Spas ji bo serdana Nature.com.Hûn guhertoyek gerokek bi piştgirîya CSS-ya sînorkirî bikar tînin.Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî Moda Lihevhatinê ya di Internet Explorer de neçalak bikin).Wekî din, ji bo ku piştgirîya domdar misoger bike, em malperê bêyî şêwaz û JavaScript nîşan didin.
Carouselek ji sê slaytan yekcar nîşan dide.Bişkokên Pêşî û Paşê bikar bînin da ku di her carê de di nav sê slaytan de bigerin, an jî bişkokên sliderê yên li dawiyê bikar bînin da ku di her carê de di sê slaytan de bigerin.
Bi pêşkeftina materyalên nû yên ultra-nerm ên ji bo amûrên bijîjkî û sepanên bijîjkî, taybetmendiya berfireh a taybetmendiyên wan ên laşî û mekanîkî hem girîng û hem jî dijwar e.Teknîka nanoindentasyonê ya mîkroskopiya hêza atomê ya guherbar (AFM) hate sepandin da ku modula rûkala pir kêm a lenseya pêwendiyê ya hîdrogelê ya lehfilcon a biomimetîkî ya biomimetîkî ya ku bi qatek strukturên firçeya polîmera şaxkirî ve hatî pêçandî were sepandin.Ev rêbaz destûrê dide destnîşankirina rast a nuqteyên têkiliyê bêyî bandorên derxistina vîskoz dema ku nêzî polîmerên şaxkirî dibin.Digel vê yekê, ew gengaz dike ku meriv taybetmendiyên mekanîkî yên hêmanên firçeya kesane bêyî bandora poroelasticiyê were destnîşankirin.Ev bi hilbijartina sondayek AFM ya bi sêwiranek (mezinahiya tîp, geometrî û rêjeya biharê) ku bi taybetî ji bo pîvandina taybetmendiyên materyalên nerm û nimûneyên biyolojîk guncan e, tê bidestxistin.Ev rêbaz ji bo pîvandina rast a materyalê pir nerm lehfilcon A, ku li ser rûberê xwedan modulek elasticîteyê ya pir kêm (heta 2 kPa) û di hawîrdora avî ya hundurîn (hema 100%) de elastîkek zehf zêde ye, hesasiyet û rastbûnê çêtir dike. .Encamên lêkolîna rûkalê ne tenê taybetmendiyên rûyê ultra-nerm ên lensên lehfilcon A eşkere kirin, lê di heman demê de destnîşan kir ku modula firçeyên polîmer ên şaxkirî bi ya substrata silicon-hîdrojenê re têkildar e.Ev teknîka taybetmendiya rûkalê dikare li ser materyalên din ên ultra-nerm û amûrên bijîjkî were sepandin.
Taybetmendiyên mekanîkî yên materyalên ku ji bo têkiliya rasterast bi tevna zindî re hatine çêkirin bi gelemperî ji hêla hawîrdora biyolojîkî ve têne destnîşankirin.Lihevhatina bêkêmasî ya van taybetmendiyên materyalê dibe alîkar ku meriv taybetmendiyên klînîkî yên xwestî yên materyalê bigihîje bêyî ku bibe sedema bersivên hucreyî yên neyînî1,2,3.Ji bo materyalên homojen ên girseyî, ji ber hebûna prosedurên standard û rêbazên ceribandinê (mînak, mîkroindentation4,5,6) taybetmendiya taybetmendiyên mekanîkî bi hêsanî hêsan e.Lêbelê, ji bo materyalên ultra-nerm ên wekî gêl, hîdrogel, biyopolîmer, şaneyên zindî, hwd., van rêbazên ceribandinê bi gelemperî ji ber sînorên çareseriya pîvandinê û nehevsengiya hin materyalan nayên sepandin7.Bi salan, rêbazên xêzkirina kevneşopî hatine guheztin û adaptekirin da ku cûrbecûr materyalên nerm diyar bikin, lê gelek rêbaz hîn jî ji kêmasiyên ciddî dikişînin ku karanîna wan sînordar dike8,9,10,11,12,13.Nebûna rêbazên ceribandinê yên pispor ên ku dikarin bi rast û pêbawer taybetmendiyên mekanîkî yên materyalên supersoft û qatên rûkalê diyar bikin, karanîna wan di sepanên cihêreng de bi tundî sînordar dike.
Di xebata xweya berê de, me lensa têkilîyê lehfilcon A (CL) destnîşan kir, materyalek heterojen a nerm ku bi hemî taybetmendiyên rûkalê ultra-nerm ve ji sêwiranên biomimetîkî yên potansiyel ên ku ji rûyê korneya çavê îlhama xwe digire.Ev biyomateryalê bi veguheztina qatek polîmer a şax, xaç-girêdayî ya poly(2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine (MPC)) (PMPC) li ser hîdrogelek silicone (SiHy) 15 ku ji bo amûrên bijîjkî yên li ser bingeha hatî çêkirin hate pêşve xistin.Ev pêvajoya şuştinê li ser rûkê qatek çêdike ku ji avahiyek firçeya polîmerî ya şaxkirî ya pir nerm û pir elastîk pêk tê.Xebata meya berê piştrast kir ku strukturên biomimetîkî yên lehfilcon A CL taybetmendiyên rûkal ên bilindtir ên wekî çêtirkirina şilbûn û pêşîlêgirtinê, rûnbûna zêde, û kêmkirina girêdana hucre û bakterî peyda dike15,16.Digel vê yekê, bikar anîn û pêşkeftina vê materyalê biomimetîkî di heman demê de berfirehbûna bêtir ji amûrên biyolojîkî yên din re jî pêşniyar dike.Ji ber vê yekê, girîng e ku meriv taybetmendiyên rûyê vê materyalê ultra-nerm diyar bike û pêwendiya wê ya mekanîkî ya bi çavan re fêm bike da ku bingehek zanîna berfireh biafirîne da ku piştgirî bide pêşkeftin û sepanên pêşerojê.Piraniya lensên pêwendiyê yên SiHy yên ku ji hêla bazirganî ve têne peyda kirin ji tevliheviyek homojen a polîmerên hîdrofîl û hîdrofobîk ên ku avahiyek materyalek yekgirtî pêk tînin pêk tên17.Gelek lêkolîn hatine kirin ku vekolîna taybetmendiyên wan ên mekanîkî bi karanîna rêbazên ceribandinê yên kevneşopî, tîrêjî û mîkro-indentation18,19,20,21.Lêbelê, sêwirana biomimetîkî ya nû ya lehfilcon A CL wê dike materyalek heterojen a bêhempa ku tê de taybetmendiyên mekanîkî yên strukturên firçeya polîmera şaxkirî ji yên substrata bingehîn a SiHy cûda dibe.Ji ber vê yekê, pir dijwar e ku meriv van taybetmendiyan bi rêkûpêk bi karanîna rêbazên kevneşopî û birêkûpêk bihejmêre.Rêbazek sozdar rêbaza ceribandina nanoindentation bikar tîne ku di mîkroskopiya hêza atomê (AFM) de hatî bicîh kirin, rêbazek ku ji bo destnîşankirina taybetmendiyên mekanîkî yên materyalên vîskoelastîk ên nerm ên wekî şaneyên biyolojîk û tevne, û her weha polîmerên nerm22,23,24,25 hatî bikar anîn. .,26,27,28,29,30.Di nanoindentation AFM de, bingehên ceribandina nanoindentation bi pêşkeftinên herî paşîn ên teknolojiya AFM re têne hev kirin da ku hestiyariya pîvanê zêde bikin û ceribandina cûrbecûr materyalên xwerû yên super nerm31,32,33,34,35,36 peyda bikin.Wekî din, teknolojî bi karanîna geometrîyên cihêreng avantajên din ên girîng pêşkêşî dike.indenter û sond û îmkana ceribandinê di medyayên cihêreng ên şil de.
Nanoindentation AFM dikare bi şertî li sê hêmanên sereke were dabeş kirin: (1) alavên (sensor, detektor, sondaj, hwd.);(2) Parametreyên pîvandinê (wekî hêz, jicîhûwarkirin, bilez, mezinahiya ramp, hwd.);(3) Pêvajoya daneyê (serrastkirina bingehîn, texmîna xala pêwendiyê, berhevkirina daneyê, modelkirin, hwd.).Pirsgirêkek girîng a vê rêbazê ev e ku gelek lêkolînên di wêjeyê de ku bi karanîna nanoindentation AFM-ê têne bikar anîn, ji bo heman nimûne / hucre / celebê materyalê encamên pir cihêreng rapor dikin37,38,39,40,41.Mînakî, Lekka et al.Bandora geometriya sondaya AFM li ser modula Young-ê ya pîvandî ya nimûneyên hîdrogelê yên homojen ên mekanîkî û hucreyên heterojen hate lêkolîn û berhev kirin.Ew radigihînin ku nirxên modulusê pir bi bijartina kelpîçan û şeklê tîpê ve girêdayî ne, bi nirxa herî bilind ji bo sondayek pîramîdek û nirxa herî hindik 42 ji bo sondayek spherîkî.Bi heman awayî, Selhuber-Unkel et al.Hat destnîşan kirin ka leza nivînê, mezinahiya navber û qalindahiya nimûneyên polyacrylamide (PAAM) çawa bandorê li modula Young-ê ku bi nanoindentasyona ACM43 tê pîvandin dike.Faktorek din a tevlihev nebûna materyalên testa modulusa pir kêm standard û prosedurên ceribandina belaş e.Ev yek pir dijwar dike ku meriv encamên rast bi pêbaweriyê bigire.Lêbelê, rêbaz ji bo pîvandinên têkildar û nirxandinên berawirdî yên di navbera celebên nimûneyên wekhev de pir bikêr e, mînakî karanîna nanoindentasyona AFM-ê ku hucreyên normal ji hucreyên penceşêrê cuda bike 44, 45.
Dema ku materyalên nerm bi nanoindentation AFM ve têne ceribandin, qaîdeyek gelemperî ev e ku meriv sondayek bi berdewamiya biharê ya nizm (k) bikar bîne ku ji nêz ve bi modula nimûneyê û nîskek nîvsferîk/dor re têkildar e, da ku sondaya yekem rûberên nimûneyê qul neke. yekem têkiliya bi materyalên nerm.Di heman demê de girîng e ku sînyala guheztinê ya ku ji hêla sondayê ve hatî hilberandin ew qas bihêz be ku ji hêla pergala detektora lazerê ve were tesbît kirin24,34,46,47.Di doza hucreyên heterojen ên ultra-nerm, tevnvîs û jelê de, dijwariyek din ev e ku meriv hêza zeliqandinê di navbera sondajê û rûbera nimûneyê de derbas bike da ku pîvandinên dubare û pêbawer peyda bike48,49,50.Heya vê dawiyê, piraniya xebata li ser nanoindentation AFM balê dikişîne ser lêkolîna tevgera mekanîkî ya hucreyên biyolojîkî, tevnvîs, gêl, hîdrogel û biomolekulan ku bi karanîna sondajên spherîkî yên nisbeten mezin, bi gelemperî wekî sondayên koloidal (CPs) têne binav kirin., 47, 51, 52, 53, 54, 55. Radyoya van tîpan ji 1 heta 50 μm heye û bi gelemperî ji cama borosilicate, polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), silicon dioxide (SiO2) û almas- têne çêkirin. mîna karbonê (DLC).Her çend nanoindentation CP-AFM bi gelemperî ji bo taybetmendiya nimûneya nerm bijareya yekem e, ew pirsgirêk û sînorên xwe hene.Bikaranîna tîrêjên gewherî yên mezin, bi pîvana mîkron, qada pêwendiya tevayî ya tîpê bi nimûneyê re zêde dike û di encamê de windahiyek girîng a çareseriya cîhê peyda dike.Ji bo nimûneyên nerm, nehomojen, ku dibe ku taybetmendiyên mekanîkî yên hêmanên herêmî ji navgîniya li herêmek berfirehtir bi girîngî cûda bibin, lêdana CP dikare her nehevsengiya taybetmendiyan li ser pîvanek herêmî veşêre52.Sondayên koloidal bi gelemperî bi girêdana zozanên koloidal ên bi mezinahiya mîkron bi kantilên bê tîp ve bi karanîna zeliqên epoksî têne çêkirin.Pêvajoya çêkirinê bixwe bi gelek pirsgirêkan re tije ye û dikare di pêvajoya kalibrasyonê ya sondajê de bibe sedema nerazîbûnan.Wekî din, mezinahî û girseya perçeyên koloidal rasterast bandorê li pîvanên sereke yên kalibrasyonê yên kantilê dike, wek frekansa resonant, hişkiya biharê, û hestiyariya veqetandinê56,57,58.Ji ber vê yekê, rêbazên ku bi gelemperî ji bo sondajên AFM-ê yên kevneşopî têne bikar anîn, wekî kalibrasyona germahiyê, dibe ku ji bo CP-ê kalibrasyonek rast peyda neke, û ji bo pêkanîna van sererastkirinan rêgezên din hewce ne57, 59, 60, 61. Ceribandinên binavkirina CP-ya tîpîk ji bo veguheztinên mezin bikar tînin. taybetmendiyên nimûneyên nerm lêkolîn bikin, ku ev pirsgirêkek din diafirîne dema ku behreya ne-xêzikî ya kantê di devisyonên nisbeten mezin de kalibr dike62,63,64.Rêbazên dakêşana sondaya koloidal a nûjen bi gelemperî geometrîya kantê ya ku ji bo kalibrkirina sondayê tê bikar anîn li ber çavan digirin, lê bandora pariyên koloidal paşguh dikin, ku di rastbûna rêbazê de nezelaliyek din çêdike38,61.Bi heman awayî, modulên elastîk ên ku ji hêla pêvekirina modela têkiliyê ve têne hesibandin rasterast bi geometriya sondaya dakêşanê ve girêdayî ne, û nehevheviya di navbera taybetmendiyên rûkala tîp û nimûneyê de dikare bibe sedema nerastiyê27, 65, 66, 67, 68. Hin xebatên vê dawiyê yên Spencer et al.Faktorên ku divê werin hesibandin dema ku firçeyên polîmera nerm bi karanîna rêbaza nanoindentation CP-AFM bikar tînin têne ronî kirin.Wan ragihand ku ragirtina şilavek zirav di firçeyên polîmer de wekî fonksiyonek bilez dibe sedema zêdebûna barkirina serî û ji ber vê yekê pîvandinên cûda yên taybetmendiyên girêdayî lezê30,69,70,71.
Di vê lêkolînê de, me modula rûkalê ya materyalê pir-nerm a pir elastîk lehfilcon A CL bi karanîna rêbazek nanoindentasyona AFM-ê ya guhêrbar diyar kir.Ji ber taybetmendî û avahiya nû ya vê materyalê, rêza hestiyariyê ya rêbaza dakêşana kevneşopî eşkere ne bes e ku modula vê materyalê zehf nerm diyar bike, ji ber vê yekê pêdivî ye ku meriv rêbazek nanoindentation AFM bi hesasiyeta bilindtir û hesasiya kêmtir bikar bîne.deşt.Piştî nirxandina kêmasî û pirsgirêkên teknîkên nanoindentasyonê yên sondaya AFM-ya koloidal a heyî, em destnîşan dikin ka çima me sondayek AFM-ya piçûktir, xwerû ya sêwirandî hilbijart da ku hestiyariyê, dengê paşerojê, xala têkiliyê, pîvandina modula leza materyalên heterojen ên nerm ên wekî ragirtina şilavê ji holê rabike. girêdayî.û hejmartina rast.Digel vê yekê, me karîbû bi awakî rast şekil û dimenên tîrêja lêdanê bipîvin, ku rê dide me ku em modela guncan-qonaxa bikar bînin da ku modula elastîkbûnê diyar bikin bêyî ku qada pêwendiya tîpê bi materyalê re binirxînin.Du texmînên nehênî yên ku di vê xebatê de têne hejmartin taybetmendiyên materyalê yên bi tevahî elastîk û modula serbixwe-kûrahiya dakêşanê ne.Bi karanîna vê rêbazê, me pêşî standardên ultra-nerm bi modulek naskirî ceriband da ku rêbazê bihejmêre, û dûv re vê rêbazê bikar anî da ku rûberên du materyalên lensên têkiliyê yên cihêreng destnîşan bike.Ev rêbaza taybetmendîkirina rûberên nanoindentasyona AFM-ê ya bi hesasiyeta zêde tê çaverê kirin ku ji bo cûrbecûr materyalên ultrasoft heterojen ên biomimetîkî yên bi karanîna potansiyel di cîhazên bijîjkî û sepanên bijîjkî de were sepandin.
Lensên pêwendiyê yên Lehfilcon A (Alcon, Fort Worth, Texas, USA) û substratên wan ên hîdrogelê yên silicone ji bo ceribandinên nanoindentation hatin hilbijartin.Di ceribandinê de mountek lensê ya bi taybetî hatî sêwirandin hate bikar anîn.Ji bo ku lens ji bo ceribandinê saz bikin, ew bi baldarî li ser stûna qubeyê hate danîn, û pê piştrast bû ku gulikên hewayê nekevin hundur, û dûv re bi keviyan ve were rast kirin.Çalek di navgîna li jora xwedan lens de dema ku şilavê li cihê xwe digire gihandina navenda optîkî ya lensê ji bo ceribandinên nanoindentation peyda dike.Ev lensên bi tevahî hîdrokirî dihêle.500 μl çareseriya pakkirina lensên têkiliyê wekî çareseriyek ceribandinê hate bikar anîn.Ji bo verastkirina encamên jimareyî, hîdrogelên polyacrylamide (PAAM) yên ne-çalakkirî yên bazirganî yên berdest ji pêkhateyek polyacrylamide-co-methylene-bisacrylamide (100 mm sêlên Petrisoft Petri, Matrigen, Irvine, CA, USA), modulek elastîk a naskirî ya 1, hatin amadekirin. kPa.4-5 dilop (nêzîkî 125 µl) xwêya tampon fosfatê (PBS ji Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, USA) û 1 dilop çareseriya lensên pêwendiyê yên Puremoist OPTI-BÊLA (Alcon, Vaud, TX, USA) bikar bînin.) li pêwendiya hîdrogel-sondê ya AFM.
Nimûneyên substratên Lehfilcon A CL û SiHy bi karanîna pergala Mîkroskopa Elektronî ya Veguhastina Veguhastina Scanning FEI Quanta 250 (FEG SEM) ku bi detektorek Mîkroskopa Elektronî ya Veguhastina Scanning (STEM) ve hatî vedîtin hatin dîtin.Ji bo amadekirina nimûneyan, lensên pêşî bi avê hatin şuştin û bi qulikên bi şiklê pîte hatin birîn.Ji bo ku di navbera pêkhateyên hîdrofîlî û hîdrofobîk ên nimûneyan de berevajîyek cihêreng bigihîje, çareseriyek 0,10% a stabîlkirî ya RuO4 wekî rengînek hate bikar anîn, ku tê de nimûne 30 hûrdeman têne avêtin.Rengkirina lehfilcon A CL RuO4 ne tenê ji bo bidestxistina berevajiya cûdahiya çêtir girîng e, lê di heman demê de ji bo parastina strukturên firçeyên polîmer ên şaxkirî di forma xweya orjînal de jî dibe alîkar, ku dûv re li ser wêneyên STEM têne xuyang kirin.Dûv re ew di nav rêzek tevliheviyên etanol / avê de bi zêdebûna giraniya etanolê de hatin şuştin û dehydration.Dûv re nimûne bi EMBed 812/Araldite epoxy, ku bi şev di 70°C de sax bû, hatin avêtin.Blokên nimûneyên ku ji hêla polîmerîzasyona rezînê ve hatine bidestxistin bi ultramikrotomek hatine qut kirin, û beşên tenik ên ku derketine holê bi detektorek STEM-ê di moda valahiya kêm de di voltaja bilez a 30 kV de têne xuyang kirin.Heman pergala SEM ji bo taybetmendiya hûrgulî ya lêpirsîna PFQNM-LC-A-CAL AFM (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) hate bikar anîn.Wêneyên SEM-ê yên sondaya AFM-ê di moda valahiya bilind a tîpîk de bi voltaja bilez a 30 kV-ê de hatin wergirtin.Wêneyên li quncik û mezinkirinên cihêreng bistînin da ku hemî hûrguliyên şikil û mezinahiya tîpa sonda AFM tomar bikin.Hemî pîvanên tîpên balkêş ên di wêneyan de bi dîjîtal têne pîvandin.
Mîkroskopa hêza atomê ya Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) bi moda "PeakForce QNM di Fluid" de hate bikar anîn da ku nimûneyên lehfilcon A CL, substrate SiHy, û PAAm hîdrogelê xuyang bikin û nanoindentate bikin.Ji bo ceribandinên wênekêşandinê, sondayek PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) bi tîrêjek tîpek binavkirî 1 nm hate bikar anîn da ku wêneyên bi rezîliya bilind a nimûneyê bi rêjeya şopandina 0,50 Hz bigire.Hemî wêne di çareseriya avî de hatine kişandin.
Ceribandinên nanoindentation AFM bi karanîna lêpirsînek PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) hatin kirin.Sondaya AFM li ser kantek nîtrîdê 345 nm stûr, 54 μm dirêj û 4,5 μm fireh bi frekansa resonant a 45 kHz tîrek silicon heye.Ew bi taybetî ji bo karakterîzekirin û pêkanîna pîvandinên nanomekanîkî yên mîqdar li ser nimûneyên biyolojîk ên nerm hatî çêkirin.Sensor li kargehê bi mîhengên biharê yên pêş-kalîbrkirî têne kalibrkirin.Hêjayên biharê yên sondajên ku di vê lêkolînê de hatine bikar anîn di navbera 0,05-0,1 N/m de ne.Ji bo destnîşankirina şekl û mezinahiya tîpê bi rengek rast, bi karanîna SEM-ê vekolîn bi hûrgulî hate destnîşan kirin.Li ser hêjîrê.Wêneyê 1a mîkrografek elektronîkî ya şopandinê ya bi vesazkirina bilind, mezinbûna kêm a sondaya PFQNM-LC-A-CAL nîşan dide, ku dîmenek tevdevanî ya sêwirana sondayê peyda dike.Li ser hêjîrê.1b dîmenek mezin a serê tîrêja sondayê nîşan dide, di derheqê şekil û mezinahiya tîpê de agahdarî peyda dike.Di dawiya herî zêde de, derzî nîvkada bi qasê 140 nm e (Hêjîra 1c).Di binê vê de, çîp di şeklek konik de diherike, digihîje dirêjahiya pîvandî ya bi qasî 500 nm.Li dervayê herêma kêmbûnê, çîçek silindrik e û bi dirêjahiya tîpa tevayî 1,18 μm bi dawî dibe.Ev beşa fonksiyonê ya sereke ya tîpa sondayê ye.Wekî din, ji bo ceribandinê wekî sondayek koloidal, sondayek mezin a polstirenê ya sferîkî (PS) (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, USA) bi tîrêjê 45 μm û berdewamiya biharê ya 2 N/m jî hate bikar anîn.bi PFQNM-LC-A-CAL sondaya 140 nm ji bo berhevdanê.
Hat ragihandin ku şikil dikare di navbera sondaya AFM û avahiya firçeya polîmerê de di dema nanoindentasyonê de were girtin, ku dê hêzek ber bi jor ve bide ser sondaya AFM berî ku ew bi rastî bi rûxê ve bişewitîne69.Ev bandora derxistina vîskoz a ji ber ragirtina şilavê dikare xala xuya ya têkiliyê biguhezîne, bi vî rengî bandorê li pîvandinên modula rûkal bike.Ji bo lêkolîna bandora geometrîya sondajê û leza dakêşanê li ser ragirtina şilavê, kelûpelên hêza dakêşanê ji bo nimûneyên lehfilcon A CL bi karanîna sondayek 140 nm bi rêjeyên guheztina domdar ên 1 μm / s û 2 μm / s hatin xêz kirin.Dirêjahiya sondayê 45 μm, mîhengkirina hêza sabît 6 nN di 1 μm/s de peyda dibe.Ceribandinên bi sondaya 140 nm bi pîvana bi leza dakêşanê ya 1 μm / s û hêzek sazkirî ya 300 pN hatin kirin, ku ji bo afirandina zextek têkiliyê di nav rêza fîzyolojîkî (1-8 kPa) ya çavê jorîn de hate hilbijartin.zext 72. Nimûneyên amade yên nerm ên hîdrogela PAA-yê bi zexta 1 kPa ji bo hêzek dakêşanê ya 50 pN bi leza 1 μm / s bi karanîna sondayek bi pîvana 140 nm ve hatin ceribandin.
Ji ber ku dirêjahiya beşa konîkî ya tîrêja sondaya PFQNM-LC-A-CAL bi qasî 500 nm e, ji bo her kûrahiyek dakêşanê < 500 nm, meriv dikare bi ewlehî were texmîn kirin ku geometrîya sondayê di dema lêdanê de dê li gorî xwe rast bimîne. şeklê konê.Wekî din, tê texmîn kirin ku rûbera materyalê ya di bin ceribandinê de dê bersivek elastîk a vegerê nîşan bide, ku dê di beşên jêrîn de jî were pejirandin.Ji ber vê yekê, li gorî şekil û mezinahiya tîpê, me modela guncan-qonaxa ku ji hêla Briscoe, Sebastian û Adams ve hatî pêşve xistin, ku di nermalava firoşker de peyda dibe, hilbijart da ku ceribandinên me yên nanoindentation AFM (NanoScope) bikin.Nermalava analîzkirina daneya veqetandinê, Bruker) 73. Model têkiliya hêz-jicîhûwarkirinê F(δ) ji bo konek bi qusûra lûtkeya sferîkî vedibêje.Li ser hêjîrê.Figure 2 geometrîya têkilîyê di dema pêwendiya konek hişk a bi tîpek gewherî de nîşan dide, ku R tîrêjê tîrêka gerokî ye, a tîrêja têkilîyê ye, b tîrêja têkilîyê ya li dawiya tîrêka gerokî ye, δ e radius têkiliyê.Kûrahiya dakêşanê, θ nîv-goşeya konê ye.Wêneya SEM-ê ya vê sondajê bi zelalî nîşan dide ku tîrêja gewherî ya 140 nm bi rengek tangenî di nav konek de diqelibe, ji ber vê yekê li vir b tenê bi R tête diyar kirin, ango b = R cos θ.Nermalava ku ji hêla firoşkar ve hatî peyda kirin têkiliyek kon-qirçê peyda dike da ku nirxên Modula Young (E) ji daneyên veqetandina hêzê bihesibîne bi texmîna > b.Peywendî:
li cihê ku F hêza dakêşanê ye, E modula Young e, ν rêjeya Poisson e.Radyoya têkiliyê a dikare bi karanîna jêrîn were texmîn kirin:
Pîvana geometriya pêwendiyê ya konek hişk a bi tîpek spherîkî ya ku di nav materyalê lensek pêwendiyê ya Lefilcon de bi qatek rûkal a firçeyên polîmer ên şaxkirî ve hatî pêçan.
Ger a ≤ b, pêwendî kêm dibe hevkêşeya xêzkerek gewherî ya adetî;
Em bawer dikin ku danûstendina sondaya dakêşanê bi avahiya şaxkirî ya firçeya polîmera PMPC re dê bibe sedem ku tîrêjê têkiliyê a ji tîrêja pêwendiya ferîkî b mezintir be.Ji ber vê yekê, ji bo hemî pîvandinên mîqdar ên modula elastîkê ku di vê lêkolînê de hatine kirin, me girêdayîbûna ku ji bo rewşa a > b hatî peyda kirin bikar anî.
Materyalên biomimetîkî yên ultrasoft ên ku di vê lêkolînê de hatine lêkolîn kirin bi berfirehî bi karanîna mîkroskopa elektronîkî ya veguheztinê (STEM) ya beşa xaça nimûneyê û mîkroskopiya hêza atomî (AFM) ya rûkê hatine wêne kirin.Vê taybetmendiya rûkalê ya hûrgulî wekî dirêjkirina xebata meya berê hatî weşandin, ku tê de me destnîşan kir ku strukturên firçeya polîmerîkî yên bi dînamîk ên şaxkirî yên rûbera lehfilcon A CL-ya guherî ya PMPC-ê taybetmendiyên mekanîkî yên mîna tevna korneya xwecihî 14 nîşan dide.Ji bo vê yekê, em rûberên lensên têkiliyê wekî materyalên biomimetîkî bi nav dikin14.Li ser hêjîrê.3a,b, bi rêzê, beşên xaçê yên strukturên firçeya polîmera PMPC-ya şaxkirî li ser rûyê substratek lehfilcon A CL û substratek SiHy ya nehatî dermankirin nîşan dide.Rûyên her du nimûneyan bêtir bi karanîna wêneyên AFM-ê yên bi rezîliya bilind ve hatin analîz kirin, ku encamên analîza STEM-ê bêtir piştrast kirin (Hêjîra 3c, d).Bi hev re, van wêneyan dirêjiyek texmînî ya avahiya firçeya polîmer a şaxkirî ya PMPC li 300-400 nm didin, ku ji bo şîrovekirina pîvandinên nanoindentation AFM krîtîk e.Çavdêriyek din a sereke ya ku ji wêneyan hatî derxistin ev e ku strukturên rûbera giştî ya materyalê biomimetîkî CL ji hêla morfolojîkî ve ji ya materyalê substratê SiHy cûda ye.Ev cûdahiya di morfolojiya rûbera wan de dikare di dema têkiliya wan a mekanîkî de bi sondaya AFM-ê ya xêzkirî û dûv re di nirxên modulê yên pîvandî de diyar bibe.
Wêneyên STEM-ê yên xaça (a) lehfilcon A CL û (b) substrata SiHy.Barê pîvanê, 500 nm.Wêneyên AFM yên rûyê lehfilcon A CL substrate (c) û bingeha SiHy (d) (3 μm × 3 μm).
Polîmerên biyolojîk û strukturên firçeya polîmerî bi xwezayî nerm in û bi berfirehî hatine lêkolîn kirin û di sepanên cihêreng ên bijîjkî de hatine bikar anîn74,75,76,77.Ji ber vê yekê, girîng e ku meriv rêbaza nanoindentation AFM bikar bîne, ku dikare bi rast û pêbawer taybetmendiyên wan ên mekanîkî bipîve.Lê di heman demê de, taybetmendiyên bêhempa yên van materyalên ultra-nerm, yên wekî modula elastîk a zehf kêm, naveroka şilavê ya bilind û elastîka bilind, bi gelemperî hilbijartina maddeya rast, şekil û şiklê sondaya dakêşanê dijwar dike.mezinayî.Ev girîng e da ku mêş li rûxara nerm a nimûneyê qul neke, ku dê bibe sedema xeletiyan di destnîşankirina xala pêwendiya bi rû û qada têkiliyê de.
Ji bo vê yekê, têgihiştinek berfireh a morfolojiya materyalên biomimetîkî yên ultra-nerm (lehfilcon A CL) pêdivî ye.Agahdariya li ser mezinahî û strûktûra firçeyên polîmer ên şaxkirî yên ku bi karanîna rêbaza wênekêşandinê hatine wergirtin bingehek ji bo taybetmendiya mekanîkî ya rûxê bi karanîna teknîkên nanoindentation AFM peyda dike.Li şûna sondajên koloidal ên gewherî yên bi pîvana mîkro, me sondaya nîtrîda sîlîkonê PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) bi tîrêjek 140 nm hilbijart, ku bi taybetî ji bo nexşeya mîqdar a taybetmendiyên mekanîkî yên nimûneyên biyolojîkî 78, 79, 80 hatî çêkirin. , 81, 82, 83, 84 Aqilê bikaranîna sondajên nisbeten tûj li gorî sondajên koloidal ên kevneşopî dikare ji hêla taybetmendiyên avahîsaziyê yên materyalê ve were rave kirin.Bi berhevkirina mezinahiya tîpa sondayê (~ 140 nm) bi firçeyên polîmer ên şaxkirî yên li ser rûyê CL lehfilcon A, ku di Xiflteya 3a de tê xuyang kirin, meriv dikare were encamdan ku tîrêka wê têra xwe mezin e ku rasterast bi van strukturên firçeyê re were têkilîdanîn. şansê qulkirina tîpê di nav wan de kêm dike.Ji bo ronîkirina vê xalê, di Xiflteya 4-ê de wêneyek STEM ya lehfilcon A CL û tîrêja dakêşana sondaya AFM-ê (bi pîvanê hatî kişandin) heye.
Skematîk wêneya STEM-ê ya lehfilcon A CL û sondajek vekêşana ACM nîşan dide (li gorî pîvanê hatî kişandin).
Digel vê yekê, mezinahiya tîpa 140 nm têra xwe piçûk e ku ji xetereya yek ji bandorên derxistina zeliqandî ku berê ji bo firçeyên polîmer hatine ragihandin ku bi rêbaza nanoindentation CP-AFM-ê hatî hilberandin69,71, dûr bigire.Em dihesibînin ku ji ber şiklê konê-kûçikek taybetî û mezinahiya nisbeten piçûk a vê tîpa AFM (Hêjî. 1), cewhera kêşeya hêzê ya ku ji hêla lehfilcon A nanoindentation A CL ve hatî çêkirin dê bi leza dakêşanê an leza barkirin/vekêşandinê ve negire. .Ji ber vê yekê, ew ji hêla bandorên poroelastîk ve nayê bandor kirin.Ji bo ceribandina vê hîpotezê, nimûneyên lehfilcon A CL bi hêzek herî zêde ya sabît bi karanîna sondayek PFQNM-LC-A-CAL, lê bi du lezên cihêreng hatin vedan, û kelûpelên hêza tansiyon û paşvekişandinê yên encam ji bo xêzkirina hêzê (nN) hatin bikar anîn. di veqetandinê de (µm) di jimar 5a de tê nîşandan.Eşkere ye ku kelûpelên hêzê yên di dema barkirin û daxistinê de bi tevahî li hev dikevin, û delîlek zelal tune ku qutbûna hêzê di kûrahiya neqandina sifirê de bi leza dakêşanê ya di wêneyê de zêde dibe, û destnîşan dike ku hêmanên firçeya kesane bêyî bandorek poroelastîk hatine destnîşan kirin.Berevajî vê, bandorên ragirtina şilavê (bandorên derbirîna vîskoz û poroelastîkbûnê) ji bo sondaya AFM ya 45 μm di heman leza dakêşanê de diyar in û ji hêla hîstereziya di navbera kêşên dirêjkirin û paşvekişînê de têne xuyang kirin, wekî ku di Figure 5b de tê xuyang kirin.Van encaman hîpotezê piştgirî dikin û destnîşan dikin ku sondajên bi pîvana 140 nm vebijarkek baş in ji bo karakterîzekirina rûberên weha nerm.
lehfilcon Kûçikên hêza dakêşana CL bi karanîna ACM;(a) bi du rêjeyên barkirinê vekolînek bi çarçoweya 140 nm bikar tîne, ku nebûna bandorek poroelastîk di dema daketina rûkê de nîşan dide;(b) bikaranîna sondajên bi dirêjahiya 45 μm û 140 nm.s ji bo sondajên mezin li gorî sondajên piçûktir bandorên derxistina vîskoz û poroelastîkbûnê nîşan dide.
Ji bo taybetmendîkirina rûberên ultrasoft, pêdivî ye ku rêbazên nanoindentation AFM xwedan lêkolîna çêtirîn be ku taybetmendiyên materyalê di binê lêkolînê de lêkolîn bike.Digel şekl û mezinahiya tîpê, hesasiya pergala detektorê AFM, hesasiya li ber guheztina tîpê di hawîrdora ceribandinê de, û hişkiya tîrêjê di destnîşankirina rastbûn û pêbaweriya nanoindentasyonê de rolek girîng dileyze.pîvandinan.Ji bo pergala meya AFM-ê, sînorê tespîtkirina Detektora Hesas a Position (PSD) bi qasî 0,5 mV ye û li ser bingeha rêjeya biharê ya pêş-kalîbrkirî û hesasiyeta guheztina şilavê ya hesabkirî ya sondaya PFQNM-LC-A-CAL, ku bi hesas load teorîk.ji 0,1 pN kêmtir e.Ji ber vê yekê, ev rêbaz rê dide pîvandina hêzek kêmbûnê ya hindiktirîn ≤ 0.1 pN bêyî pêkhateyek dengê derdor.Lêbelê, hema hema ne gengaz e ku pergalek AFM ji ber faktorên wekî lerizîna mekanîkî û dînamîkên şilavê dengê periferîkî di vê astê de kêm bike.Van faktoran hesasiyeta giştî ya rêbaza nanoindentation AFM sînordar dikin û di heman demê de îşaretek dengek paşîn a bi qasî ≤ 10 pN jî encam didin.Ji bo taybetmendiya rûkalê, nimûneyên substrata lehfilcon A CL û SiHy di bin şert û mercên bi tevahî hîdrokirî de bi karanîna sondayek 140 nm ji bo taybetmendiya SEM-ê hatine veqetandin, û kelûpelên hêzê yên encam di navbera hêz (pN) û zextê de hatine danîn.Pîvana veqetandinê (µm) di xêza 6a de tê nîşandan.Li gorî substrata bingehê SiHy, kêşeya hêza lehfilcon A CL bi zelalî qonaxek veguhêz nîşan dide ku ji xala pêwendiya bi firçeya polîmera şikestî dest pê dike û bi guheztinek tûj di pêwendiya nîşankirina paşîn a tîpê bi materyalê jêrîn re bi dawî dibe.Ev beşa veguhêz a kêşeya hêzê tevgera bi rastî elastîk a firçeya polîmera şaxkirî ya li ser rûxê ronî dike, wekî ku ji hêla kêşa pêçanê ve ku ji nêz ve li dû kêşeya tansiyonê û berevajîkirina taybetmendiyên mekanîkî yên di navbera avahiya firçeyê û materyalê SiHy-ê de diyar dibe.Dema ku lefilcon berhev dikin.Veqetandina dirêjahiya navîn a firçeyek polîmer a şaxkirî di wêneya STEM ya PCS de (Hêl. 3a) û kêşa hêza wê ya li ser abscissa di jimar 3a de.6a destnîşan dike ku rêbaz karibe tîrêjê û polîmera şax a ku digihêje jora rûkalê tespît bike.Têkilî di navbera strukturên firçeyê de.Digel vê yekê, lihevhatina nêzîk a kelûpelên hêzê bandorek ragirtina şilavê nîşan nade.Di vê rewşê de, di navbera derzî û rûbera nimûneyê de bê guman adhesion tune.Beşên herî jorîn ên kelûpelên hêzê yên ji bo her du nimûneyan li hev dikin, wekheviya taybetmendiyên mekanîkî yên materyalên substratê nîşan dide.
(a) Kûçikên hêza nanoindentation AFM ji bo substratên lehfilcon A CL û substratên SiHy, (b) kelûmelên hêzê ku bi karanîna rêbaza bendava denga paşerojê texmîna xala têkiliyê nîşan didin.
Ji bo lêkolîna hûrguliyên hûrgilî yên kurba hêzê, kêşeya tansiyonê ya nimûneya lehfilcon A CL di Fig. 6b de bi hêzek herî zêde ya 50 pN li ser teşeya y-ê ji nû ve hatî xemilandin.Ev graf agahdariya girîng di derbarê dengê paşnavê orjînal de dide.Deng di rêza ± 10 pN de ye, ku ji bo destnîşankirina xala pêwendiyê rast û hesabkirina kûrahiya lêdanê tê bikar anîn.Wekî ku di wêjeyê de tê ragihandin, nasîna xalên têkiliyê ji bo nirxandina rast taybetmendiyên materyalê yên wekî modulus85 krîtîk e.Nêzîktêdayînek ku bi pêvajoyek otomatîkî ya daneyên kerba hêzê re têkildar e di navbera berhevdana daneyê û pîvandinên mîqdar ên ji bo materyalên nerm de guncanek çêtir nîşan daye86.Di vê xebatê de, bijartina me ya xalên pêwendiyê nisbeten hêsan û objektîv e, lê ew sînorên xwe hene.Nêzîkatiya meya muhafezekar a ji bo destnîşankirina xala têkiliyê dibe ku ji bo kûrahiya piçûktir (< 100 nm) nirxên modulusê hinekî zêde zêde were texmîn kirin.Bikaranîna tespîtkirina xala têkilî-based algorîtmê û hilanîna daneya otomatîkî dikare bibe berdewamiya vê xebatê di pêşerojê de ji bo baştirkirina rêbaza me.Ji ber vê yekê, ji bo dengê paşxaneya xwerû ya li ser rêza ± 10 pN, em xala têkiliyê wekî yekem xala daneyê ya li ser x-xefikê di Figure 6b de bi nirxek ≥10 pN pênase dikin.Dûv re, li gorî bendava deng a 10 pN, xêzek vertîkal di asta ~ 0,27 μm de xala pêwendiyê bi rûxê re nîşan dide, piştî wê kêşeya dirêjkirinê berdewam dike heya ku substrate bi kûrahiya şûştinê ya ~270 nm re bigire.Balkêş e, li ser bingeha mezinahiya taybetmendiyên firçeya polîmer a şaxkirî (300-400 nm) ku bi karanîna rêbaza wênekêşandinê ve hatî pîvandin, kûrahiya vekêşana CL lehfilcon Nimûneyek ku bi karanîna rêbaza bendava dengê paşerojê tê dîtin bi qasî 270 nm e, ku pir nêzîk e. mezinahiya pîvandinê bi STEM.Van encaman lihevhatî û sepandina şekl û mezinahiya tîpa sondaya AFM-ê ji bo vegirtina vê avahiya firçeya polîmerê ya pir nerm û pir elastîk piştrast dikin.Ev dane di heman demê de delîlên xurt peyda dike ku piştgirî bide rêbaza me ya karanîna dengê paşîn wekî bendek ji bo destnîşankirina xalên têkiliyê.Ji ber vê yekê, her encamên mîqdar ên ku ji modela matematîkî û guncana kêşeya hêzê têne wergirtin divê bi nisbî rast be.
Pîvandinên mîqdar ên bi rêbazên nanoindentation AFM bi tevahî bi modelên matematîkî ve girêdayî ne ku ji bo hilbijartina daneyê û analîza paşîn têne bikar anîn.Ji ber vê yekê, girîng e ku meriv hemî faktorên ku bi bijartina navber, taybetmendiyên materyal û mekanîzmayên pêwendiya wan ve girêdayî ne berî ku modelek taybetî hilbijêrin bifikirin.Di vê rewşê de, geometrîya tîpê bi baldarî bi karanîna mîkrografên SEM (Hêjî. 1) hate destnîşan kirin, û li ser bingeha encaman, sondaya nanoindenting AFM ya 140 nm ya bi konek hişk û geometrîya tîpa spherîkî vebijarkek baş e ji bo karakterîzekirina nimûneyên lehfilcon A CL79. .Faktorek din a girîng a ku divê bi baldarî were nirxandin elasticîteya materyalê polîmerê ye ku tê ceribandin e.Her çend daneyên destpêkê yên nanoindentation (Hêjîr. 5a û 6a) bi zelalî taybetmendiyên lihevketina tansiyon û kelûpelên tansiyonê, ango vegerandina tam elastîk a materyalê destnîşan dikin, pir girîng e ku meriv xwezaya tam elastîk a têkiliyan piştrast bike. .Ji bo vê armancê, du pêlên li pey hev li heman cîhê li ser rûbera nimûneya lehfilcon A CL bi rêjeyek guheztinê ya 1 μm / s di bin şert û mercên hîdrokirinê yên tevahî de hatin kirin.Daneyên kembera hêzê ya encam di jimarê de têne xuyang kirin.7 û, wekî ku tê hêvî kirin, kelûpelên berfirebûn û berhevkirinê yên her du çapan hema hema yek in, elastîka bilind a strukturê firçeya polîmer a şaxkirî ronî dike.
Li ser rûyê lehfilcon A CL du kevçîyên hêza dakêşanê li heman cîhê elasticiya îdeal a rûbera lensê destnîşan dikin.
Li ser bingeha agahdariya ku ji wêneyên SEM û STEM-ê yên tîpa sondayê û rûbera lehfilcon A CL-ê hatî girtin, bi rêzê ve, modela kon-qirxê nûneriyek maqûl a matematîkî ya danûstendina di navbera tîpa sondaya AFM û materyalê polîmera nerm a ku tê ceribandin e.Digel vê yekê, ji bo vê modela qonax-qonaxê, texmînên bingehîn ên li ser taybetmendiyên elastîk ên materyalê çapkirî ji bo vê materyalê biomimetîkî ya nû rast in û ji bo pîvandina modula elastîk têne bikar anîn.
Piştî nirxandinek berfereh ya rêbaza nanoindentation AFM û pêkhateyên wê, di nav de taybetmendiyên sondajê (şekil, mezinahî, û hişkbûna biharê), hesasiyet (texmîna dengê paşperdeyê û xala têkiliyê), û modelên guncandî yên daneyê (pîvana modula mîqdar), rêbaz bû. bikaranîn.nimûneyên ultra-nerm ên bazirganî yên berdest diyar bikin da ku encamên mîqdar verast bikin.Hidrogelek polyacrylamide ya bazirganî (PAAM) bi modulek elastîk a 1 kPa di bin şert û mercên hîdrat de bi karanîna sondayek 140 nm hate ceribandin.Hûrguliyên ceribandin û hesabên modulê di Agahdariya Pêvek de têne peyda kirin.Encaman destnîşan kir ku modula navînî ya hatî pîvandin 0,92 kPa bû, û %RSD û ji sedî (%) veqetîna ji modula naskirî ji 10% kêmtir bû.Van encaman rastbûn û dubarebûna rêbaza nanoindentation AFM piştrast dikin ku di vê xebatê de ji bo pîvandina modulên materyalên ultrasoft têne bikar anîn.Rûberên nimûneyên lehfilcon A CL û substrata bingehîn a SiHy bi karanîna heman rêbaza nanoindentation AFM-ê bêtir hatin destnîşan kirin da ku modula pêwendiya xuya ya rûbera ultrasoft wekî fonksiyonek kûrahiya vekêşanê bixwînin.Ji bo sê nimûneyên ji her celebê (n = 3; ji her nimûneyê yek dirûvek) bi hêzek 300 pN, leza 1 μm/s, û hîdratasyonek tam kelûpelên veqetandina hêza dakêşanê hatin çêkirin.Kûçika parvekirina hêza dakêşanê bi karanîna modela qonax-kûçikê hate texmîn kirin.Ji bo bidestxistina modulê ku bi kûrahiya dakêşanê ve girêdayî ye, beşek fireh a 40 nm ya keviya hêzê li her zêdebûnek 20 nm ji xala têkiliyê dest pê dike hate danîn, û nirxên modulê di her gavê keviya hêzê de hate pîvandin.Spin Cy et al.Nêzîkatiyek bi vî rengî ji bo karakterîzekirina gradienta modulê ya firçeyên polîmer ên polî(lauryl methacrylate) (P12MA) bi karanîna nanoindentasyona sondaya AFM ya koloidal ve hatî bikar anîn, û ew bi daneyan re bi karanîna modela têkiliya Hertz re hevaheng in.Ev nêzîkatî nexşeyek modula pêwendiya xuya (kPa) li hember kûrahiya dakêşanê (nm) peyda dike, wekî ku di Figure 8-ê de tê xuyang kirin, ku modula pêwendiya xuya / pilana kûrahiyê diyar dike.Modula elastîk a hesabkirî ya nimûneya CL lehfilcon A di navbêna 2-3 kPa di nav 100 nm ya nimûneyê ya jorîn de ye, ji derveyî wê ew bi kûrahiyê dest pê dike ku zêde bibe.Ji hêla din ve, dema ceribandina substrata bingehîn a SiHy bêyî fîlimek mîna firçeyê li ser rûyê erdê, kûrahiya herî zêde ku bi hêzek 300 pN hatî bidestxistin ji 50 nm kêmtir e, û nirxa modulê ya ku ji daneyan hatî wergirtin bi qasî 400 kPa ye. , ku bi nirxên modula Young re ji bo materyalên girseyî re hevber e.
Modula pêwendiya xuya (kPa) beramberî kûrahiya dakêşanê (nm) ji bo jêrzemîna lehfilcon A CL û SiHy bi karanîna rêbaza nanoindentation AFM-ê bi geometriya kon-qirçê ji bo pîvandina modulê bikar tîne.
Rûyê herî jorîn a strukturên firçeya polîmera şaxên biomimetîkî yên nû modulek elastîkê ya pir kêm (2-3 kPa) nîşan dide.Ev ê bi dawiya daleqandî ya belaş a firçeya polîmerê ya qelandî ya ku di wêneya STEM de tê xuyang kirin hev bike.Digel ku hin delîlên delîlek modulusê li kêleka derveyî ya CL-ê heye, substrata modulusa bilind a sereke bêtir bi bandor e.Lêbelê, 100 nm ya jorîn a rûkalê di hundurê 20% ji dirêjahiya giştî ya firçeya polîmera şaxkirî de ye, ji ber vê yekê maqûl e ku meriv texmîn bike ku nirxên pîvandî yên modulê di vê rêza kûrahiya dakêşanê de nisbeten rast in û bi hêz nabin. bi bandora tiştê jêrîn ve girêdayî ye.
Ji ber sêwirana biomimetîkî ya bêhempa ya lensên pêwendiyê lehfilcon A, ku ji strukturên firçeya polîmera PMPC-ya şaxkirî yên ku li ser rûyê substratên SiHy hatine veguheztin pêk tê, pir dijwar e ku meriv bi pêbawer taybetmendiyên mekanîkî yên strukturên rûyê wan bi karanîna rêbazên pîvandinê yên kevneşopî diyar bike.Li vir em rêbazek nanoindentasyona AFM-ya pêşkeftî pêşkêşî dikin ji bo bi awakî rast karakterîzekirina materyalên ultra-nerm ên wekî lefilcon A bi naveroka avê ya bilind û elastîkek pir zêde.Ev rêbaz li ser bingeha karanîna sondayek AFM-ê ye ku mezinahiya tîp û geometriya wê bi baldarî têne hilbijartin da ku bi pîvanên strukturî yên taybetmendiyên rûkala ultra-nerm ên ku têne çap kirin li hev bikin.Ev berhevoka pîvanan di navbera sondajê û strukturê de hestiyariyek zêde peyda dike, ku dihêle ku em modula kêm û taybetmendiyên elastîk ên xwerû yên hêmanên firçeya polîmera şaxkirî, bêyî bandorên poroelastîk bipîvin.Encaman destnîşan kir ku firçeyên polîmer ên PMPC yên şaxkirî yên taybet ên rûyê lensê xwedî modulek elastîk a pir kêm (heta 2 kPa) û elastîkek pir zêde (nêzîkî 100%) dema ku di hawîrdorek avî de têne ceribandin.Encamên nanoindentation AFM di heman demê de destûr da me ku em modula pêwendiya xuya / gradienta kûrahiyê (30 kPa / 200 nm) ya rûbera lensên biomimetîkî diyar bikin.Dibe ku ev gradient ji ber cûdahiya modulê ya di navbera firçeyên polîmer ên şaxkirî û substrata SiHy de, an avahiyek/dûrbûna şax a firçeyên polîmer, an jî têkeliyek wan be.Lêbelê, lêkolînên kûrtir hewce ne ku bi tevahî têkiliya di navbera avahî û taybetmendiyan de, nemaze bandora şaxkirina firçeyê li ser taybetmendiyên mekanîkî fam bikin.Pîvandinên bi vî rengî dikarin bibin alîkar ku taybetmendiyên mekanîkî yên rûyê materyalên din ên ultra-nerm û amûrên bijîjkî diyar bikin.
Daneyên ku di dema lêkolîna heyî de hatine çêkirin û/an analîz kirin li ser daxwazek maqûl ji nivîskarên têkildar peyda dibin.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. û Haugen, HJ Reaksiyonên biyolojîkî yên li ser taybetmendiyên fizîkî û kîmyewî yên rûberên biyomaterialan.Şîmyakî.civat.Ed.49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM û Liu, X. Ji bo endezyariya tevnvîsê çêtirkirina biyomaterialên ku ji mirovan têne derxistin.bernamekirin.polîmer.zanist.53, 86 (2016).
Sadtler, K. et al.Sêwirandin, bicihanîna klînîkî, û bersiva berevaniyê ya biyomaterialan di dermanê nûjen de.Neteweyî Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK û Farr GM Rêbazek pêşkeftî ya ji bo destnîşankirina serhişkî û modula elastîk bi karanîna ceribandinên dakêşanê yên bi pîvandinên barkirin û jicîhûwarkirinê.J. Alma mater.tank depo.7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Orjînalên dîrokî yên ceribandina serhişkiya dakêşanê.alma mater.zanist.teknolojiyên.28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Pîvana Zehmetiya Indentation li Makro-, Mîkro-, û Nanoscale: Lêkolînek Critical.reh.Wright.65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD û Clapperich, SM Çewtiyên tespîtkirina rûberê di nanoindentasyona materyalên nerm de dibe sedema zêdenirxandina modulê.J. Mecha.Xwenîşandinî.Biyomedical Science.alma mater.2, 312-317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollahhi MR, Bushroa AR û Yahya M.Yu.Nirxandina rêbaza nanoindentation ji bo destnîşankirina taybetmendiyên mekanîkî yên nanokompozîtên heterojen bi karanîna rêbazên ceribandin û hesabkirinê.zanist.Xanî 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, û Owart, TS Taybetmendiya mekanîkî ya gêlên vîskoelastîk ên nerm bi vekolîn û analîzkirina hêmanên dawîn ên berevajîkirî yên li ser bingeha optimîzasyonê.J. Mecha.Xwenîşandinî.Biyomedical Science.alma mater.2, 355-363 (2009).
Andrews JW, Bowen J û Chaneler D. Optimîzasyona diyarkirina vîskoelastîkê bi karanîna pergalên pîvandinê yên lihevhatî.Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. and Pellillo, E. Nanoindentation of surfaces polymeric.J. Fîzîk.D. Serlêdana ji bo fîzîkê.31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. û Van Vliet KJ Karakterîzekirina taybetmendiyên mekanîkî yên vîskoelastîk ên polîmerên pir elastîk û tevnên biyolojîkî bi karanîna şokkirina şokê.Journal of Biomaterials.71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Nirxandina modula elastîk û xebata adhesionê ya materyalên nerm bi karanîna rêbaza dirêjkirî ya Borodich-Galanov (BG) û binavbûna kûr.post.alma mater.129, 198–213 (2019).
Shi, X. et al.Morfolojiya nanopîvan û taybetmendiyên mekanîkî yên rûberên polîmerî yên biomimetîkî yên lensên pêwendiya hîdrogelê yên silicone.Langmuir 37, 13961–13967 (2021).