakterisointi shokkisisällytyksen avulla.Journal of Biomaterials.71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Pehmeiden materiaalien kimmomoduulin ja tartuntatyön arviointi laajennettua Borodich-Galanov (BG) menetelmää ja syvää sisennystä käyttäen.turkista.alma mater.129, 198–213 (2019).
Shi, X. et ai.Silikonihydrogeelipiilolinssien biomimeettisten polymeeripintojen nanomittakaavan morfologia ja mekaaniset ominaisuudet.Langmuir 37, 13961–13967 (2021).