Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર.તમે મર્યાદિત CSS સપોર્ટ સાથે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો.શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટ કરેલ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો).વધુમાં, ચાલુ સમર્થનની ખાતરી કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટ બતાવીએ છીએ.
એક સાથે ત્રણ સ્લાઇડ્સનું કેરોયુઝલ પ્રદર્શિત કરે છે.એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે પાછલા અને આગલા બટનોનો ઉપયોગ કરો અથવા એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે અંતે સ્લાઇડર બટનનો ઉપયોગ કરો.
તબીબી ઉપકરણો અને બાયોમેડિકલ એપ્લિકેશન્સ માટે નવી અલ્ટ્રા-સોફ્ટ સામગ્રીના વિકાસ સાથે, તેમના ભૌતિક અને યાંત્રિક ગુણધર્મોનું વ્યાપક પાત્રાલેખન મહત્વપૂર્ણ અને પડકારજનક બંને છે.નવી લેહફિલકોન એ બાયોમિમેટિક સિલિકોન હાઇડ્રોજેલ કોન્ટેક્ટ લેન્સ બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશ સ્ટ્રક્ચર્સના સ્તર સાથે કોટેડની અત્યંત નીચી સપાટીના મોડ્યુલસને દર્શાવવા માટે સંશોધિત અણુ બળ માઇક્રોસ્કોપી (AFM) નેનોઇન્ડેન્ટેશન તકનીક લાગુ કરવામાં આવી હતી.આ પદ્ધતિ બ્રાન્ચ્ડ પોલિમરનો સંપર્ક કરતી વખતે ચીકણું એક્સટ્રુઝનની અસર વિના સંપર્ક બિંદુઓના ચોક્કસ નિર્ધારણને મંજૂરી આપે છે.વધુમાં, તે પોરોઇલાસ્ટીસીટીની અસર વિના વ્યક્તિગત બ્રશ તત્વોની યાંત્રિક લાક્ષણિકતાઓ નક્કી કરવાનું શક્ય બનાવે છે.આ ડિઝાઇન (ટીપ કદ, ભૂમિતિ અને વસંત દર) સાથે AFM ચકાસણી પસંદ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે જે ખાસ કરીને નરમ સામગ્રી અને જૈવિક નમૂનાઓના ગુણધર્મોને માપવા માટે યોગ્ય છે.આ પદ્ધતિ ખૂબ જ નરમ સામગ્રી લેહફિલકોન A ના સચોટ માપન માટે સંવેદનશીલતા અને ચોકસાઈને સુધારે છે, જે સપાટીના વિસ્તાર (2 kPa સુધી) પર સ્થિતિસ્થાપકતાનું અત્યંત ઓછું મોડ્યુલસ અને આંતરિક (લગભગ 100%) જલીય વાતાવરણમાં અત્યંત ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપકતા ધરાવે છે. .સપાટીના અભ્યાસના પરિણામોએ માત્ર લેહફિલકોન A લેન્સની અલ્ટ્રા-સોફ્ટ સપાટીના ગુણધર્મો જ જાહેર કર્યા નથી, પણ એ પણ દર્શાવ્યું છે કે શાખાવાળા પોલિમર બ્રશનું મોડ્યુલસ સિલિકોન-હાઇડ્રોજન સબસ્ટ્રેટ સાથે તુલનાત્મક હતું.આ સપાટી લાક્ષણિકતા તકનીક અન્ય અલ્ટ્રા-સોફ્ટ સામગ્રી અને તબીબી ઉપકરણો પર લાગુ કરી શકાય છે.
જીવંત પેશીઓ સાથે સીધા સંપર્ક માટે રચાયેલ સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મો ઘણીવાર જૈવિક પર્યાવરણ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.આ ભૌતિક ગુણધર્મોનો સંપૂર્ણ મેળ પ્રતિકૂળ સેલ્યુલર પ્રતિભાવો 1,2,3 કર્યા વિના સામગ્રીની ઇચ્છિત ક્લિનિકલ લાક્ષણિકતાઓ પ્રાપ્ત કરવામાં મદદ કરે છે.જથ્થાબંધ સજાતીય સામગ્રી માટે, પ્રમાણભૂત પ્રક્રિયાઓ અને પરીક્ષણ પદ્ધતિઓ (દા.ત., માઈક્રોઈન્ડેન્ટેશન4,5,6) ની ઉપલબ્ધતાને કારણે યાંત્રિક ગુણધર્મોની લાક્ષણિકતા પ્રમાણમાં સરળ છે.જો કે, જેલ્સ, હાઇડ્રોજેલ્સ, બાયોપોલિમર્સ, જીવંત કોષો, વગેરે જેવી અલ્ટ્રા-સોફ્ટ સામગ્રીઓ માટે, માપન રીઝોલ્યુશન મર્યાદાઓ અને કેટલીક સામગ્રીની અસંગતતાને કારણે આ પરીક્ષણ પદ્ધતિઓ સામાન્ય રીતે લાગુ પડતી નથી.વર્ષોથી, પરંપરાગત ઇન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિઓમાં ફેરફાર કરવામાં આવ્યો છે અને સોફ્ટ સામગ્રીની વિશાળ શ્રેણીને દર્શાવવા માટે સ્વીકારવામાં આવી છે, પરંતુ ઘણી પદ્ધતિઓ હજુ પણ ગંભીર ખામીઓથી પીડાય છે જે તેમના ઉપયોગને મર્યાદિત કરે છે 8,9,10,11,12,13.વિશિષ્ટ પરીક્ષણ પદ્ધતિઓનો અભાવ જે સુપરસોફ્ટ સામગ્રી અને સપાટીના સ્તરોના યાંત્રિક ગુણધર્મોને સચોટ અને વિશ્વસનીય રીતે લાક્ષણિકતા આપી શકે છે તે વિવિધ એપ્લિકેશનોમાં તેમના ઉપયોગને ગંભીરપણે મર્યાદિત કરે છે.
અમારા અગાઉના કાર્યમાં, અમે લેહફિલકોન A (CL) કોન્ટેક્ટ લેન્સ રજૂ કર્યા હતા, જે આંખના કોર્નિયાની સપાટીથી પ્રેરિત સંભવિત બાયોમિમેટિક ડિઝાઇનમાંથી મેળવેલા તમામ અલ્ટ્રા-સોફ્ટ સપાટીના ગુણધર્મો સાથેનું નરમ વિજાતીય સામગ્રી છે.આ બાયોમટીરીયલને તબીબી ઉપકરણો માટે રચાયેલ સિલિકોન હાઇડ્રોજેલ (SiHy) 15 પર પોલી(2-મેથાક્રાયલોક્સિએથિલફોસ્ફોરીલકોલાઇન (MPC)) (PMPC) ના બ્રાંચેડ, ક્રોસ-લિંક્ડ પોલિમર લેયરને કલમ બનાવીને વિકસાવવામાં આવી હતી.આ કલમ બનાવવાની પ્રક્રિયા સપાટી પર એક સ્તર બનાવે છે જેમાં ખૂબ જ નરમ અને અત્યંત સ્થિતિસ્થાપક શાખાવાળા પોલિમરીક બ્રશનું માળખું હોય છે.અમારા અગાઉના કામે પુષ્ટિ કરી છે કે લેહફિલકોન A CL નું બાયોમિમેટિક માળખું સપાટીના શ્રેષ્ઠ ગુણધર્મો પ્રદાન કરે છે જેમ કે સુધારેલ ભીનાશ અને ફોલિંગ નિવારણ, વધેલી લુબ્રિસિટી અને ઘટાડેલા કોષ અને બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા15,16.વધુમાં, આ બાયોમિમેટિક સામગ્રીનો ઉપયોગ અને વિકાસ અન્ય બાયોમેડિકલ ઉપકરણોમાં વધુ વિસ્તરણ પણ સૂચવે છે.તેથી, આ અલ્ટ્રા-સોફ્ટ સામગ્રીના સપાટીના ગુણધર્મોને દર્શાવવું અને તેની આંખ સાથેની યાંત્રિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને સમજવી મહત્વપૂર્ણ છે જેથી ભવિષ્યના વિકાસ અને એપ્લિકેશનને સમર્થન આપવા માટે વ્યાપક જ્ઞાન આધાર બનાવવામાં આવે.મોટાભાગના વ્યવસાયિક રીતે ઉપલબ્ધ SiHy કોન્ટેક્ટ લેન્સ હાઇડ્રોફિલિક અને હાઇડ્રોફોબિક પોલિમરના એકસમાન મિશ્રણથી બનેલા હોય છે જે એક સમાન સામગ્રી માળખું બનાવે છે17.પરંપરાગત કમ્પ્રેશન, ટેન્સાઈલ અને માઈક્રોઈન્ડેન્ટેશન ટેસ્ટ પદ્ધતિઓ 18,19,20,21 નો ઉપયોગ કરીને તેમના યાંત્રિક ગુણધર્મોની તપાસ કરવા માટે કેટલાક અભ્યાસો હાથ ધરવામાં આવ્યા છે.જો કે, લેહફિલકોન A CL ની નવલકથા બાયોમિમેટિક ડિઝાઇન તેને એક અનન્ય વિજાતીય સામગ્રી બનાવે છે જેમાં બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશ સ્ટ્રક્ચર્સના યાંત્રિક ગુણધર્મો SiHy બેઝ સબસ્ટ્રેટ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે અલગ પડે છે.તેથી, પરંપરાગત અને ઇન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને આ ગુણધર્મોની ચોક્કસ માત્રા નક્કી કરવી ખૂબ જ મુશ્કેલ છે.એક આશાસ્પદ પદ્ધતિ એટોમિક ફોર્સ માઈક્રોસ્કોપી (AFM) માં લાગુ કરાયેલ નેનોઈન્ડેન્ટેશન પરીક્ષણ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરે છે, એક પદ્ધતિ જેનો ઉપયોગ જૈવિક કોષો અને પેશીઓ જેવા નરમ વિસ્કોએલાસ્ટિક પદાર્થોના યાંત્રિક ગુણધર્મો તેમજ સોફ્ટ પોલિમર 22,23,24,25 નક્કી કરવા માટે કરવામાં આવે છે. .26,27,28,29,30.AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશનમાં, નેનોઈન્ડેન્ટેશન ટેસ્ટિંગના ફંડામેન્ટલ્સને AFM ટેક્નોલૉજીમાં નવીનતમ એડવાન્સિસ સાથે જોડવામાં આવે છે જેથી કરીને માપન સંવેદનશીલતામાં વધારો થાય અને સ્વાભાવિક રીતે સુપરસોફ્ટ સામગ્રીની વિશાળ શ્રેણીનું પરીક્ષણ થાય31,32,33,34,35,36.આ ઉપરાંત, ટેક્નોલોજી વિવિધ ભૂમિતિઓના ઉપયોગ દ્વારા અન્ય મહત્વપૂર્ણ ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે.ઇન્ડેન્ટર અને ચકાસણી અને વિવિધ પ્રવાહી માધ્યમોમાં પરીક્ષણની શક્યતા.
AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશનને શરતી રીતે ત્રણ મુખ્ય ઘટકોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: (1) સાધનો (સેન્સર, ડિટેક્ટર્સ, પ્રોબ્સ, વગેરે);(2) માપન પરિમાણો (જેમ કે બળ, વિસ્થાપન, ઝડપ, રેમ્પ કદ, વગેરે);(3) ડેટા પ્રોસેસિંગ (બેઝલાઈન કરેક્શન, ટચ પોઈન્ટ એસ્ટીમેશન, ડેટા ફીટીંગ, મોડેલીંગ, વગેરે).આ પદ્ધતિ સાથેની એક નોંધપાત્ર સમસ્યા એ છે કે AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશનનો ઉપયોગ કરીને સાહિત્યમાં ઘણા અભ્યાસો સમાન નમૂના/કોષ/સામગ્રીના પ્રકાર37,38,39,40,41 માટે ખૂબ જ અલગ જથ્થાત્મક પરિણામોની જાણ કરે છે.ઉદાહરણ તરીકે, લેક્કા એટ અલ.યાંત્રિક રીતે સજાતીય હાઇડ્રોજેલ અને વિજાતીય કોષોના નમુનાઓના માપેલા યંગના મોડ્યુલસ પર AFM પ્રોબ ભૂમિતિના પ્રભાવનો અભ્યાસ અને સરખામણી કરવામાં આવી હતી.તેઓ અહેવાલ આપે છે કે મોડ્યુલસ મૂલ્યો કેન્ટિલવર પસંદગી અને ટીપ આકાર પર ખૂબ જ નિર્ભર છે, જેમાં પિરામિડ આકારની ચકાસણી માટે સૌથી વધુ મૂલ્ય અને ગોળાકાર ચકાસણી માટે 42 નું સૌથી ઓછું મૂલ્ય છે.એ જ રીતે, સેલ્હુબર-અન્કેલ એટ અલ.તે દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે કેવી રીતે ઇન્ડેન્ટર સ્પીડ, ઇન્ડેન્ટરનું કદ અને પોલિએક્રિલામાઇડ (PAAM) નમૂનાઓની જાડાઈ ACM43 નેનોઈન્ડેન્ટેશન દ્વારા માપવામાં આવેલા યંગના મોડ્યુલસને અસર કરે છે.અન્ય જટિલ પરિબળ પ્રમાણભૂત અત્યંત નીચા મોડ્યુલસ પરીક્ષણ સામગ્રી અને મફત પરીક્ષણ પ્રક્રિયાઓનો અભાવ છે.આનાથી આત્મવિશ્વાસ સાથે સચોટ પરિણામ મેળવવું ખૂબ મુશ્કેલ બને છે.જો કે, સમાન નમૂનાના પ્રકારો વચ્ચે સંબંધિત માપન અને તુલનાત્મક મૂલ્યાંકન માટે પદ્ધતિ ખૂબ જ ઉપયોગી છે, ઉદાહરણ તરીકે, કેન્સરના કોષો 44, 45 થી સામાન્ય કોષોને અલગ પાડવા માટે AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશનનો ઉપયોગ કરવો.
AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન સાથે નરમ સામગ્રીનું પરીક્ષણ કરતી વખતે, અંગૂઠાનો સામાન્ય નિયમ એ છે કે નીચા સ્પ્રિંગ કોન્સ્ટન્ટ (k) સાથે પ્રોબનો ઉપયોગ કરવો જે નમૂના મોડ્યુલસ અને ગોળાર્ધ/ગોળાકાર ટીપ સાથે નજીકથી મેળ ખાય છે જેથી પ્રથમ ચકાસણી નમૂનાની સપાટીને વીંધે નહીં. નરમ સામગ્રી સાથે પ્રથમ સંપર્ક.તે પણ મહત્વનું છે કે ચકાસણી દ્વારા પેદા થયેલ ડિફ્લેક્શન સિગ્નલ લેસર ડિટેક્ટર સિસ્ટમ 24,34,46,47 દ્વારા શોધી શકાય તેટલા મજબૂત હોય.અલ્ટ્રા-સોફ્ટ વિજાતીય કોષો, પેશીઓ અને જેલ્સના કિસ્સામાં, અન્ય પડકાર એ છે કે પ્રજનનક્ષમ અને વિશ્વસનીય માપન 48,49,50 સુનિશ્ચિત કરવા માટે ચકાસણી અને નમૂનાની સપાટી વચ્ચેના એડહેસિવ બળને દૂર કરવાનો છે.તાજેતરમાં સુધી, AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પરના મોટા ભાગના કામો પ્રમાણમાં મોટા ગોળાકાર પ્રોબ્સનો ઉપયોગ કરીને જૈવિક કોષો, પેશીઓ, જેલ્સ, હાઈડ્રોજેલ્સ અને બાયોમોલેક્યુલ્સના યાંત્રિક વર્તણૂકના અભ્યાસ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, જેને સામાન્ય રીતે કોલોઈડલ પ્રોબ્સ (CPs) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે., 47, 51, 52, 53, 54, 55. આ ટીપ્સ 1 થી 50 µm ની ત્રિજ્યા ધરાવે છે અને તે સામાન્ય રીતે બોરોસિલિકેટ ગ્લાસ, પોલિમિથાઈલ મેથાક્રીલેટ (PMMA), પોલિસ્ટરીન (PS), સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO2) અને હીરામાંથી બનાવવામાં આવે છે. જેમ કે કાર્બન (DLC).જોકે CP-AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન એ સોફ્ટ સેમ્પલ કેરેક્ટરાઈઝેશન માટે ઘણી વખત પ્રથમ પસંદગી છે, તેની પોતાની સમસ્યાઓ અને મર્યાદાઓ છે.મોટી, માઇક્રોન-કદની ગોળાકાર ટીપ્સનો ઉપયોગ નમૂના સાથે ટીપના કુલ સંપર્ક વિસ્તારને વધારે છે અને પરિણામે અવકાશી રીઝોલ્યુશનમાં નોંધપાત્ર નુકસાન થાય છે.નરમ, અસંગત નમુનાઓ માટે, જ્યાં સ્થાનિક તત્વોના યાંત્રિક ગુણધર્મો વિશાળ વિસ્તારની સરેરાશ કરતા નોંધપાત્ર રીતે અલગ હોઈ શકે છે, CP ઇન્ડેન્ટેશન સ્થાનિક સ્કેલ52 પર ગુણધર્મોમાં કોઈપણ અસંગતતાને છુપાવી શકે છે.કોલોઇડલ પ્રોબ્સ સામાન્ય રીતે ઇપોક્સી એડહેસિવ્સનો ઉપયોગ કરીને ટીપલેસ કેન્ટિલિવર્સ સાથે માઇક્રોન-કદના કોલોઇડલ સ્ફિયર્સને જોડીને બનાવવામાં આવે છે.મેન્યુફેક્ચરિંગ પ્રક્રિયા પોતે ઘણી સમસ્યાઓથી ભરપૂર છે અને તે પ્રોબ કેલિબ્રેશન પ્રક્રિયામાં અસંગતતાઓ તરફ દોરી શકે છે.વધુમાં, કોલોઇડલ કણોનું કદ અને દળ કેન્ટિલવરના મુખ્ય માપાંકન પરિમાણોને સીધી અસર કરે છે, જેમ કે રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી, સ્પ્રિંગ જડતા અને ડિફ્લેક્શન સંવેદનશીલતા56,57,58.આમ, પરંપરાગત AFM ચકાસણીઓ માટે સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિઓ, જેમ કે તાપમાન માપાંકન, કદાચ CP માટે ચોક્કસ માપાંકન પૂરું પાડતું નથી, અને આ સુધારાઓ કરવા માટે અન્ય પદ્ધતિઓની જરૂર પડી શકે છે. નરમ નમૂનાઓના ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરો, જે પ્રમાણમાં મોટા વિચલનો 62,63,64 પર કેન્ટિલવરના બિન-રેખીય વર્તનને માપાંકિત કરતી વખતે બીજી સમસ્યા ઊભી કરે છે.આધુનિક કોલોઇડલ પ્રોબ ઇન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિઓ સામાન્ય રીતે ચકાસણીને માપાંકિત કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા કેન્ટિલવરની ભૂમિતિને ધ્યાનમાં લે છે, પરંતુ કોલોઇડલ કણોના પ્રભાવને અવગણે છે, જે પદ્ધતિ38,61ની ચોકસાઈમાં વધારાની અનિશ્ચિતતા બનાવે છે.એ જ રીતે, સંપર્ક મોડલ ફિટિંગ દ્વારા ગણતરી કરાયેલ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલી ઇન્ડેન્ટેશન પ્રોબની ભૂમિતિ પર સીધો આધાર રાખે છે, અને ટિપ અને નમૂનાની સપાટીની લાક્ષણિકતાઓ વચ્ચે અસંગતતા અચોક્કસતા તરફ દોરી શકે છે27, 65, 66, 67, 68. સ્પેન્સર એટ અલ દ્વારા તાજેતરના કેટલાક કાર્યો.CP-AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને સોફ્ટ પોલિમર બ્રશની લાક્ષણિકતા કરતી વખતે ધ્યાનમાં લેવા જોઈએ તે પરિબળોને પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યા છે.તેઓએ અહેવાલ આપ્યો કે ઝડપના કાર્ય તરીકે પોલિમર બ્રશમાં ચીકણું પ્રવાહી જાળવી રાખવાથી હેડ લોડિંગમાં વધારો થાય છે અને તેથી ઝડપ આધારિત ગુણધર્મોના વિવિધ માપન 30,69,70,71.
આ અભ્યાસમાં, અમે સંશોધિત AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને અલ્ટ્રા-સોફ્ટ અત્યંત સ્થિતિસ્થાપક સામગ્રી લેહફિલકોન A CL ની સપાટીના મોડ્યુલસને દર્શાવ્યું છે.આ સામગ્રીના ગુણધર્મો અને નવી રચનાને જોતાં, પરંપરાગત ઇન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિની સંવેદનશીલતા શ્રેણી આ અત્યંત નરમ સામગ્રીના મોડ્યુલસને દર્શાવવા માટે સ્પષ્ટપણે અપૂરતી છે, તેથી ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા અને ઓછી સંવેદનશીલતા સાથે AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવો જરૂરી છે.સ્તરવર્તમાન કોલોઇડલ AFM પ્રોબ નેનોઇન્ડેન્ટેશન તકનીકોની ખામીઓ અને સમસ્યાઓની સમીક્ષા કર્યા પછી, અમે બતાવીએ છીએ કે અમે સંવેદનશીલતા, પૃષ્ઠભૂમિ અવાજ, સંપર્કના બિંદુ બિંદુ, પ્રવાહી રીટેન્શન જેવી નરમ વિજાતીય સામગ્રીના વેગ મોડ્યુલસને દૂર કરવા માટે શા માટે એક નાની, કસ્ટમ-ડિઝાઇન કરેલ AFM ચકાસણી પસંદ કરી. નિર્ભરતાઅને સચોટ પ્રમાણીકરણ.વધુમાં, અમે ઇન્ડેન્ટેશન ટિપના આકાર અને પરિમાણોને સચોટ રીતે માપવામાં સક્ષમ હતા, જે અમને સામગ્રી સાથેના ટિપના સંપર્ક વિસ્તારનું મૂલ્યાંકન કર્યા વિના સ્થિતિસ્થાપકતાના મોડ્યુલસને નિર્ધારિત કરવા માટે શંકુ-ગોળા ફિટ મોડેલનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે.બે ગર્ભિત ધારણાઓ કે જે આ કાર્યમાં પરિમાણિત છે તે સંપૂર્ણ સ્થિતિસ્થાપક સામગ્રી ગુણધર્મો અને ઇન્ડેન્ટેશન ઊંડાઈ-સ્વતંત્ર મોડ્યુલસ છે.આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને, અમે પદ્ધતિને માપવા માટે જાણીતા મોડ્યુલસ સાથે સૌપ્રથમ અલ્ટ્રા-સોફ્ટ ધોરણોનું પરીક્ષણ કર્યું, અને પછી બે અલગ અલગ કોન્ટેક્ટ લેન્સ સામગ્રીની સપાટીને લાક્ષણિકતા આપવા માટે આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કર્યો.વધેલી સંવેદનશીલતા સાથે AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન સપાટીઓને લાક્ષણિકતા આપવાની આ પદ્ધતિ તબીબી ઉપકરણો અને બાયોમેડિકલ એપ્લિકેશન્સમાં સંભવિત ઉપયોગ સાથે બાયોમિમેટિક વિજાતીય અલ્ટ્રાસોફ્ટ સામગ્રીની વિશાળ શ્રેણી પર લાગુ થવાની અપેક્ષા છે.
લેહફિલકોન એ કોન્ટેક્ટ લેન્સ (આલ્કોન, ફોર્ટ વર્થ, ટેક્સાસ, યુએસએ) અને તેમના સિલિકોન હાઇડ્રોજેલ સબસ્ટ્રેટ નેનોઈન્ડેન્ટેશન પ્રયોગો માટે પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા.પ્રયોગમાં ખાસ ડિઝાઇન કરાયેલ લેન્સ માઉન્ટનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.પરીક્ષણ માટે લેન્સ ઇન્સ્ટોલ કરવા માટે, તેને કાળજીપૂર્વક ગુંબજ આકારના સ્ટેન્ડ પર મૂકવામાં આવ્યું હતું, ખાતરી કરો કે અંદર કોઈ હવાના પરપોટા ન આવે, અને પછી કિનારીઓ સાથે ઠીક કરવામાં આવે.લેન્સ ધારકની ટોચ પર ફિક્સ્ચરમાં એક છિદ્ર પ્રવાહીને સ્થાને રાખતી વખતે નેનોઈન્ડેન્ટેશન પ્રયોગો માટે લેન્સના ઓપ્ટિકલ સેન્ટરની ઍક્સેસ પ્રદાન કરે છે.આ લેન્સને સંપૂર્ણપણે હાઇડ્રેટેડ રાખે છે.500 μl કોન્ટેક્ટ લેન્સ પેકેજીંગ સોલ્યુશનનો ઉપયોગ ટેસ્ટ સોલ્યુશન તરીકે કરવામાં આવ્યો હતો.જથ્થાત્મક પરિણામો ચકાસવા માટે, વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ બિન-સક્રિયકૃત પોલિએક્રાયલામાઇડ (PAAM) હાઇડ્રોજેલ્સ પોલિએક્રીલામાઇડ-કો-મેથીલીન-બિસાક્રાયલામાઇડ રચના (100 mm Petrisoft Petri dishes, Matrigen, Irvine, CA, USA), એક જાણીતા સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસમાંથી તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. kPa4-5 ટીપાં (અંદાજે 125 μl) ફોસ્ફેટ બફર કરેલ ખારા (કોર્નિંગ લાઇફ સાયન્સ, ટેવક્સબરી, એમએ, યુએસએમાંથી પીબીએસ) અને 1 ટીપા ઓપીટીઆઈ-ફ્રી પ્યુરમોઇસ્ટ કોન્ટેક્ટ લેન્સ સોલ્યુશન (એલ્કન, વોડ, ટીએક્સ, યુએસએ) નો ઉપયોગ કરો.) એએફએમ હાઇડ્રોજેલ-પ્રોબ ઇન્ટરફેસ પર.
સ્કેનિંગ ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ (STEM) ડિટેક્ટરથી સજ્જ FEI ક્વોન્ટા 250 ફિલ્ડ એમિશન સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ (FEG SEM) સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને લેહફિલકોન A CL અને SiHy સબસ્ટ્રેટ્સના નમૂનાઓ વિઝ્યુઅલાઈઝ કરવામાં આવ્યા હતા.નમૂનાઓ તૈયાર કરવા માટે, લેન્સને પહેલા પાણીથી ધોઈને પાઈ-આકારના ફાચરમાં કાપવામાં આવ્યા હતા.નમૂનાઓના હાઇડ્રોફિલિક અને હાઇડ્રોફોબિક ઘટકો વચ્ચેનો વિભેદક વિરોધાભાસ હાંસલ કરવા માટે, RuO4 ના 0.10% સ્થિર દ્રાવણનો ઉપયોગ રંગ તરીકે કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં નમૂનાઓને 30 મિનિટ માટે નિમજ્જિત કરવામાં આવ્યા હતા.લેહફિલકોન A CL RuO4 સ્ટેનિંગ માત્ર સુધારેલ વિભેદક કોન્ટ્રાસ્ટ પ્રાપ્ત કરવા માટે જ મહત્વપૂર્ણ નથી, પરંતુ તે બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશની રચનાને તેમના મૂળ સ્વરૂપમાં જાળવવામાં પણ મદદ કરે છે, જે પછી STEM છબીઓ પર દેખાય છે.તે પછી ઇથેનોલની સાંદ્રતામાં વધારો સાથે ઇથેનોલ/પાણીના મિશ્રણની શ્રેણીમાં ધોવાઇ અને નિર્જલીકૃત કરવામાં આવ્યા.ત્યારબાદ નમૂનાઓને EMBed 812/Araldite epoxy સાથે નાખવામાં આવ્યા હતા, જે 70°C પર રાતોરાત સાજા થઈ ગયા હતા.રેઝિન પોલિમરાઇઝેશન દ્વારા મેળવેલા નમૂના બ્લોક્સને અલ્ટ્રામાઇક્રોટોમ વડે કાપવામાં આવ્યા હતા, અને પરિણામી પાતળા વિભાગોને 30 kV ના પ્રવેગક વોલ્ટેજ પર નીચા વેક્યૂમ મોડમાં STEM ડિટેક્ટર વડે વિઝ્યુઅલાઈઝ કરવામાં આવ્યા હતા.સમાન SEM સિસ્ટમનો ઉપયોગ PFQNM-LC-A-CAL AFM ચકાસણી (બ્રુકર નેનો, સાન્ટા બાર્બરા, CA, USA) ના વિગતવાર વર્ણન માટે કરવામાં આવ્યો હતો.AFM ચકાસણીની SEM છબીઓ 30 kV ના પ્રવેગક વોલ્ટેજ સાથે લાક્ષણિક ઉચ્ચ વેક્યૂમ મોડમાં મેળવવામાં આવી હતી.AFM પ્રોબ ટીપના આકાર અને કદની તમામ વિગતો રેકોર્ડ કરવા માટે વિવિધ ખૂણાઓ અને વિસ્તરણ પર છબીઓ મેળવો.છબીઓમાં રસના તમામ ટીપ પરિમાણો ડિજિટલ રીતે માપવામાં આવ્યા હતા.
એક ડાયમેન્શન ફાસ્ટસ્કેન બાયો આઇકોન અણુ બળ માઇક્રોસ્કોપ (બ્રુકર નેનો, સાન્ટા બાર્બરા, CA, યુએસએ) "પીકફોર્સ QNM ઇન ફ્લુઇડ" મોડનો ઉપયોગ લેહફિલકોન A CL, SiHy સબસ્ટ્રેટ અને PAAm હાઇડ્રોજેલ નમૂનાઓને વિઝ્યુઅલાઇઝ અને નેનોઇન્ડેન્ટેટ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.ઇમેજિંગ પ્રયોગો માટે, 0.50 Hz ના સ્કેન દરે નમૂનાની ઉચ્ચ રિઝોલ્યુશન છબીઓ મેળવવા માટે 1 nm ની નજીવી ટીપ ત્રિજ્યા સાથે PEAKFORCE-HIRS-FA પ્રોબ (બ્રુકર) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.બધી છબીઓ જલીય દ્રાવણમાં લેવામાં આવી હતી.
AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પ્રયોગો PFQNM-LC-A-CAL પ્રોબ (બ્રુકર) નો ઉપયોગ કરીને હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા.AFM પ્રોબમાં 45 kHz ની રેઝોનન્ટ આવર્તન સાથે 345 nm જાડા, 54 µm લાંબા અને 4.5 µm પહોળા નાઈટ્રાઈડ કેન્ટીલીવર પર સિલિકોન ટીપ છે.તે ખાસ કરીને સોફ્ટ જૈવિક નમૂનાઓ પર જથ્થાત્મક નેનોમેકનિકલ માપન લાક્ષણિકતા અને કરવા માટે રચાયેલ છે.સેન્સર્સને ફેક્ટરીમાં પ્રી-કેલિબ્રેટેડ સ્પ્રિંગ સેટિંગ્સ સાથે વ્યક્તિગત રીતે માપાંકિત કરવામાં આવે છે.આ અભ્યાસમાં વપરાતી ચકાસણીઓના વસંત સ્થિરાંકો 0.05–0.1 N/m ની રેન્જમાં હતા.ટીપના આકાર અને કદને ચોક્કસ રીતે નિર્ધારિત કરવા માટે, SEM નો ઉપયોગ કરીને ચકાસણીને વિગતવાર દર્શાવવામાં આવી હતી.અંજીર પર.આકૃતિ 1a એ PFQNM-LC-A-CAL ચકાસણીનું ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન, નીચું વિસ્તરણ સ્કેનીંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોગ્રાફ દર્શાવે છે, જે ચકાસણી ડિઝાઇનનું સર્વગ્રાહી દૃશ્ય પ્રદાન કરે છે.અંજીર પર.1b એ પ્રોબ ટીપની ટોચનું મોટું દૃશ્ય બતાવે છે, જે ટીપના આકાર અને કદ વિશે માહિતી પ્રદાન કરે છે.આત્યંતિક છેડે, સોય લગભગ 140 એનએમ વ્યાસનો ગોળાર્ધ છે (ફિગ. 1c).આની નીચે, ટિપ શંકુ આકારમાં ફેરવાય છે, આશરે 500 nm ની માપેલી લંબાઈ સુધી પહોંચે છે.ટેપરિંગ ક્ષેત્રની બહાર, ટીપ નળાકાર છે અને 1.18 µm ની કુલ ટીપ લંબાઈમાં સમાપ્ત થાય છે.આ પ્રોબ ટીપનો મુખ્ય કાર્યાત્મક ભાગ છે.આ ઉપરાંત, કોલોઇડલ પ્રોબ તરીકે પરીક્ષણ માટે 45 µm ની ટીપ વ્યાસ અને 2 N/m ની સ્પ્રિંગ કોન્સ્ટન્ટ સાથે મોટી ગોળાકાર પોલિસ્ટરીન (PS) પ્રોબ (નોવાસ્કન ટેક્નોલોજીસ, ઇન્ક., બૂન, આયોવા, યુએસએ) નો પણ ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.સરખામણી માટે PFQNM-LC-A-CAL 140 nm ચકાસણી સાથે.
એવું નોંધવામાં આવ્યું છે કે નેનોઈન્ડેન્ટેશન દરમિયાન AFM પ્રોબ અને પોલિમર બ્રશ સ્ટ્રક્ચર વચ્ચે પ્રવાહી ફસાઈ શકે છે, જે ખરેખર સપાટીને સ્પર્શે તે પહેલાં AFM પ્રોબ પર ઉપરની તરફ દબાણ કરશે.પ્રવાહી રીટેન્શનને કારણે આ ચીકણું એક્સટ્રુઝન અસર સંપર્કના દેખીતા બિંદુને બદલી શકે છે, જેનાથી સપાટીના મોડ્યુલસ માપને અસર થાય છે.પ્રવાહી રીટેન્શન પર પ્રોબ ભૂમિતિ અને ઇન્ડેન્ટેશન ઝડપની અસરનો અભ્યાસ કરવા માટે, 1 µm/s અને 2 µm/s ના સતત વિસ્થાપન દરે 140 nm વ્યાસની ચકાસણીનો ઉપયોગ કરીને લેહફિલકોન A CL નમૂનાઓ માટે ઇન્ડેન્ટેશન ફોર્સ કર્વ્સનું આયોજન કરવામાં આવ્યું હતું.પ્રોબ વ્યાસ 45 µm, નિશ્ચિત બળ સેટિંગ 6 nN 1 µm/s પર પ્રાપ્ત થયું.140 nm વ્યાસની ચકાસણી સાથેના પ્રયોગો 1 µm/s ની ઇન્ડેન્ટેશન ગતિ અને 300 pN ના સમૂહ બળ પર હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા, જે ઉપલા પોપચાની શારીરિક શ્રેણી (1–8 kPa) ની અંદર સંપર્ક દબાણ બનાવવા માટે પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા.દબાણ 72. 1 kPa ના દબાણ સાથે PAA હાઇડ્રોજેલના નરમ તૈયાર નમૂનાઓ 140 nm ના વ્યાસ સાથે ચકાસણીનો ઉપયોગ કરીને 1 μm/s ની ઝડપે 50 pN ના ઇન્ડેન્ટેશન ફોર્સ માટે પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યા હતા.
PFQNM-LC-A-CAL પ્રોબની ટીપના શંક્વાકાર ભાગની લંબાઈ લગભગ 500 nm છે, કોઈપણ ઇન્ડેન્ટેશન ઊંડાઈ < 500 nm માટે તે સુરક્ષિત રીતે માની શકાય છે કે ઇન્ડેન્ટેશન દરમિયાન ચકાસણીની ભૂમિતિ તેના માટે સાચી રહેશે. શંકુ આકાર.વધુમાં, એવું માનવામાં આવે છે કે પરીક્ષણ હેઠળની સામગ્રીની સપાટી ઉલટાવી શકાય તેવું સ્થિતિસ્થાપક પ્રતિભાવ પ્રદર્શિત કરશે, જે નીચેના વિભાગોમાં પણ પુષ્ટિ કરવામાં આવશે.તેથી, ટીપના આકાર અને કદના આધારે, અમે અમારા AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પ્રયોગો (નેનોસ્કોપ) પર પ્રક્રિયા કરવા માટે બ્રિસ્કો, સેબાસ્ટિયન અને એડમ્સ દ્વારા વિકસિત શંકુ-ગોળા ફિટિંગ મોડલ પસંદ કર્યું, જે વિક્રેતાના સોફ્ટવેરમાં ઉપલબ્ધ છે.વિભાજન ડેટા વિશ્લેષણ સોફ્ટવેર, બ્રુકર) 73. આ મોડેલ ગોળાકાર સર્વોચ્ચ ખામીવાળા શંકુ માટે બળ-વિસ્થાપન સંબંધ F(δ) નું વર્ણન કરે છે.અંજીર પર.આકૃતિ 2 ગોળાકાર ટીપ સાથે કઠોર શંકુની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દરમિયાન સંપર્ક ભૂમિતિ દર્શાવે છે, જ્યાં R એ ગોળાકાર છેડાની ત્રિજ્યા છે, a એ સંપર્ક ત્રિજ્યા છે, b એ ગોળાકાર છેડાના અંતે સંપર્ક ત્રિજ્યા છે, δ છે સંપર્ક ત્રિજ્યા.ઇન્ડેન્ટેશન ડેપ્થ, θ એ શંકુનો અડધો-કોણ છે.આ ચકાસણીની SEM ઈમેજ સ્પષ્ટપણે દર્શાવે છે કે 140 nm વ્યાસની ગોળાકાર ટીપ સ્પર્શક રીતે શંકુમાં ભળી જાય છે, તેથી અહીં b એ માત્ર R દ્વારા વ્યાખ્યાયિત થયેલ છે, એટલે કે b = R cos θ.વિક્રેતા દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવેલ સોફ્ટવેર એ > b ધારીને ફોર્સ સેપરેશન ડેટામાંથી યંગના મોડ્યુલસ (E) મૂલ્યોની ગણતરી કરવા માટે શંકુ-ગોળા સંબંધ પૂરો પાડે છે.સંબંધ:
જ્યાં F એ ઇન્ડેન્ટેશન ફોર્સ છે, E એ યંગનું મોડ્યુલસ છે, ν એ પોઈસનનો ગુણોત્તર છે.સંપર્ક ત્રિજ્યા a નો ઉપયોગ કરીને અંદાજિત કરી શકાય છે:
બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશના સપાટીના સ્તર સાથે લેફિલકોન કોન્ટેક્ટ લેન્સની સામગ્રીમાં દબાવવામાં આવેલા ગોળાકાર ટીપ સાથે સખત શંકુની સંપર્ક ભૂમિતિની યોજના.
જો a ≤ b હોય, તો સંબંધ પરંપરાગત ગોળાકાર ઇન્ડેન્ટર માટેના સમીકરણમાં ઘટાડે છે;
અમે માનીએ છીએ કે PMPC પોલિમર બ્રશના બ્રાન્ચ્ડ સ્ટ્રક્ચર સાથે ઇન્ડેન્ટિંગ પ્રોબની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના કારણે સંપર્ક ત્રિજ્યા a ગોળાકાર સંપર્ક ત્રિજ્યા b કરતાં વધુ હશે.તેથી, આ અભ્યાસમાં કરવામાં આવેલ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસના તમામ જથ્થાત્મક માપન માટે, અમે કેસ a > b માટે મેળવેલ અવલંબનનો ઉપયોગ કર્યો.
આ અભ્યાસમાં અભ્યાસ કરવામાં આવેલ અલ્ટ્રાસોફ્ટ બાયોમિમેટીક સામગ્રીને સેમ્પલ ક્રોસ સેક્શનની સ્કેનિંગ ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (STEM) અને સપાટીની એટોમિક ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપી (AFM) નો ઉપયોગ કરીને વ્યાપકપણે ઇમેજ કરવામાં આવી હતી.આ વિગતવાર સપાટી લાક્ષણિકતા અમારા અગાઉ પ્રકાશિત કાર્યના વિસ્તરણ તરીકે કરવામાં આવી હતી, જેમાં અમે નિર્ધારિત કર્યું છે કે PMPC-સંશોધિત લેહફિલકોન A CL સપાટીની ગતિશીલ રીતે શાખાવાળી પોલિમરીક બ્રશ માળખું મૂળ કોર્નિયલ પેશી 14 માટે સમાન યાંત્રિક ગુણધર્મો દર્શાવે છે.આ કારણોસર, અમે કોન્ટેક્ટ લેન્સ સપાટીઓને બાયોમિમેટિક સામગ્રી તરીકે ઓળખીએ છીએ14.અંજીર પર.3a,b અનુક્રમે લેહફિલકોન A CL સબસ્ટ્રેટ અને સારવાર ન કરાયેલ SiHy સબસ્ટ્રેટની સપાટી પર બ્રાન્ચ્ડ PMPC પોલિમર બ્રશ સ્ટ્રક્ચર્સના ક્રોસ સેક્શન દર્શાવે છે.ઉચ્ચ-રિઝોલ્યુશન AFM છબીઓનો ઉપયોગ કરીને બંને નમૂનાઓની સપાટીઓનું વધુ વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું, જેણે STEM વિશ્લેષણના પરિણામોની પુષ્ટિ કરી હતી (ફિગ. 3c, d).એકસાથે લેવાયેલી, આ છબીઓ 300-400 nm પર PMPC બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશ સ્ટ્રક્ચરની અંદાજિત લંબાઈ આપે છે, જે AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન માપનના અર્થઘટન માટે મહત્વપૂર્ણ છે.ઈમેજીસમાંથી મેળવવામાં આવેલ અન્ય ચાવીરૂપ અવલોકન એ છે કે સીએલ બાયોમિમેટીક સામગ્રીની એકંદર સપાટીનું માળખું SiHy સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી કરતા મોર્ફોલોજિકલી અલગ છે.તેમની સપાટીના મોર્ફોલોજીમાં આ તફાવત ઇન્ડેન્ટિંગ AFM પ્રોબ સાથે તેમની યાંત્રિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દરમિયાન અને ત્યારબાદ માપેલા મોડ્યુલસ મૂલ્યોમાં સ્પષ્ટ થઈ શકે છે.
(a) lehfilcon A CL અને (b) SiHy સબસ્ટ્રેટની ક્રોસ-વિભાગીય STEM છબીઓ.સ્કેલ બાર, 500 એનએમ.લેહફિલકોન A CL સબસ્ટ્રેટ (c) અને આધાર SiHy સબસ્ટ્રેટ (d) (3 µm × 3 µm) ની સપાટીની AFM છબીઓ.
બાયોઇન્સાયર્ડ પોલિમર અને પોલિમર બ્રશ સ્ટ્રક્ચર્સ સ્વાભાવિક રીતે નરમ હોય છે અને તેનો વ્યાપકપણે અભ્યાસ અને વિવિધ બાયોમેડિકલ એપ્લિકેશન્સમાં ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે74,75,76,77.તેથી, AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવો મહત્વપૂર્ણ છે, જે તેમના યાંત્રિક ગુણધર્મોને ચોક્કસ અને વિશ્વસનીય રીતે માપી શકે છે.પરંતુ તે જ સમયે, આ અલ્ટ્રા-સોફ્ટ સામગ્રીના અનન્ય ગુણધર્મો, જેમ કે અત્યંત નીચા સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ, ઉચ્ચ પ્રવાહી સામગ્રી અને ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપકતા, ઘણી વખત ઇન્ડેન્ટીંગ પ્રોબની યોગ્ય સામગ્રી, આકાર અને આકાર પસંદ કરવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે.કદઆ મહત્વપૂર્ણ છે જેથી ઇન્ડેન્ટર નમૂનાની નરમ સપાટીને વીંધે નહીં, જે સપાટી સાથેના સંપર્કના બિંદુ અને સંપર્કના ક્ષેત્રને નિર્ધારિત કરવામાં ભૂલો તરફ દોરી જશે.
આ માટે, અલ્ટ્રા-સોફ્ટ બાયોમિમેટિક સામગ્રી (લેહફિલકોન A CL) ના મોર્ફોલોજીની વ્યાપક સમજ જરૂરી છે.ઇમેજિંગ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને મેળવેલા બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશના કદ અને બંધારણ વિશેની માહિતી એએફએમ નેનોઈન્ડેન્ટેશન તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને સપાટીના યાંત્રિક લાક્ષણિકતા માટેનો આધાર પૂરો પાડે છે.માઇક્રોન-કદના ગોળાકાર કોલોઇડલ પ્રોબ્સને બદલે, અમે 140 એનએમના ટિપ વ્યાસ સાથે PFQNM-LC-A-CAL સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ પ્રોબ (બ્રુકર) પસંદ કર્યું છે, જે ખાસ કરીને જૈવિક નમૂનાઓ 78, 79, 78, 79 ના યાંત્રિક ગુણધર્મોના માત્રાત્મક મેપિંગ માટે રચાયેલ છે. , 81, 82, 83, 84 પરંપરાગત કોલોઇડલ પ્રોબ્સની તુલનામાં પ્રમાણમાં તીક્ષ્ણ ચકાસણીઓનો ઉપયોગ કરવાનો તર્ક સામગ્રીના માળખાકીય લક્ષણો દ્વારા સમજાવી શકાય છે.ફિગ. 3a માં બતાવેલ CL લેહફિલકોન A ની સપાટી પરના બ્રાન્ચવાળા પોલિમર બ્રશ સાથે પ્રોબ ટિપના કદ (~140 nm)ની સરખામણી કરતા, તે તારણ કાઢી શકાય છે કે આ બ્રશ સ્ટ્રક્ચર્સ સાથે સીધા સંપર્કમાં આવવા માટે ટીપ એટલી મોટી છે કે જે તેમના દ્વારા ટિપ વેધનની તક ઘટાડે છે.આ મુદ્દાને સમજાવવા માટે, ફિગ. 4 માં લેહફિલકોન A CL ની STEM ઇમેજ અને AFM પ્રોબની ઇન્ડેન્ટિંગ ટીપ છે (સ્કેલ પર દોરવામાં આવી છે).
લેહફિલકોન A CL અને ACM ઇન્ડેન્ટેશન પ્રોબની STEM છબી દર્શાવતી યોજનાકીય (સ્કેલ પર દોરવામાં આવી છે).
વધુમાં, CP-AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિ 69,71 દ્વારા ઉત્પાદિત પોલિમર બ્રશ માટે અગાઉ નોંધાયેલ કોઈપણ સ્ટીકી એક્સટ્રુઝન અસરોના જોખમને ટાળવા માટે 140 nm નું ટીપનું કદ એટલું નાનું છે.અમે ધારીએ છીએ કે વિશિષ્ટ શંકુ-ગોળાકાર આકાર અને આ AFM ટિપ (ફિગ. 1) ના પ્રમાણમાં નાના કદને લીધે, લેહફિલકોન A CL નેનોઈન્ડેન્ટેશન દ્વારા જનરેટ થતા બળ વળાંકની પ્રકૃતિ ઇન્ડેન્ટેશનની ઝડપ અથવા લોડિંગ/અનલોડિંગ ઝડપ પર આધારિત રહેશે નહીં. .તેથી, તે પોરોઇલાસ્ટિક અસરોથી પ્રભાવિત નથી.આ પૂર્વધારણાને ચકાસવા માટે, PFQNM-LC-A-CAL ચકાસણીનો ઉપયોગ કરીને લેહફિલકોન A CL નમૂનાઓ નિશ્ચિત મહત્તમ બળ પર ઇન્ડેન્ટ કરવામાં આવ્યા હતા, પરંતુ બે અલગ-અલગ વેગ પર, અને પરિણામી તનાવ અને રિટ્રેક્ટ ફોર્સ કર્વ્સનો ઉપયોગ બળ (nN) કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. વિભાજનમાં (µm) આકૃતિ 5a માં બતાવેલ છે.તે સ્પષ્ટ છે કે લોડિંગ અને અનલોડિંગ દરમિયાન બળ વણાંકો સંપૂર્ણપણે ઓવરલેપ થાય છે, અને એવા કોઈ સ્પષ્ટ પુરાવા નથી કે શૂન્ય ઇન્ડેન્ટેશન ઊંડાઈ પર ફોર્સ શીયર આકૃતિમાં ઇન્ડેન્ટેશન ઝડપ સાથે વધે છે, જે સૂચવે છે કે વ્યક્તિગત બ્રશ તત્વો પોરોઇલાસ્ટિક અસર વિના લાક્ષણિકતા ધરાવતા હતા.તેનાથી વિપરીત, 45 µm વ્યાસની AFM ચકાસણી માટે સમાન ઇન્ડેન્ટેશન ઝડપે પ્રવાહી રીટેન્શન ઇફેક્ટ્સ (ચીકણું એક્સટ્રુઝન અને પોરોઇલાસ્ટીસીટી ઇફેક્ટ્સ) સ્પષ્ટ છે અને આકૃતિ 5b માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સ્ટ્રેચ અને રિટ્રેક્ટ કર્વ્સ વચ્ચેના હિસ્ટેરેસિસ દ્વારા પ્રકાશિત થાય છે.આ પરિણામો પૂર્વધારણાને સમર્થન આપે છે અને સૂચવે છે કે 140 nm વ્યાસની ચકાસણીઓ આવી નરમ સપાટીઓને લાક્ષણિકતા આપવા માટે સારી પસંદગી છે.
lehfilcon A CL ઇન્ડેન્ટેશન ફોર્સ ACM નો ઉપયોગ કરીને વણાંકો;(a) સપાટીના ઇન્ડેન્ટેશન દરમિયાન પોરોઇલાસ્ટિક અસરની ગેરહાજરી દર્શાવતા, બે લોડિંગ દરે 140 એનએમના વ્યાસ સાથે પ્રોબનો ઉપયોગ કરીને;(b) 45 µm અને 140 nm વ્યાસ સાથે પ્રોબનો ઉપયોગ કરીને.s નાની ચકાસણીઓની સરખામણીમાં મોટી ચકાસણીઓ માટે ચીકણું એક્સટ્રુઝન અને પોરોઇલાસ્ટીસીટીની અસરો દર્શાવે છે.
અલ્ટ્રાસોફ્ટ સપાટીઓને લાક્ષણિકતા આપવા માટે, AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિઓમાં અભ્યાસ હેઠળની સામગ્રીના ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા માટે શ્રેષ્ઠ ચકાસણી હોવી આવશ્યક છે.ટીપના આકાર અને કદ ઉપરાંત, AFM ડિટેક્ટર સિસ્ટમની સંવેદનશીલતા, પરીક્ષણ વાતાવરણમાં ટિપ ડિફ્લેક્શન પ્રત્યેની સંવેદનશીલતા અને કેન્ટીલીવરની જડતા નેનોઈન્ડેન્ટેશનની ચોકસાઈ અને વિશ્વસનીયતા નક્કી કરવામાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે.માપ.અમારી AFM સિસ્ટમ માટે, પોઝિશન સેન્સિટિવ ડિટેક્ટર (PSD) ડિટેક્શનની મર્યાદા આશરે 0.5 mV છે અને તે પ્રી-કેલિબ્રેટેડ સ્પ્રિંગ રેટ અને PFQNM-LC-A-CAL પ્રોબની ગણતરી કરેલ પ્રવાહી ડિફ્લેક્શન સંવેદનશીલતા પર આધારિત છે, જે અનુરૂપ છે. સૈદ્ધાંતિક લોડ સંવેદનશીલતા.0.1 pN કરતા ઓછું છે.તેથી, આ પદ્ધતિ કોઈપણ પેરિફેરલ અવાજ ઘટક વિના ન્યૂનતમ ઇન્ડેન્ટેશન ફોર્સ ≤ 0.1 pN માપવાની મંજૂરી આપે છે.જો કે, એએફએમ સિસ્ટમ માટે યાંત્રિક કંપન અને પ્રવાહી ગતિશીલતા જેવા પરિબળોને કારણે પેરિફેરલ અવાજને આ સ્તર સુધી ઘટાડવો લગભગ અશક્ય છે.આ પરિબળો AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિની એકંદર સંવેદનશીલતાને મર્યાદિત કરે છે અને લગભગ ≤ 10 pN ના પૃષ્ઠભૂમિ અવાજ સિગ્નલમાં પણ પરિણમે છે.સપાટીના પાત્રાલેખન માટે, લેહફિલકોન A CL અને SiHy સબસ્ટ્રેટ નમૂનાઓને SEM કેરેક્ટરાઇઝેશન માટે 140 nm પ્રોબનો ઉપયોગ કરીને સંપૂર્ણપણે હાઇડ્રેટેડ સ્થિતિમાં ઇન્ડેન્ટ કરવામાં આવ્યા હતા, અને પરિણામી બળ વણાંકો બળ (pN) અને દબાણ વચ્ચે સુપરઇમ્પોઝ કરવામાં આવ્યા હતા.વિભાજન પ્લોટ (µm) આકૃતિ 6a માં દર્શાવેલ છે.SiHy બેઝ સબસ્ટ્રેટની તુલનામાં, લેહફિલકોન A CL ફોર્સ કર્વ સ્પષ્ટપણે ફોર્ક્ડ પોલિમર બ્રશના સંપર્કના બિંદુથી શરૂ થતો અને અંતર્ગત સામગ્રી સાથેના ટિપના સંપર્કને ચિહ્નિત કરતી ઢાળમાં તીવ્ર ફેરફાર સાથે સમાપ્ત થતો સંક્રમણાત્મક તબક્કો દર્શાવે છે.બળ વળાંકનો આ સંક્રમણિક ભાગ સપાટી પરના બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશના સાચા અર્થમાં સ્થિતિસ્થાપક વર્તણૂકને હાઇલાઇટ કરે છે, જેમ કે તાણ વળાંકને નજીકથી અનુસરતા કમ્પ્રેશન કર્વ અને બ્રશ સ્ટ્રક્ચર અને વિશાળ SiHy સામગ્રી વચ્ચેના યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં વિરોધાભાસ દ્વારા પુરાવા મળે છે.લેફિલકોનની સરખામણી કરતી વખતે.PCS (ફિગ. 3a) ની STEM ઇમેજમાં બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશની સરેરાશ લંબાઇ અને ફિગ. 3a માં એબ્સિસા સાથે તેના ફોર્સ કર્વનું વિભાજન.6a બતાવે છે કે પદ્ધતિ સપાટીની ખૂબ ટોચ પર પહોંચતા ટોચ અને શાખાવાળા પોલિમરને શોધવામાં સક્ષમ છે.બ્રશ સ્ટ્રક્ચર્સ વચ્ચે સંપર્ક.વધુમાં, બળ વણાંકોનું બંધ ઓવરલેપ કોઈ પ્રવાહી રીટેન્શન અસર દર્શાવે છે.આ કિસ્સામાં, સોય અને નમૂનાની સપાટી વચ્ચે સંપૂર્ણપણે કોઈ સંલગ્નતા નથી.બે નમૂનાઓ માટે બળ વણાંકોના સૌથી ઉપરના વિભાગો ઓવરલેપ થાય છે, જે સબસ્ટ્રેટ સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોની સમાનતાને પ્રતિબિંબિત કરે છે.
(a) લેહફિલકોન A CL સબસ્ટ્રેટ્સ અને SiHy સબસ્ટ્રેટ્સ માટે AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન ફોર્સ કર્વ્સ, (b) પૃષ્ઠભૂમિ અવાજ થ્રેશોલ્ડ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને સંપર્ક બિંદુ અંદાજ દર્શાવતા બળ વણાંકો.
ફોર્સ કર્વની ઝીણી વિગતોનો અભ્યાસ કરવા માટે, લેહફિલકોન A CL સેમ્પલના તાણ વળાંકને y-અક્ષ સાથે 50 pN ના મહત્તમ બળ સાથે ફિગ. 6b માં ફરીથી ગોઠવવામાં આવ્યો છે.આ ગ્રાફ મૂળ પૃષ્ઠભૂમિ અવાજ વિશે મહત્વપૂર્ણ માહિતી પ્રદાન કરે છે.ઘોંઘાટ ±10 pN ની રેન્જમાં છે, જેનો ઉપયોગ સંપર્ક બિંદુને ચોક્કસપણે નિર્ધારિત કરવા અને ઇન્ડેન્ટેશન ઊંડાઈની ગણતરી કરવા માટે થાય છે.સાહિત્યમાં જણાવ્યા મુજબ, મોડ્યુલસ85 જેવા ભૌતિક ગુણધર્મોનું ચોક્કસ મૂલ્યાંકન કરવા માટે સંપર્ક બિંદુઓની ઓળખ મહત્વપૂર્ણ છે.ફોર્સ કર્વ ડેટાની ઓટોમેટિક પ્રોસેસિંગ સાથે સંકળાયેલા અભિગમે સોફ્ટ મટિરિયલ્સ86 માટે ડેટા ફિટિંગ અને જથ્થાત્મક માપ વચ્ચે સુધારેલ ફિટ દર્શાવ્યું છે.આ કાર્યમાં, સંપર્કના બિંદુઓની અમારી પસંદગી પ્રમાણમાં સરળ અને ઉદ્દેશ્ય છે, પરંતુ તેની મર્યાદાઓ છે.સંપર્કના બિંદુને નિર્ધારિત કરવા માટેના અમારો રૂઢિચુસ્ત અભિગમ નાના ઇન્ડેન્ટેશન ઊંડાણો (<100 nm) માટે સહેજ અતિશય અંદાજિત મોડ્યુલસ મૂલ્યોમાં પરિણમી શકે છે.એલ્ગોરિધમ આધારિત ટચપોઇન્ટ ડિટેક્શન અને ઓટોમેટેડ ડેટા પ્રોસેસિંગનો ઉપયોગ ભવિષ્યમાં અમારી પદ્ધતિને વધુ બહેતર બનાવવા માટે આ કાર્યને ચાલુ રાખી શકે છે.આમ, ±10 pN ના ક્રમમાં આંતરિક પૃષ્ઠભૂમિ અવાજ માટે, અમે ≥10 pN ના મૂલ્ય સાથે આકૃતિ 6b માં x-અક્ષ પર પ્રથમ ડેટા બિંદુ તરીકે સંપર્ક બિંદુને વ્યાખ્યાયિત કરીએ છીએ.પછી, 10 pN ના અવાજ થ્રેશોલ્ડ અનુસાર, ~0.27 µm ના સ્તરે ઊભી રેખા સપાટી સાથેના સંપર્કના બિંદુને ચિહ્નિત કરે છે, ત્યારબાદ સ્ટ્રેચિંગ વળાંક ત્યાં સુધી ચાલુ રહે છે જ્યાં સુધી સબસ્ટ્રેટ ~270 nm ની ઇન્ડેન્ટેશન ઊંડાઈને પૂર્ણ ન કરે.રસપ્રદ વાત એ છે કે, ઇમેજિંગ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવેલા બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશ ફીચર્સ (300–400 nm)ના કદના આધારે, CL lehfilcon ની ઇન્ડેન્ટેશન ઊંડાઈ પૃષ્ઠભૂમિ અવાજ થ્રેશોલ્ડ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને જોવામાં આવેલ નમૂના લગભગ 270 nm છે, જે ખૂબ નજીક છે. STEM સાથે માપન કદ.આ પરિણામો આ ખૂબ જ નરમ અને અત્યંત સ્થિતિસ્થાપક શાખાવાળા પોલિમર બ્રશ માળખાના ઇન્ડેન્ટેશન માટે AFM પ્રોબ ટીપના આકાર અને કદની સુસંગતતા અને લાગુ થવાની પુષ્ટિ કરે છે.આ ડેટા સંપર્ક બિંદુઓને નિર્દેશિત કરવા માટે થ્રેશોલ્ડ તરીકે પૃષ્ઠભૂમિ અવાજનો ઉપયોગ કરવાની અમારી પદ્ધતિને સમર્થન આપવા માટે મજબૂત પુરાવા પણ પ્રદાન કરે છે.આમ, ગાણિતિક મોડેલિંગ અને ફોર્સ કર્વ ફિટિંગમાંથી મેળવેલા કોઈપણ જથ્થાત્મક પરિણામો પ્રમાણમાં સચોટ હોવા જોઈએ.
AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિઓ દ્વારા જથ્થાત્મક માપન ડેટા પસંદગી અને અનુગામી વિશ્લેષણ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ગાણિતિક મોડેલો પર સંપૂર્ણપણે નિર્ભર છે.તેથી, ચોક્કસ મોડેલ પસંદ કરતા પહેલા ઇન્ડેન્ટરની પસંદગી, સામગ્રીના ગુણધર્મો અને તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના મિકેનિક્સ સાથે સંબંધિત તમામ પરિબળોને ધ્યાનમાં લેવું મહત્વપૂર્ણ છે.આ કિસ્સામાં, SEM માઈક્રોગ્રાફ્સ (ફિગ. 1) નો ઉપયોગ કરીને ટીપ ભૂમિતિને કાળજીપૂર્વક દર્શાવવામાં આવી હતી, અને પરિણામોના આધારે, સખત શંકુ અને ગોળાકાર ટિપ ભૂમિતિ સાથે 140 એનએમ વ્યાસ AFM નેનોઈન્ડેન્ટીંગ પ્રોબ લેહફિલકોન A CL79 નમૂનાઓને પાત્ર બનાવવા માટે સારી પસંદગી છે. .અન્ય મહત્વપૂર્ણ પરિબળ કે જેને કાળજીપૂર્વક મૂલ્યાંકન કરવાની જરૂર છે તે પોલિમર સામગ્રીની સ્થિતિસ્થાપકતા છે.જોકે નેનોઈન્ડેન્ટેશનનો પ્રારંભિક ડેટા (ફિગ. 5a અને 6a) સ્પષ્ટપણે તાણ અને કમ્પ્રેશન કર્વ્સના ઓવરલેપિંગના લક્ષણોની રૂપરેખા આપે છે, એટલે કે, સામગ્રીની સંપૂર્ણ સ્થિતિસ્થાપક પુનઃપ્રાપ્તિ, સંપર્કોની સંપૂર્ણ સ્થિતિસ્થાપક પ્રકૃતિની પુષ્ટિ કરવી અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. .આ માટે, લેહફિલકોન A CL નમૂનાની સપાટી પર એક જ સ્થાન પર સંપૂર્ણ હાઇડ્રેશન શરતો હેઠળ 1 µm/s ના ઇન્ડેન્ટેશન દરે સતત બે ઇન્ડેન્ટેશન કરવામાં આવ્યા હતા.પરિણામી બળ વળાંક ડેટા ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યો છે.7 અને, અપેક્ષા મુજબ, બે પ્રિન્ટ્સનું વિસ્તરણ અને કમ્પ્રેશન કર્વ લગભગ સમાન છે, જે બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશ સ્ટ્રક્ચરની ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપકતાને પ્રકાશિત કરે છે.
લેહફિલકોન A CL ની સપાટી પર સમાન સ્થાન પર બે ઇન્ડેન્ટેશન ફોર્સ કર્વ લેન્સની સપાટીની આદર્શ સ્થિતિસ્થાપકતા દર્શાવે છે.
અનુક્રમે પ્રોબ ટીપ અને લેહફિલકોન A CL સપાટીની SEM અને STEM ઈમેજીસમાંથી મેળવેલ માહિતીના આધારે, શંકુ-ગોળાનું મોડેલ એ AFM પ્રોબ ટીપ અને સોફ્ટ પોલિમર મટીરીયલ ચકાસાયેલ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું વાજબી ગાણિતિક રજૂઆત છે.વધુમાં, આ શંકુ-ગોળા મોડેલ માટે, અંકિત સામગ્રીના સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મો વિશેની મૂળભૂત ધારણાઓ આ નવી બાયોમિમેટિક સામગ્રી માટે સાચી છે અને તેનો ઉપયોગ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસને માપવા માટે થાય છે.
AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિ અને તેના ઘટકોના વ્યાપક મૂલ્યાંકન પછી, ઇન્ડેન્ટેશન પ્રોબ પ્રોપર્ટીઝ (આકાર, કદ અને વસંતની જડતા), સંવેદનશીલતા (પૃષ્ઠભૂમિ અવાજ અને સંપર્ક બિંદુ અંદાજ), અને ડેટા ફિટિંગ મોડલ (માત્રાત્મક મોડ્યુલસ માપન) સહિત, પદ્ધતિ હતી. વપરાયેલમાત્રાત્મક પરિણામો ચકાસવા માટે વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ અલ્ટ્રા-સોફ્ટ નમૂનાઓનું લક્ષણ આપો.1 kPa ના ઇલાસ્ટીક મોડ્યુલસ સાથે કોમર્શિયલ પોલીઆક્રીલામાઇડ (PAAM) હાઇડ્રોજેલ 140 nm પ્રોબનો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રેટેડ સ્થિતિમાં પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું.મોડ્યુલ પરીક્ષણ અને ગણતરીઓની વિગતો પૂરક માહિતીમાં આપવામાં આવી છે.પરિણામો દર્શાવે છે કે માપવામાં આવેલ સરેરાશ મોડ્યુલસ 0.92 kPa હતું, અને જાણીતા મોડ્યુલસમાંથી %RSD અને ટકાવારી (%) વિચલન 10% કરતા ઓછું હતું.આ પરિણામો અલ્ટ્રાસોફ્ટ સામગ્રીના મોડ્યુલીને માપવા માટે આ કાર્યમાં ઉપયોગમાં લેવાતી AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિની ચોકસાઈ અને પુનઃઉત્પાદનક્ષમતાની પુષ્ટિ કરે છે.ઇન્ડેન્ટેશન ડેપ્થના કાર્ય તરીકે અલ્ટ્રાસોફ્ટ સપાટીના દેખીતા સંપર્ક મોડ્યુલસનો અભ્યાસ કરવા માટે સમાન AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને લેહફિલકોન A CL નમૂનાઓ અને SiHy બેઝ સબસ્ટ્રેટની સપાટીને વધુ લાક્ષણિકતા આપવામાં આવી હતી.300 pN, 1 µm/s ની ઝડપ અને સંપૂર્ણ હાઇડ્રેશન પર દરેક પ્રકારના ત્રણ નમૂનાઓ (n = 3; એક નમૂનો દીઠ એક ઇન્ડેન્ટેશન) માટે ઇન્ડેન્ટેશન ફોર્સ સેપરેશન કર્વ્સ જનરેટ કરવામાં આવ્યા હતા.શંકુ-ગોળા મોડેલનો ઉપયોગ કરીને ઇન્ડેન્ટેશન ફોર્સ શેરિંગ કર્વ અંદાજિત કરવામાં આવ્યો હતો.ઇન્ડેન્ટેશન ડેપ્થ પર આધારિત મોડ્યુલસ મેળવવા માટે, ફોર્સ કર્વનો 40 એનએમ પહોળો ભાગ સંપર્કના બિંદુથી શરૂ થતા 20 એનએમના દરેક ઇન્ક્રીમેન્ટ પર સેટ કરવામાં આવ્યો હતો અને ફોર્સ કર્વના દરેક પગલા પર મોડ્યુલસના માપેલા મૂલ્યો.સ્પિન Cy et al.કોલોઇડલ AFM પ્રોબ નેનોઇન્ડેન્ટેશનનો ઉપયોગ કરીને પોલી(લૌરીલ મેથાક્રીલેટ) (P12MA) પોલિમર બ્રશના મોડ્યુલસ ગ્રેડિયન્ટને દર્શાવવા માટે સમાન અભિગમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે, અને તે હર્ટ્ઝ કોન્ટેક્ટ મોડલનો ઉપયોગ કરીને ડેટા સાથે સુસંગત છે.આ અભિગમ આકૃતિ 8 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સ્પષ્ટ સંપર્ક મોડ્યુલસ (kPa) વિરુદ્ધ ઇન્ડેન્ટેશન ડેપ્થ (nm) નો પ્લોટ પૂરો પાડે છે, જે દેખીતા સંપર્ક મોડ્યુલસ/ડેપ્થ ગ્રેડિયન્ટને દર્શાવે છે.CL લેહફિલકોન A નમૂનાનું ગણતરી કરેલ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ નમૂનાના ઉપલા 100 nm ની અંદર 2–3 kPa ની રેન્જમાં છે, જેની આગળ તે ઊંડાઈ સાથે વધવાનું શરૂ કરે છે.બીજી બાજુ, સપાટી પર બ્રશ જેવી ફિલ્મ વગર SiHy બેઝ સબસ્ટ્રેટનું પરીક્ષણ કરતી વખતે, 300 pN ના બળ પર પ્રાપ્ત મહત્તમ ઇન્ડેન્ટેશન ઊંડાઈ 50 nm કરતાં ઓછી છે, અને ડેટામાંથી મેળવેલ મોડ્યુલસ મૂલ્ય લગભગ 400 kPa છે. , જે બલ્ક સામગ્રી માટે યંગના મોડ્યુલસના મૂલ્યો સાથે તુલનાત્મક છે.
મોડ્યુલસને માપવા માટે શંકુ-ગોળા ભૂમિતિ સાથે AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને લેહફિલકોન A CL અને SiHy સબસ્ટ્રેટ માટે દેખીતી સંપર્ક મોડ્યુલસ (kPa) વિ. ઇન્ડેન્ટેશન ડેપ્થ (nm).
નવલકથા બાયોમિમેટિક બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશ સ્ટ્રક્ચરની સૌથી ઉપરની સપાટી સ્થિતિસ્થાપકતાના અત્યંત નીચા મોડ્યુલસ (2–3 kPa) દર્શાવે છે.આ STEM ઇમેજમાં બતાવ્યા પ્રમાણે ફોર્ક્ડ પોલિમર બ્રશના ફ્રી હેંગિંગ એન્ડ સાથે મેળ ખાશે.જ્યારે CL ની બાહ્ય ધાર પર મોડ્યુલસ ગ્રેડિયન્ટના કેટલાક પુરાવા છે, ત્યારે મુખ્ય ઉચ્ચ મોડ્યુલસ સબસ્ટ્રેટ વધુ પ્રભાવશાળી છે.જો કે, સપાટીની ટોચની 100 એનએમ બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશની કુલ લંબાઈના 20% ની અંદર છે, તેથી એવું માનવું વાજબી છે કે આ ઇન્ડેન્ટેશન ડેપ્થ રેન્જમાં મોડ્યુલસના માપેલા મૂલ્યો પ્રમાણમાં સચોટ છે અને મજબૂત નથી. નીચેના પદાર્થની અસર પર આધાર રાખે છે.
લેહફિલકોન A કોન્ટેક્ટ લેન્સની અનન્ય બાયોમિમેટિક ડિઝાઇનને કારણે, જેમાં SiHy સબસ્ટ્રેટ્સની સપાટી પર કલમિત બ્રાન્ચેડ PMPC પોલિમર બ્રશ સ્ટ્રક્ચર્સનો સમાવેશ થાય છે, પરંપરાગત માપન પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને તેમની સપાટીના માળખાના યાંત્રિક ગુણધર્મોને વિશ્વસનીય રીતે દર્શાવવું ખૂબ મુશ્કેલ છે.અહીં અમે ઉચ્ચ પાણીની સામગ્રી અને અત્યંત ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપકતા સાથે લેફિલકોન A જેવી અલ્ટ્રા-સોફ્ટ સામગ્રીને ચોક્કસ રીતે દર્શાવવા માટે એક અદ્યતન AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિ રજૂ કરીએ છીએ.આ પદ્ધતિ એએફએમ પ્રોબના ઉપયોગ પર આધારિત છે જેની ટીપનું કદ અને ભૂમિતિને છાપવા માટે અલ્ટ્રા-સોફ્ટ સપાટીના લક્ષણોના માળખાકીય પરિમાણો સાથે મેચ કરવા માટે કાળજીપૂર્વક પસંદ કરવામાં આવે છે.પ્રોબ અને સ્ટ્રક્ચર વચ્ચેના પરિમાણોનું આ સંયોજન વધેલી સંવેદનશીલતા પ્રદાન કરે છે, જે અમને પોરોઇલાસ્ટિક અસરોને ધ્યાનમાં લીધા વિના, શાખાવાળા પોલિમર બ્રશ તત્વોના નીચા મોડ્યુલસ અને અંતર્ગત સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મોને માપવાની મંજૂરી આપે છે.પરિણામો દર્શાવે છે કે લેન્સની સપાટીની વિશિષ્ટ બ્રાન્ચવાળા PMPC પોલિમર બ્રશમાં અત્યંત નીચું સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ (2 kPa સુધી) અને જલીય વાતાવરણમાં પરીક્ષણ કરવામાં આવે ત્યારે ખૂબ જ ઊંચી સ્થિતિસ્થાપકતા (લગભગ 100%) હતી.AFM નેનોઈન્ડેન્ટેશનના પરિણામોએ અમને બાયોમિમેટિક લેન્સની સપાટીના દેખીતા સંપર્ક મોડ્યુલસ/ડેપ્થ ગ્રેડિયન્ટ (30 kPa/200 nm) ને દર્શાવવાની પણ મંજૂરી આપી.આ ઢાળ બ્રાન્ચ્ડ પોલિમર બ્રશ અને SiHy સબસ્ટ્રેટ વચ્ચેના મોડ્યુલસ તફાવતને કારણે અથવા પોલિમર બ્રશની ડાળીઓવાળું માળખું/ઘનતા અથવા તેના સંયોજનને કારણે હોઈ શકે છે.જો કે, રચના અને ગુણધર્મો વચ્ચેના સંબંધને, ખાસ કરીને યાંત્રિક ગુણધર્મો પર બ્રશની શાખાઓની અસરને સંપૂર્ણપણે સમજવા માટે વધુ ઊંડાણપૂર્વક અભ્યાસની જરૂર છે.સમાન માપન અન્ય અલ્ટ્રા-સોફ્ટ સામગ્રી અને તબીબી ઉપકરણોની સપાટીના યાંત્રિક ગુણધર્મોને દર્શાવવામાં મદદ કરી શકે છે.
વર્તમાન અભ્યાસ દરમિયાન જનરેટ કરાયેલ અને/અથવા વિશ્લેષણ કરાયેલ ડેટાસેટ્સ સંબંધિત લેખકો પાસેથી વાજબી વિનંતી પર ઉપલબ્ધ છે.
રહેમતી, એમ., સિલ્વા, ઈએ, રિસેલેન્ડ, જેઈ, હેવર્ડ, કે. અને હોજેન, એચજે જૈવિક સામગ્રીની સપાટીના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો પર જૈવિક પ્રતિક્રિયાઓ.કેમિકલ.સમાજએડ.49, 5178–5224 (2020).
ચેન, એફએમ અને લિયુ, એક્સ. ટીશ્યુ એન્જીનીયરીંગ માટે માનવ-ઉત્પન્ન બાયોમટીરીયલ્સમાં સુધારો.પ્રોગ્રામિંગપોલિમરવિજ્ઞાન53, 86 (2016).
સેડટલર, કે. એટ અલ.પુનર્જીવિત દવામાં બાયોમટીરિયલ્સની ડિઝાઇન, ક્લિનિકલ અમલીકરણ અને રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવ.નેશનલ મેટ રેવ. 1, 16040 (2016).
ઓલિવર ડબલ્યુકે અને ફાર જીએમ લોડ અને ડિસ્પ્લેસમેન્ટ માપ સાથે ઇન્ડેન્ટેશન પ્રયોગોનો ઉપયોગ કરીને કઠિનતા અને સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ નક્કી કરવા માટે એક સુધારેલ પદ્ધતિ.જે. અલ્મા મેટર.સંગ્રહ ટાંકી.7, 1564–1583 (2011).
વોલી, એસએમ હિસ્ટોરિકલ ઓરિજિન્સ ઓફ ઇન્ડેન્ટેશન કઠિનતા પરીક્ષણ.અલ્મા મેટર.વિજ્ઞાનટેકનોલોજી28, 1028–1044 (2012).
બ્રોઇટમેન, ઇ. ઇન્ડેન્ટેશન હાર્ડનેસ મેઝરમેન્ટ્સ એટ ધ મેક્રો-, માઇક્રો- અને નેનોસ્કેલ: અ ક્રિટિકલ રિવ્યુ.આદિજાતિરાઈટ.65, 1–18 (2017).
કોફમેન, જેડી અને ક્લેપેરિચ, એસએમ સપાટી શોધ ભૂલો નરમ સામગ્રીના નેનોઈન્ડેન્ટેશનમાં મોડ્યુલસ અતિશય અંદાજ તરફ દોરી જાય છે.જે. મેચા.વર્તન.બાયોમેડિકલ સાયન્સ.અલ્મા મેટર.2, 312–317 (2009).
કરીમઝાદે એ., કોલૂર એસએસઆર, આયતોલ્લાખી એમઆર, બુશરો એઆર અને યાહ્યા એમ.યુ.પ્રાયોગિક અને કોમ્પ્યુટેશનલ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને વિજાતીય નેનોકોમ્પોઝિટ્સની યાંત્રિક લાક્ષણિકતાઓ નક્કી કરવા માટે નેનોઈન્ડેન્ટેશન પદ્ધતિનું મૂલ્યાંકન.વિજ્ઞાનઘર 9, 15763 (2019).
લિયુ, કે., વેનલેન્ડિંગહામ, એમઆર, અને ઓવર્ટ, ઇન્ડેન્ટેશન અને ઑપ્ટિમાઇઝેશન-આધારિત વ્યસ્ત મર્યાદિત તત્વ વિશ્લેષણ દ્વારા સોફ્ટ વિસ્કોઇલાસ્ટિક જેલ્સનું TS મિકેનિકલ પાત્રાલેખન.જે. મેચા.વર્તન.બાયોમેડિકલ સાયન્સ.અલ્મા મેટર.2, 355–363 (2009).
એન્ડ્રુઝ જેડબ્લ્યુ, બોવેન જે અને ચેનલર ડી. સુસંગત માપન પ્રણાલીઓનો ઉપયોગ કરીને વિસ્કોએલાસ્ટીસીટી નિર્ધારણનું ઓપ્ટિમાઇઝેશન.સોફ્ટ મેટર 9, 5581–5593 (2013).
બ્રિસ્કો, બીજે, ફિઓરી, એલ. અને પેલીલો, ઇ. પોલિમેરિક સપાટીઓનું નેનોઈન્ડેન્ટેશન.જે. ભૌતિકશાસ્ત્ર.D. ભૌતિકશાસ્ત્ર માટે અરજી કરો.31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. અને Van Vliet KJ આંચકા ઇન્ડેન્ટેશનનો ઉપયોગ કરીને અત્યંત સ્થિતિસ્થાપક પોલિમર અને જૈવિક પેશીઓના વિસ્કોએલાસ્ટિક યાંત્રિક ગુણધર્મોની લાક્ષણિકતા.જર્નલ ઓફ બાયોમટીરિયલ્સ.71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM વિસ્તૃત બોરોડિચ-ગાલાનોવ (BG) પદ્ધતિ અને ઊંડા ઇન્ડેન્ટેશનનો ઉપયોગ કરીને સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ અને નરમ સામગ્રીના સંલગ્નતા કાર્યનું મૂલ્યાંકન.ફરઅલ્મા મેટર.129, 198–213 (2019).
શી, એક્સ. એટ અલ.નેનોસ્કેલ મોર્ફોલોજી અને સિલિકોન હાઇડ્રોજેલ કોન્ટેક્ટ લેન્સની બાયોમિમેટિક પોલિમરીક સપાટીઓના યાંત્રિક ગુણધર્મો.લેંગમુઇર 37, 13961–13967 (2021).