Nature.com сайтаар зочилсонд баярлалаа.Та хязгаарлагдмал CSS дэмжлэгтэй хөтчийн хувилбарыг ашиглаж байна.Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer-д нийцтэй байдлын горимыг идэвхгүй болгох).Нэмж дурдахад, байнгын дэмжлэгийг хангахын тулд бид сайтыг хэв маяг, JavaScript-гүй харуулж байна.
Гурван слайдаас бүрдсэн тойргийг нэг дор харуулна.Өмнөх болон Дараагийн товчийг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэх, эсвэл төгсгөлд байрлах гулсагч товчлуурыг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэж болно.
Эмнэлгийн хэрэгсэл болон биоанагаахын хэрэглээнд зориулсан шинэ хэт зөөлөн материалыг хөгжүүлснээр тэдгээрийн физик, механик шинж чанарыг иж бүрэн тодорхойлох нь чухал бөгөөд бэрхшээлтэй юм.Өөрчлөгдсөн атомын хүчний микроскоп (AFM) наноинтентын техникийг салбарласан полимер сойз бүхий давхаргаар бүрсэн шинэ lehfilcon A биомиметик силикон гидрогелийн контакт линзний гадаргуугийн маш бага модулийг тодорхойлоход ашигласан.Энэ арга нь салаалсан полимерт ойртох үед наалдамхай шахалтын нөлөөгүйгээр контактын цэгүүдийг нарийн тодорхойлох боломжийг олгодог.Нэмж дурдахад энэ нь сойзны элементүүдийн механик шинж чанарыг сүвэрхэг мэдрэмжийн нөлөөгүйгээр тодорхойлох боломжийг олгодог.Зөөлөн материал болон биологийн дээжийн шинж чанарыг хэмжихэд онцгой тохиромжтой дизайнтай (хоолны хэмжээ, геометр ба пүршний хурд) AFM датчикийг сонгох замаар үүнийг хийдэг.Энэ арга нь гадаргуугийн талбайн уян хатан байдлын маш бага модуль (2 кПа хүртэл), дотоод (бараг 100%) усан орчинд маш өндөр уян хатан чанар бүхий lehfilcon A хэмээх маш зөөлөн материалыг нарийвчлалтай хэмжих мэдрэмж, нарийвчлалыг сайжруулдаг. .Гадаргуугийн судалгааны үр дүн нь lehfilcon A линзний хэт зөөлөн гадаргуугийн шинж чанарыг илрүүлээд зогсохгүй салаалсан полимер сойзны модуль нь цахиур-устөрөгчийн субстраттай харьцуулах боломжтой болохыг харуулсан.Гадаргуугийн шинж чанарыг тодорхойлох энэхүү аргыг бусад хэт зөөлөн материал, эмнэлгийн хэрэгсэлд хэрэглэж болно.
Амьд эдтэй шууд харьцах зориулалттай материалын механик шинж чанарыг биологийн орчинд ихэвчлэн тодорхойлдог.Эдгээр материалын шинж чанаруудын төгс зохицол нь эсийн сөрөг хариу урвал үүсгэхгүйгээр материалын хүссэн эмнэлзүйн шинж чанарыг олж авахад тусалдаг1,2,3.Их хэмжээний нэгэн төрлийн материалын хувьд стандарт журам, туршилтын аргууд (жишээ нь, микроинтентаци4,5,6) байдаг тул механик шинж чанарыг тодорхойлох нь харьцангуй хялбар байдаг.Гэсэн хэдий ч гель, гидрогель, биополимер, амьд эс гэх мэт хэт зөөлөн материалын хувьд хэмжилтийн нарийвчлалын хязгаарлалт, зарим материалын нэг төрлийн бус байдлаас шалтгаалан эдгээр туршилтын аргуудыг ерөнхийд нь хэрэглэх боломжгүй байдаг7.Олон жилийн туршид уламжлалт доголын аргууд нь өргөн хүрээний зөөлөн материалыг тодорхойлохын тулд өөрчлөгдөж, дасан зохицсон боловч олон аргууд нь тэдний хэрэглээг хязгаарладаг ноцтой дутагдалтай хэвээр байна8,9,10,11,12,13.Хэт зөөлөн материал ба гадаргуугийн давхаргын механик шинж чанарыг үнэн зөв, найдвартай тодорхойлох тусгай туршилтын аргууд байхгүй байгаа нь янз бүрийн хэрэглээнд ашиглахыг эрс хязгаарладаг.
Өмнөх ажилдаа бид нүдний эвэрлэгийн гадаргуугаас өдөөгдсөн биомиметик загвараас гаргаж авсан бүх хэт зөөлөн гадаргуугийн шинж чанар бүхий зөөлөн гетероген материал болох lehfilcon A (CL) контакт линзийг танилцуулсан.Энэхүү биоматериал нь поли(2-метакрилойлоксиэтилфосфорилхолин (MPC)) (PMPC)-ийн салаалсан, хөндлөн холбоос бүхий полимер давхаргыг эмнэлгийн төхөөрөмжид зориулагдсан силикон гидрогель (SiHy) 15 дээр залгах замаар боловсруулсан.Энэхүү залгагдах процесс нь гадаргуу дээр маш зөөлөн, уян хатан салаалсан полимер сойз бүтэцээс бүрдэх давхарга үүсгэдэг.Лехфилкон А CL-ийн биомиметик бүтэц нь чийгшүүлэх, бохирдохоос сэргийлж, тосолгооны чанарыг сайжруулж, эсийн болон бактерийн наалдацыг бууруулдаг15,16 зэрэг гадаргуугийн дээд зэргийн шинж чанарыг хангадаг болохыг бидний өмнөх ажил баталсан.Нэмж дурдахад энэхүү биомиметик материалыг ашиглах, хөгжүүлэх нь биоанагаахын бусад төхөөрөмжүүдэд цаашид өргөжин тэлэхийг санал болгож байна.Тиймээс энэхүү хэт зөөлөн материалын гадаргуугийн шинж чанарыг тодорхойлж, түүний нүдтэй механик харилцан үйлчлэлийг ойлгох нь ирээдүйн хөгжил, хэрэглээг дэмжих цогц мэдлэгийн баазыг бий болгоход маш чухал юм.Худалдааны ихэнх SiHy контакт линз нь нэг төрлийн материаллаг бүтцийг бүрдүүлдэг гидрофиль ба гидрофобик полимеруудын нэгэн төрлийн холимогоос бүрддэг17.Тэдний механик шинж чанарыг уламжлалт шахалт, суналтын болон бичил хонгилын туршилтын аргуудыг ашиглан судлахын тулд хэд хэдэн судалгаа хийсэн байна18,19,20,21.Гэсэн хэдий ч lehfilcon A CL-ийн шинэ биомиметик дизайн нь түүнийг салаалсан полимер сойз бүтцийн механик шинж чанар нь SiHy үндсэн субстратын шинж чанараас эрс ялгаатай өвөрмөц гетероген материал болгодог.Тиймээс уламжлалт болон доголын аргуудыг ашиглан эдгээр шинж чанарыг үнэн зөв тооцоолох нь маш хэцүү байдаг.Ирээдүйтэй арга нь биологийн эс, эд, зөөлөн полимер зэрэг зөөлөн наалдамхай материалуудын механик шинж чанарыг тодорхойлоход ашиглагдаж байсан атомын хүчний микроскоп (AFM)-д хэрэгжсэн наноинтентацийн туршилтын аргыг ашигладаг22,23,24,25 .,26,27,28,29,30.AFM наноинтентацийн туршилтын үндсийг AFM технологийн хамгийн сүүлийн үеийн дэвшилттэй хослуулан хэмжилтийн мэдрэмжийг нэмэгдүүлж, төрөл бүрийн супер зөөлөн материалыг турших боломжийг олгодог31,32,33,34,35,36.Үүнээс гадна технологи нь өөр өөр геометрийг ашиглах замаар бусад чухал давуу талуудыг санал болгодог.Хэмжээ ба датчик ба янз бүрийн шингэн орчинд турших боломж.
AFM наноиндентацийг нөхцөлт байдлаар гурван үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэгт хувааж болно: (1) тоног төхөөрөмж (мэдрэгч, мэдрэгч, датчик гэх мэт);(2) хэмжилтийн параметрүүд (хүч, шилжилт хөдөлгөөн, хурд, налуу замын хэмжээ гэх мэт);(3) Өгөгдлийн боловсруулалт (суурь засвар, мэдрэгчтэй цэгийн тооцоо, өгөгдөл тохируулах, загварчлах гэх мэт).Энэ аргын нэг чухал асуудал бол AFM наноиндентаци ашигласан уран зохиолын хэд хэдэн судалгаанд ижил дээж/эс/материалын төрөлд маш өөр тоон үр дүнг мэдээлдэг37,38,39,40,41.Жишээлбэл, Лекка нар.Механик хувьд нэгэн төрлийн гидрогель ба гетероген эсийн дээжийн хэмжсэн Янгийн модульд AFM датчикийн геометрийн нөлөөг судалж, харьцуулсан.Тэдний мэдээлснээр модулийн утга нь консолын сонголт, үзүүрийн хэлбэрээс ихээхэн хамаардаг бөгөөд пирамид хэлбэртэй датчикийн хувьд хамгийн өндөр утга, бөмбөрцөг датчикийн хувьд хамгийн бага утга нь 42 байна.Үүний нэгэн адил Selhuber-Unkel et al.Полиакриламидын (PAAM) дээжийн хонгилын хурд, зүсэгчийн хэмжээ, зузаан нь ACM43 наноиндентациар хэмжсэн Янгийн модульд хэрхэн нөлөөлдөг болохыг харуулсан.Өөр нэг хүндрэл учруулж буй хүчин зүйл бол стандарт маш бага модультай туршилтын материал, үнэ төлбөргүй туршилтын журам байхгүй байна.Энэ нь итгэлтэйгээр үнэн зөв үр дүнд хүрэхэд маш хэцүү болгодог.Гэсэн хэдий ч энэ арга нь ижил төстэй дээжийн төрлүүдийн хооронд харьцангуй хэмжилт, харьцуулсан үнэлгээ хийхэд маш их хэрэгтэй байдаг, жишээлбэл, AFM наноиндентаци ашиглан хорт хавдрын эсүүдээс хэвийн эсийг ялгах 44, 45.
AFM нанодомол бүхий зөөлөн материалыг туршихдаа ерөнхий дүрэм бол дээжийн модультай нягт таарч байгаа пүршний тогтмол (k) бага, хагас бөмбөрцөг/дугуй үзүүртэй датчик ашиглах бөгөөд ингэснээр эхний датчик нь дээжийн гадаргууг цоолохгүй. зөөлөн материалтай анхны холбоо барих.Мөн датчикийн үүсгэсэн хазайлтын дохио нь лазер илрүүлэгч системээр илрүүлэхэд хангалттай хүчтэй байх нь чухал юм24,34,46,47.Хэт зөөлөн гетероген эсүүд, эдүүд болон гельүүдийн хувьд өөр нэг сорилт бол датчик ба дээжийн гадаргуугийн хоорондох наалдамхай хүчийг даван туулах, дахин үржих боломжтой, найдвартай хэмжилтийг баталгаажуулах явдал юм48,49,50.Саяхныг хүртэл AFM наноиндентацийн ихэнх ажил нь коллоид датчик (CPs) гэж нэрлэгддэг харьцангуй том бөмбөрцөг датчик ашиглан биологийн эс, эд, гель, гидрогель, биомолекулуудын механик шинж чанарыг судлахад чиглэгдэж ирсэн., 47, 51, 52, 53, 54, 55. Эдгээр үзүүрүүд нь 1-ээс 50 микрон радиустай бөгөөд ихэвчлэн боросиликат шил, полиметилметакрилат (PMMA), полистирол (PS), цахиурын давхар исэл (SiO2) болон алмаазаар хийгдсэн байдаг. нүүрстөрөгч (DLC) шиг.Хэдийгээр CP-AFM наноиндентаци нь ихэвчлэн зөөлөн дээжийн шинж чанарыг тодорхойлох эхний сонголт байдаг ч энэ нь өөрийн гэсэн асуудал, хязгаарлалттай байдаг.Том хэмжээтэй, микрон хэмжээтэй бөмбөрцөг хэлбэрийн үзүүрийг ашиглах нь дээжтэй үзүүрийн нийт хүрэлцэх талбайг нэмэгдүүлж, орон зайн нарийвчлалыг ихээхэн алддаг.Орон нутгийн элементүүдийн механик шинж чанар нь илүү өргөн талбайн дунджаас ихээхэн ялгаатай байж болох зөөлөн, нэгэн төрлийн бус сорьцын хувьд CP догол нь орон нутгийн хэмжээнд шинж чанаруудын нэгэн төрлийн бус байдлыг нууж чаддаг52.Коллоид датчикийг ихэвчлэн эпокси цавуу ашиглан микрон хэмжээтэй коллоид бөмбөрцөгийг үзүүргүй консолд бэхлэх замаар хийдэг.Үйлдвэрлэлийн үйл явц нь өөрөө олон асуудалтай тулгардаг бөгөөд энэ нь датчикийн шалгалт тохируулгын үйл явцын зөрчилд хүргэж болзошгүй юм.Түүнчлэн коллоид хэсгүүдийн хэмжээ, масс нь резонансын давтамж, пүршний хөшүүн чанар, хазайлтын мэдрэмж зэрэг консолын тохируулгын үндсэн үзүүлэлтүүдэд шууд нөлөөлдөг56,57,58.Тиймээс температур тохируулга гэх мэт ердийн AFM датчикуудад түгээмэл хэрэглэгддэг аргууд нь CP-ийн үнэн зөв тохируулга хийх боломжгүй байж болох бөгөөд эдгээр залруулга хийхэд бусад аргууд шаардлагатай байж болно57, 59, 60, 61. CP доголын ердийн туршилтууд нь их хэмжээний хазайлтыг ашигладаг. зөөлөн дээжийн шинж чанарыг судлах нь харьцангуй том хазайлттай консолын шугаман бус байдлыг тохируулах үед өөр асуудал үүсгэдэг62,63,64.Коллоид датчикийн доголын орчин үеийн аргууд нь ихэвчлэн датчикийг тохируулахад ашигладаг консолын геометрийг харгалзан үздэг боловч коллоид хэсгүүдийн нөлөөллийг үл тоомсорлодог бөгөөд энэ нь аргын нарийвчлалд нэмэлт эргэлзээ үүсгэдэг38,61.Үүний нэгэн адил контакт загварын тохируулгаар тооцоолсон уян модулиуд нь доголын датчикийн геометрээс шууд хамаардаг ба үзүүр ба дээжийн гадаргуугийн шинж чанаруудын хооронд үл нийцэх байдал нь алдаа гаргахад хүргэдэг27, 65, 66, 67, 68. Спенсер нар сүүлийн үеийн зарим ажил.CP-AFM наноиндентацийн аргыг ашиглан зөөлөн полимер сойзыг тодорхойлохдоо анхаарах ёстой хүчин зүйлсийг онцлон тэмдэглэв.Полимер сойз дахь наалдамхай шингэнийг хурдны функцээр хадгалах нь толгойн ачааллыг нэмэгдүүлж улмаар хурдаас хамааралтай шинж чанарыг өөр өөр хэмждэг гэж тэд мэдээлсэн30,69,70,71.
Энэхүү судалгаанд бид өөрчилсөн AFM наноиндентацийн аргыг ашиглан хэт зөөлөн, уян хатан материал болох lehfilcon A CL-ийн гадаргуугийн модулийг тодорхойлсон.Энэ материалын шинж чанар, шинэ бүтцийг харгалзан үзэхэд уламжлалт доголын аргын мэдрэмжийн хүрээ нь энэхүү туйлын зөөлөн материалын модулийг тодорхойлоход хангалтгүй байгаа тул өндөр мэдрэмжтэй, бага мэдрэмжтэй AFM наноинтентын аргыг ашиглах шаардлагатай байна.түвшин.Одоо байгаа коллоид AFM датчикийн наноинтентацийн техникийн дутагдал, бэрхшээлийг судалсны дараа бид мэдрэмж, арын чимээ шуугиан, холбоо барих цэгийг тодорхойлох, шингэн хадгалах гэх мэт зөөлөн гетероген материалын хурдны модулийг хэмжихийн тулд яагаад жижиг хэмжээтэй, захиалгаар хийгдсэн AFM датчикийг сонгосон бэ? хараат байдал.болон үнэн зөв тоон үзүүлэлт.Нэмж дурдахад бид доголын үзүүрийн хэлбэр, хэмжээсийг нарийн хэмжиж чадсан бөгөөд энэ нь үзүүрийн материалтай харьцах хэсгийг үнэлэхгүйгээр уян хатан байдлын модулийг тодорхойлохын тулд конус хэлбэрийн тохирох загварыг ашиглах боломжийг бидэнд олгосон.Энэ ажилд хэмжигдсэн хоёр далд таамаглал нь материалын бүрэн уян хатан шинж чанар ба доголын гүнээс хамааралгүй модуль юм.Энэ аргыг ашиглан бид эхлээд аргын тоон үзүүлэлтийг мэдэхийн тулд мэдэгдэж буй модуль бүхий хэт зөөлөн стандартуудыг туршиж, дараа нь энэ аргыг хоёр өөр контакт линзний материалын гадаргууг тодорхойлоход ашигласан.Өндөр мэдрэмжтэй AFM наноиндентацийн гадаргууг тодорхойлох энэхүү аргыг эмнэлгийн төхөөрөмж болон биоанагаахын хэрэглээнд ашиглах боломжтой олон төрлийн биомиметик гетероген хэт зөөлөн материалд ашиглах боломжтой гэж үзэж байна.
Lehfilcon A контакт линз (Alcon, Fort Worth, Texas, USA) болон тэдгээрийн силикон гидрогелийн субстратуудыг наноиндентацийн туршилтаар сонгосон.Туршилтанд тусгайлан бүтээсэн линзний бэхэлгээг ашигласан.Туршилтанд зориулж линзийг суурилуулахын тулд түүнийг бөмбөгөр хэлбэртэй тавиур дээр сайтар байрлуулж, дотор нь агаарын бөмбөлөг байхгүй эсэхийг шалгаад ирмэгээр нь бэхэлсэн.Линз эзэмшигчийн дээд хэсэгт байрлах бэхэлгээний цоорхой нь шингэнийг байранд нь барьж байхын зэрэгцээ наноиндентацийн туршилт хийхэд линзний оптик төв рүү нэвтрэх боломжийг олгодог.Энэ нь линзийг бүрэн чийглэг байлгадаг.500 мкл контакт линзний савлагааны уусмалыг туршилтын уусмал болгон ашигласан.Тоон үр дүнг баталгаажуулахын тулд полиакриламид-ко-метилен-бисакриламидын найрлагаас (100 мм-ийн Петрисофт Петри аяга, Матриген, Ирвин, Калифорниа, АНУ) худалдаалагдах боломжтой идэвхижүүлээгүй полиакриламид (PAAM) гидрогелийг бэлдсэн бөгөөд уян хатан модуль нь 1 байна. кПа.4-5 дусал (ойролцоогоор 125 мкл) фосфатын буфержүүлсэн давсны уусмал (АНУ-ын Тевкесбери, Корнинг Лайфсбери компанийн PBS) болон OPTI-FREE Puremoist контакт линзний уусмал (Alcon, Vaud, TX, USA) 1 дусал хэрэглэнэ.) AFM гидрогель-датчикийн интерфейс дээр.
Lehfilcon A CL болон SiHy субстратын дээжийг Scanning Transmission Electron Microscope (STEM) илрүүлэгчээр тоноглогдсон FEI Quanta 250 Field Emission Scanning Electron Microscope (FEG SEM) системийг ашиглан дүрсэлсэн.Дээж бэлтгэхийн тулд линзийг эхлээд усаар угааж, бялуу хэлбэртэй шаантаг болгон хуваасан.Дээжийн гидрофиль ба гидрофобик бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн ялгааг тогтоохын тулд 0.10% тогтворжуулсан RuO4 уусмалыг будагч бодис болгон ашигласан бөгөөд дээжийг 30 минутын турш дүрнэ.Lehfilcon A CL RuO4 будалт нь ялгаатай тодосгогчийг сайжруулахад чухал ач холбогдолтой төдийгүй салбарласан полимер сойзны бүтцийг анхны хэлбэрээр нь хадгалахад тусалдаг ба дараа нь STEM зураг дээр харагдах болно.Дараа нь тэдгээрийг угааж, этанолын концентраци ихэссэн этанол/усны холимогт усгүйжүүлсэн.Дараа нь дээжийг EMBed 812/Araldite эпоксид цутгаж, 70°С-т шөнийн турш хатаасан.Давирхайн полимержилтын аргаар олж авсан дээжийн блокуудыг хэт микротомоор хайчилж, үүссэн нимгэн хэсгүүдийг 30 кВ хурдасгах хүчдэлд бага вакуум горимд STEM детектороор дүрсэлсэн.PFQNM-LC-A-CAL AFM датчикийн нарийвчилсан шинж чанарыг тодорхойлоход ижил SEM системийг ашигласан (Брукер Нано, Санта Барбара, Калифорниа, АНУ).AFM датчикийн SEM зургийг 30 кВ хурдасгах хүчдэлтэй ердийн өндөр вакуум горимд авсан.AFM датчикийн үзүүрийн хэлбэр, хэмжээний бүх нарийн ширийн зүйлийг бүртгэхийн тулд янз бүрийн өнцгөөр болон томруулсан зургийг аваарай.Зургийн сонирхсон бүх үзүүрийн хэмжээсийг дижитал байдлаар хэмжсэн.
"PeakForce QNM in Fluid" горимтой Dimension FastScan Bio Icon атомын хүчний микроскопыг (Брукер Нано, Санта Барбара, Калифорниа, АНУ) lehfilcon A CL, SiHy субстрат, PAAm гидрогелийн дээжийг дүрслэн харуулах, наноидент болгоход ашигласан.Дүрслэлийн туршилтын хувьд 1 нм нэрлэсэн үзүүрийн радиустай PEAKFORCE-HIRS-FA датчикийг (Bruker) 0.50 Гц скан хурдтайгаар дээжийн өндөр нарийвчлалтай зургийг авахын тулд ашигласан.Бүх зургийг усан уусмалаар авсан.
AFM наноиндентацийн туршилтыг PFQNM-LC-A-CAL датчик (Брукер) ашиглан хийсэн.AFM датчик нь 345 нм зузаан, 54 μм урт, 4.5 μм өргөн, 45 кГц резонансын давтамжтай нитридын консол дээр цахиурын үзүүртэй.Энэ нь зөөлөн биологийн дээж дээр тоон наномеханик хэмжилт хийх, тодорхойлоход зориулагдсан.Мэдрэгчийг үйлдвэрт дангаар нь тохируулсан пүршний тохируулгатай.Энэхүү судалгаанд ашигласан датчикуудын пүршний тогтмолууд нь 0.05-0.1 Н/м-ийн хүрээнд байв.Үзүүрийн хэлбэр, хэмжээг нарийн тодорхойлохын тулд датчикийг SEM ашиглан нарийвчлан тодорхойлсон.Зураг дээр.Зураг 1а-д PFQNM-LC-A-CAL датчикийн өндөр нарийвчлалтай, бага томруулдаг сканнердсан электрон микрографыг харуулсан бөгөөд энэ нь датчикийн дизайныг бүхэлд нь харуулдаг.Зураг дээр.1b нь датчикийн үзүүрийн дээд хэсгийн томруулсан дүрсийг харуулж, үзүүрийн хэлбэр, хэмжээний талаарх мэдээллийг өгдөг.Хамгийн төгсгөлд зүү нь 140 нм диаметртэй хагас бөмбөрцөг юм (Зураг 1c).Үүний доор үзүүр нь конус хэлбэртэй болж, хэмжсэн урт нь ойролцоогоор 500 нм хүрдэг.Нарийссан бүсээс гадна үзүүр нь цилиндр хэлбэртэй бөгөөд нийт үзүүрийн урт нь 1.18 мкм-ээр төгсдөг.Энэ бол датчикийн үзүүрийн гол функциональ хэсэг юм.Түүнчлэн 45 мкм диаметртэй, пүршний тогтмол 2 Н/м хэмжээтэй том бөмбөрцөг полистирол (PS) датчикийг (Novascan Technologies, Inc., Boone, Айова, АНУ) коллоид датчик болгон туршихад ашигласан.харьцуулах зорилгоор PFQNM-LC-A-CAL 140 нм датчиктай.
AFM датчик болон полимер сойзны бүтцийн хооронд наноиндентацийн үед шингэн хуримтлагдах боломжтой бөгөөд энэ нь AFM датчик гадаргуу дээр хүрэхээс өмнө дээш чиглэсэн хүч үзүүлэх болно69.Шингэнийг хадгалахаас үүдэлтэй энэхүү наалдамхай шахалтын нөлөө нь контактын харагдах цэгийг өөрчилж, улмаар гадаргуугийн модулийн хэмжилтэд нөлөөлдөг.Шингэнийг хадгалахад датчикийн геометр ба доголын хурдны нөлөөг судлахын тулд 1 μм/с ба 2 μм/с тогтмол шилжилтийн хурдаар 140 нм диаметртэй датчик ашиглан lehfilcon A CL дээжинд доголын хүчний муруйг зурсан.датчикийн диаметр 45 μм, тогтмол хүчний тохируулга 6 нН 1 мкм/с.140 нм диаметртэй датчиктай туршилтыг дээд зовхины физиологийн хязгаарт (1-8 кПа) контактын даралтыг бий болгохын тулд сонгосон 1 мкм/с доголын хурд, 300 pN тогтоосон хүчээр хийсэн.даралт 72. 1 кПа даралттай PAA гидрогелийн зөөлөн бэлэн дээжийг 140 нм диаметртэй датчик ашиглан 1 мкм/с хурдтайгаар 50 пН доголын хүчийг туршсан.
PFQNM-LC-A-CAL датчикийн үзүүрийн конус хэлбэрийн урт нь ойролцоогоор 500 нм байдаг тул доголын гүнд 500 нм-ээс бага байвал доголын үед датчикийн геометр нь түүний дагуу хэвээр үлдэнэ гэж аюулгүйгээр тооцож болно. конус хэлбэр.Нэмж дурдахад, туршилтанд хамрагдсан материалын гадаргуу нь урвуу уян харимхай урвал үзүүлэх бөгөөд үүнийг дараагийн хэсгүүдэд мөн баталгаажуулах болно.Тиймээс бид үзүүрийн хэлбэр, хэмжээ зэргээс шалтгаалан AFM наноиндентацийн туршилтыг (NanoScope) боловсруулахын тулд үйлдвэрлэгчийн программ хангамжид байдаг Briscoe, Sebastian, Adams нарын боловсруулсан конус бөмбөрцөг холбох загварыг сонгосон.Салгах өгөгдлийн шинжилгээний программ хангамж, Bruker) 73. Загвар нь бөмбөрцөг оройн согогтой конусын хүч-шилжилтийн F(δ) хамаарлыг тодорхойлсон.Зураг дээр.2-р зурагт бөмбөрцөг хэлбэрийн үзүүртэй хатуу конусын харилцан үйлчлэлийн үеийн контактын геометрийг харуулсан бөгөөд R нь бөмбөрцөг хэлбэрийн үзүүрийн радиус, a нь контактын радиус, b нь бөмбөрцөг хэлбэрийн үзүүрийн төгсгөл дэх контактын радиус, δ холбоо барих радиус.доголын гүн, θ нь конусын хагас өнцөг юм.Энэхүү датчикийн SEM дүрсээс харахад 140 нм диаметртэй бөмбөрцөг хэлбэрийн үзүүр нь конус хэлбэртэй нийлдэг тул энд b нь зөвхөн R-ээр тодорхойлогддог, өөрөөр хэлбэл b = R cos θ.Худалдагчаас нийлүүлсэн программ хангамж нь a > b гэж тооцож хүчийг тусгаарлах өгөгдлөөс Young-ийн модулийн (E) утгыг тооцоолох конус-бөмбөрцөг харьцааг хангадаг.Харилцаа:
Энд F нь доголын хүч, E нь Янгийн модуль, ν нь Пуассоны харьцаа юм.Холбоо барих радиус a-ийг дараах байдлаар тооцоолж болно.
Салбарласан полимер сойз бүхий гадаргуугийн давхарга бүхий Lefilcon контакт линзний материалд дарагдсан бөмбөрцөг үзүүртэй хатуу конусын контакт геометрийн схем.
Хэрэв a ≤ b бол хамаарал нь ердийн бөмбөрцөг зүсэгчийн тэгшитгэлд буурна;
Дотор датчик нь PMPC полимер сойзны салаалсан бүтэцтэй харилцан үйлчлэлцсэнээр контактын радиус a нь бөмбөрцөг контактын радиус b-ээс их байх болно гэж бид үзэж байна.Иймд энэ судалгаанд хийгдсэн уян харимхай модулийн бүх тоон хэмжилтийн хувьд бид a > b тохиолдолд олж авсан хамаарлыг ашигласан.
Энэхүү судалгаанд судлагдсан хэт зөөлөн биомиметик материалыг дээжийн хөндлөн огтлолын сканнер дамжуулагч электрон микроскоп (STEM) болон гадаргуугийн атомын хүчний микроскоп (AFM) ашиглан иж бүрэн дүрсэлсэн.Энэхүү гадаргуугийн нарийвчилсан шинж чанарыг бид өмнө нь хэвлэгдсэн ажлын өргөтгөл болгон гүйцэтгэсэн бөгөөд PMPC-ээр өөрчилсөн lehfilcon A CL гадаргуугийн динамик салаалсан полимер сойз бүтэц нь төрөлхийн эвэрлэгийн эд 14-тэй ижил төстэй механик шинж чанарыг харуулсан болохыг тогтоосон.Ийм учраас бид контакт линзний гадаргууг биомиметик материал гэж нэрлэдэг14.Зураг дээр.3a,b зурагт lehfilcon A CL субстрат болон боловсруулаагүй SiHy субстратын гадаргуу дээрх салаалсан PMPC полимер сойз бүтцийн хөндлөн огтлолыг тус тус үзүүлэв.Хоёр дээжийн гадаргууг өндөр нарийвчлалтай AFM зураг ашиглан шинжилж, STEM шинжилгээний үр дүнг баталгаажуулсан (Зураг 3c, d).Эдгээр зургуудыг нэгтгэн авч үзвэл PMPC салаалсан полимер сойзны бүтцийн ойролцоо уртыг 300-400 нм-ийн зайд өгдөг бөгөөд энэ нь AFM нано доголын хэмжилтийг тайлбарлахад чухал ач холбогдолтой юм.Зургуудаас олж авсан өөр нэг гол ажиглалт бол CL биомиметик материалын гадаргуугийн ерөнхий бүтэц нь SiHy субстратын материалаас морфологийн хувьд ялгаатай байдаг.Тэдний гадаргуугийн морфологийн энэхүү ялгаа нь дотогшоо AFM мэдрэгчтэй механик харилцан үйлчлэлийн явцад, дараа нь хэмжсэн модулийн утгуудад тодорхой болно.
(a) lehfilcon A CL ба (б) SiHy субстратын хөндлөн огтлолын STEM зураг.Хуваарийн баар, 500 нм.Lehfilcon A CL субстрат (c) ба үндсэн SiHy субстрат (d) (3 μm × 3 μm) гадаргуугийн AFM зураг.
Биооор нөлөөлсөн полимер болон полимер сойз бүтэц нь угаасаа зөөлөн бөгөөд биоанагаахын янз бүрийн хэрэглээнд өргөнөөр судалж, ашиглагдаж ирсэн74,75,76,77.Тиймээс тэдгээрийн механик шинж чанарыг үнэн зөв, найдвартай хэмжих боломжтой AFM наноиндентацийн аргыг ашиглах нь чухал юм.Гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн эдгээр хэт зөөлөн материалын өвөрмөц шинж чанар, тухайлбал, маш бага уян хатан модуль, өндөр шингэний агууламж, өндөр уян чанар зэрэг нь доголын датчикийн зөв материал, хэлбэр, хэлбэрийг сонгоход хэцүү болгодог.хэмжээ.Дотор нь дээжийн зөөлөн гадаргууг цоолохгүйн тулд энэ нь чухал бөгөөд энэ нь гадаргуутай харьцах цэг болон хүрэлцэх талбайг тодорхойлоход алдаа гаргахад хүргэдэг.
Үүний тулд хэт зөөлөн биомиметик материалын (lehfilcon A CL) морфологийн талаар цогц ойлголттой байх шаардлагатай.Дүрслэлийн аргаар олж авсан салаалсан полимер сойзны хэмжээ, бүтцийн талаарх мэдээлэл нь AFM наноиндентацийн аргыг ашиглан гадаргуугийн механик шинж чанарыг тодорхойлох үндэс суурь болдог.Микрон хэмжээтэй бөмбөрцөг коллоид датчикийн оронд биологийн дээжийн 78, 79, 80-ын механик шинж чанарыг тоон зураглалд зориулж тусгайлан бүтээсэн 140 нм диаметр бүхий цахиурын нитридын датчикийг (Bruker) PFQNM-LC-A-CAL сонгосон. , 81, 82, 83, 84 Уламжлалт коллоид мэдрэгчтэй харьцуулахад харьцангуй хурц датчик ашиглах үндэслэлийг материалын бүтцийн онцлогоор тайлбарлаж болно.Зураг 3a-д үзүүлсэн CL lehfilcon A-ийн гадаргуу дээрх салаалсан полимер сойзтой датчикийн үзүүрийн хэмжээг (~140 нм) харьцуулж үзэхэд үзүүр нь эдгээр сойзны бүтэцтэй шууд харьцах хангалттай том байна гэж дүгнэж болно. үзүүрийг нь цоолох магадлалыг бууруулдаг.Үүнийг харуулахын тулд 4-р зурагт lehfilcon A CL-ийн STEM дүрс ба AFM датчикийн доголын үзүүр (масштабаар зурсан) байна.
Lehfilcon A CL ба ACM доголын датчикийн STEM дүрсийг харуулсан схем (масштабаар зурсан).
Нэмж дурдахад, CP-AFM наноинтентын аргаар үйлдвэрлэсэн полимер сойзны хувьд өмнө нь мэдээлсэн наалдамхай шахалтын нөлөөллөөс зайлсхийхийн тулд 140 нм-ийн үзүүрийн хэмжээ хангалттай бага юм69,71.Энэхүү AFM үзүүр нь тусгай конус бөмбөрцөг хэлбэртэй, харьцангуй жижиг хэмжээтэй учир (Зураг 1) lehfilcon A CL наноинтентацийн үүсгэсэн хүчний муруйн шинж чанар нь доголын хурд эсвэл ачих/буулгах хурдаас хамаарахгүй гэж бид үзэж байна. .Тиймээс энэ нь сүвэрхэг нөлөөнд өртдөггүй.Энэхүү таамаглалыг шалгахын тулд lehfilcon A CL дээжийг PFQNM-LC-A-CAL датчик ашиглан тогтмол хамгийн их хүчээр доголдсон боловч хоёр өөр хурдтайгаар, үр дүнд нь суналтын болон татах хүчний муруйг ашиглан хүчийг (nN) зурсан. тусгаарлах (мкм) -ийг Зураг 5а-д үзүүлэв.Ачаа, буулгах үеийн хүчний муруй нь бүрэн давхцаж байгаа нь тодорхой бөгөөд тэг доголын гүн дэх хүчний зүсэлт нь доголын хурдаар нэмэгддэг гэсэн тодорхой нотолгоо байхгүй байгаа нь сойзны бие даасан элементүүд нь уян харимхай нөлөө үзүүлэхгүй байсныг харуулж байна.Үүний эсрэгээр, шингэний хадгалалтын нөлөө (наалдамхай шахалт ба нүх сүвний уян хатан байдлын нөлөө) нь 45 микрон диаметртэй AFM датчикийн хувьд ижил доголын хурдаар илэрдэг бөгөөд Зураг 5b-д үзүүлсэн шиг сунгах болон татах муруй хоорондын гистерезисээр тодорхойлогддог.Эдгээр үр дүн нь таамаглалыг дэмжиж, 140 нм диаметртэй датчикууд нь ийм зөөлөн гадаргууг тодорхойлоход тохиромжтой сонголт болохыг харуулж байна.
lehfilcon ACM ашиглан CL доголын хүчний муруй;(а) 140 нм диаметр бүхий датчикийг хоёр ачааллын хурдаар ашиглах нь гадаргуугийн доголын үед сүвэрхэг уян харимхай нөлөө үзүүлэхгүй байхыг харуулсан;(б) 45 мкм ба 140 нм диаметртэй датчик ашиглан.s нь жижиг датчиктай харьцуулахад том датчикуудад наалдамхай шахалт ба нүхжилтийн үр нөлөөг харуулж байна.
Хэт зөөлөн гадаргууг тодорхойлохын тулд AFM наноиндентацийн аргууд нь судалж буй материалын шинж чанарыг судлах хамгийн сайн мэдрэгчтэй байх ёстой.Нано доголын нарийвчлал, найдвартай байдлыг тодорхойлоход үзүүрийн хэлбэр, хэмжээнээс гадна AFM детекторын системийн мэдрэмж, туршилтын орчин дахь үзүүрийн хазайлтыг мэдрэх чадвар, консолын хөшүүн чанар чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.хэмжилт.Манай AFM системийн хувьд Position Sensitive Detector (PSD) илрүүлэх хязгаар нь ойролцоогоор 0.5 мВ бөгөөд PFQNM-LC-A-CAL датчикийн урьдчилан тохируулсан пүршний хурд болон тооцоолсон шингэний хазайлтын мэдрэмж дээр суурилдаг. онолын ачааллын мэдрэмж.0.1 pN-ээс бага байна.Тиймээс энэ арга нь захын дуу чимээний бүрэлдэхүүн хэсэггүйгээр хамгийн бага доголын хүчийг ≤ 0.1 pN хэмжих боломжийг олгодог.Гэсэн хэдий ч AFM систем нь механик чичиргээ, шингэний динамик зэрэг хүчин зүйлсээс шалтгаалан захын дуу чимээг энэ түвшинд хүртэл бууруулах нь бараг боломжгүй юм.Эдгээр хүчин зүйлүүд нь AFM наноиндентацийн аргын ерөнхий мэдрэмжийг хязгаарлаж, мөн ойролцоогоор ≤ 10 pN-ийн дэвсгэр дуу чимээний дохиог үүсгэдэг.Гадаргуугийн шинж чанарыг тодорхойлохын тулд lehfilcon A CL ба SiHy субстратын дээжийг SEM шинж чанарыг тодорхойлох 140 нм датчик ашиглан бүрэн усжуулсан нөхцөлд доголдуулсан ба үүссэн хүчний муруйг хүч (pN) ба даралтын хооронд давхарласан.Тусгаарлах графикийг (мкм) Зураг 6а-д үзүүлэв.SiHy үндсэн субстраттай харьцуулахад lehfilcon A CL хүчний муруй нь сэрээтэй полимер сойзтой харьцах цэгээс эхлээд үндсэн материалтай үзүүрийн налуугийн тэмдэглэгээний контактын огцом өөрчлөлтөөр төгсдөг шилжилтийн үе шатыг тодорхой харуулж байна.Хүчний муруйн энэхүү шилжилтийн хэсэг нь гадаргуу дээрх салаалсан полимер сойзны жинхэнэ уян хатан байдлыг тодотгож байгаа нь хурцадмал муруйг дагаж мөрдсөн шахалтын муруй ба сойзны бүтэц ба том SiHy материалын хоорондох механик шинж чанарын ялгаатай байдлаас харагдаж байна.Лефилконыг харьцуулахдаа.PCS-ийн STEM дүрс дэх салаалсан полимер сойзны дундаж уртыг салгах (Зураг 3а) ба 3а-р зурагт абсцисса дагуух хүчний муруй.6а-аас харахад энэ арга нь гадаргуугийн хамгийн дээд хэсэгт хүрч буй үзүүр ба салаалсан полимерийг илрүүлэх чадвартай болохыг харуулж байна.Сойзны бүтэц хоорондын холбоо барих.Нэмж хэлэхэд, хүчний муруйнууд хоорондоо ойрхон давхцаж байгаа нь шингэнийг хадгалах нөлөө байхгүйг харуулж байна.Энэ тохиолдолд зүү болон дээжийн гадаргуу хооронд наалдац огт байхгүй.Хоёр дээжийн хүчний муруйн хамгийн дээд хэсгүүд нь давхцаж байгаа нь субстратын материалын механик шинж чанаруудын ижил төстэй байдлыг илэрхийлдэг.
(a) lehfilcon A CL субстрат ба SiHy субстратын AFM наноиндентацийн хүчний муруй, (б) арын дуу чимээний босго аргыг ашиглан контактын цэгийн тооцоог харуулсан хүчний муруй.
Хүчний муруйн нарийн ширийнийг судлахын тулд lehfilcon A CL дээжийн хурцадмал муруйг 6b-д y тэнхлэгийн дагуу хамгийн ихдээ 50 pN хүчээр дахин зурав.Энэ график нь анхны дэвсгэр шуугианы тухай чухал мэдээллийг өгдөг.Дуу чимээ нь ±10 pN-ийн мужид байгаа бөгөөд энэ нь контактын цэгийг нарийн тодорхойлж, доголын гүнийг тооцоолоход ашигладаг.Уран зохиолд дурдсанчлан холбоо барих цэгүүдийг тодорхойлох нь модуль85 зэрэг материалын шинж чанарыг үнэн зөв үнэлэхэд чухал ач холбогдолтой юм.Хүчний муруйн өгөгдлийг автоматаар боловсруулах арга нь зөөлөн материалын тоон хэмжилт болон өгөгдөлд тохируулга хийх хоорондын уялдаа сайжирч байгааг харуулж байна86.Энэ ажилд бидний холбоо барих цэгийг сонгох нь харьцангуй энгийн бөгөөд бодитой боловч өөрийн гэсэн хязгаарлалттай байдаг.Холбоо барих цэгийг тодорхойлох бидний консерватив арга нь жижиг доголын гүнд (< 100 нм) модулийн утгыг арай хэтрүүлэн үнэлэхэд хүргэж болзошгүй юм.Алгоритмд суурилсан мэдрэгчтэй цэгийг илрүүлэх, автоматжуулсан өгөгдөл боловсруулалтыг ашиглах нь бидний аргыг улам боловсронгуй болгохын тулд ирээдүйд энэ ажлын үргэлжлэл байж болох юм.Тиймээс ±10 pN дарааллаар дотоод дэвсгэр чимээ шуугианы хувьд бид ≥10 pN-ийн утгатай Зураг 6b-ийн x тэнхлэг дээрх анхны өгөгдлийн цэгийг холбоо барих цэг гэж тодорхойлдог.Дараа нь 10 pN-ийн дуу чимээний босгоны дагуу ~0.27 мкм-ийн түвшний босоо шугам нь гадаргуутай холбогдох цэгийг тэмдэглэж, дараа нь суналтын муруй нь субстрат ~270 нм доголын гүнд хүрэх хүртэл үргэлжилнэ.Сонирхолтой нь, дүрслэх аргыг ашиглан хэмжсэн салаалсан полимер сойзны хэмжээ (300-400 нм) дээр үндэслэн CL lehfilcon-ийн доголын гүнийг дэвсгэр дуу чимээний босго аргыг ашиглан ажигласан дээж нь ойролцоогоор 270 нм бөгөөд энэ нь ойролцоогоор 270 нм байна. хэмжилтийн хэмжээ нь STEM.Эдгээр үр дүн нь энэхүү маш зөөлөн, уян хатан салаалсан полимер сойзны бүтцэд догол хийх AFM датчикийн үзүүрийн хэлбэр, хэмжээтэй нийцэж, хэрэглэх боломжтойг баталгаажуулж байна.Энэ өгөгдөл нь холбоо барих цэгүүдийг тогтоох босго болгон дэвсгэр шуугианыг ашиглах бидний аргыг батлах хүчтэй нотолгоо юм.Тиймээс математик загварчлал болон хүчний муруйн тохируулгын үр дүнд олж авсан аливаа тоон үр дүн харьцангуй үнэн зөв байх ёстой.
AFM наноиндентацийн аргуудын тоон хэмжилтүүд нь өгөгдлийг сонгох болон дараагийн шинжилгээнд ашигласан математик загвараас бүрэн хамаардаг.Тиймээс тодорхой загварыг сонгохын өмнө индэр, материалын шинж чанар, тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн механикийг сонгохтой холбоотой бүх хүчин зүйлийг харгалзан үзэх нь чухал юм.Энэ тохиолдолд үзүүрийн геометрийг SEM микрографик ашиглан сайтар тодорхойлсон (Зураг 1) бөгөөд үр дүнд үндэслэн хатуу конус, бөмбөрцөг хэлбэрийн геометр бүхий 140 нм диаметртэй AFM наноинтерийн датчик нь lehfilcon A CL79 дээжийг тодорхойлоход тохиромжтой сонголт юм. .Өөр нэг чухал хүчин зүйл бол шалгагдаж буй полимер материалын уян хатан чанар юм.Хэдийгээр нано доголын анхны өгөгдөл (5а ба 6а-р зураг) нь суналтын болон шахалтын муруй давхцах, өөрөөр хэлбэл материалын уян хатан байдлыг бүрэн сэргээх онцлогийг тодорхой харуулсан боловч контактуудын цэвэр уян хатан чанарыг батлах нь туйлын чухал юм. .Үүний тулд lehfilcon A CL дээжийн гадаргуу дээр нэг байршилд дараалсан хоёр доголтыг бүрэн чийгшүүлэх нөхцөлд 1 мкм/с доголын хурдаар гүйцэтгэсэн.Үүссэн хүчний муруйн өгөгдлийг Зураг дээр үзүүлэв.7 ба хүлээгдэж байгаачлан хоёр хэвлэмэлийн тэлэлт, шахалтын муруй нь бараг ижил бөгөөд салаалсан полимер сойзны бүтцийн өндөр уян хатан чанарыг онцлон тэмдэглэв.
Лехфилкон А CL-ийн гадаргуу дээр ижил байрлалд байрлах хоёр доголын хүчний муруй нь линзний гадаргуугийн хамгийн тохиромжтой уян хатан чанарыг илтгэнэ.
Сорьцын үзүүр ба lehfilcon A CL гадаргуугийн SEM болон STEM зургуудаас олж авсан мэдээлэлд үндэслэн конус бөмбөрцөг загвар нь AFM датчикийн үзүүр ба туршиж буй зөөлөн полимер материалын харилцан үйлчлэлийн үндэслэлтэй математик дүрслэл юм.Нэмж дурдахад энэхүү конус бөмбөрцөг загварын хувьд дарагдсан материалын уян хатан шинж чанарын талаархи үндсэн таамаглал нь энэхүү шинэ биомиметик материалын хувьд үнэн бөгөөд уян хатан модулийг хэмжихэд ашиглагддаг.
Догол датчикийн шинж чанар (хэлбэр, хэмжээ, пүршний хөшүүн чанар), мэдрэмж (арын дуу чимээ ба контактын цэгийн тооцоо), өгөгдөл тохируулах загвар (тоон модулийн хэмжилт) зэрэг AFM наноинтентын арга болон түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг иж бүрэн үнэлсний дараа аргыг ашигласан. ашигласан.тоон үр дүнг баталгаажуулахын тулд худалдаанд байгаа хэт зөөлөн дээжийг тодорхойлох.1 кПа уян хатан модуль бүхий арилжааны полиакриламид (PAAM) гидрогелийг 140 нм датчик ашиглан гидратжуулсан нөхцөлд туршсан.Модулийн туршилт, тооцооллын дэлгэрэнгүй мэдээллийг Нэмэлт мэдээлэлд оруулсан болно.Үр дүнгээс харахад хэмжсэн дундаж модуль нь 0.92 кПа, %RSD болон мэдэгдэж буй модулиас хазайсан хувь (%) нь 10%-иас бага байна.Эдгээр үр дүн нь хэт зөөлөн материалын модулийг хэмжихэд ашигласан AFM наноиндентацийн аргын нарийвчлал, давтагдах чадварыг баталж байна.Лехфилкон А CL дээж болон SiHy үндсэн субстратын гадаргууг доголын гүнээс хамааруулан хэт зөөлөн гадаргуугийн харагдах контактын модулийг судлахын тулд ижил AFM наноиндентацийн аргыг ашиглан тодорхойлсон.Доголын хүчийг тусгаарлах муруйг төрөл тус бүрийн гурван сорьцын хувьд (n = 3; сорьц тус бүр нэг догол) 300 pN хүч, 1 мкм/с хурдтай, бүрэн чийгшүүлэх үед үүсгэсэн.Доголын хүчийг хуваалцах муруйг конус бөмбөрцөг загвар ашиглан ойролцоолсон.Доголын гүнээс хамаарч модулийг авахын тулд контактын цэгээс эхлэн 20 нм-ийн өсөлт бүрт хүчний муруйн 40 нм өргөн хэсгийг тогтоож, хүчний муруйн алхам бүрт модулийн утгыг хэмжсэн.Spin Cy нар.Поли(лаурил метакрилат) (P12MA) полимер сойзны модулийн градиентийг коллоид AFM датчикийн наноинтентаци ашиглан тодорхойлоход ижил төстэй аргыг ашигласан бөгөөд Герц контакт загвар ашиглан өгөгдөлтэй нийцэж байна.Энэ арга нь харагдах контактын модуль/гүний градиентийг харуулсан Зураг 8-д үзүүлсэн шиг харагдах контактын модуль (кПа) ба доголын гүн (нм)-ийн графикийг өгдөг.CL lehfilcon A дээжийн тооцоолсон уян харимхай модуль нь дээжийн 100 нм-ийн дээд хэсэгт 2-3 кПа-ийн мужид байх ба түүнээс дээш гүнд нэмэгдэж эхэлдэг.Нөгөөтэйгүүр, гадаргуу дээр сойз шиг хальсгүй SiHy үндсэн субстратыг турших үед 300 рН-ийн хүчээр хүрэх хамгийн их доголын гүн нь 50 нм-ээс бага, өгөгдлөөс олж авсан модулийн утга нь ойролцоогоор 400 кПа байна. , энэ нь задгай материалын Янгийн модулийн утгатай харьцуулж болно.
Модулийг хэмжихийн тулд конус бөмбөрцөг геометр бүхий AFM наноиндентацийн аргыг ашиглан lehfilcon A CL ба SiHy субстратын хувьд илэрхий контактын модуль (кПа) ба доголын гүн (нм).
Биомиметик салаалсан полимер сойзны хамгийн дээд гадаргуу нь уян хатан байдлын маш бага модулийг (2-3 кПа) харуулдаг.Энэ нь STEM зурагт үзүүлсэн шиг сэрээтэй полимер сойзны чөлөөт унждаг үзүүртэй тохирно.CL-ийн гадна талын ирмэг дээр модулийн градиентийн зарим нотолгоо байдаг ч үндсэн өндөр модультай субстрат илүү нөлөөтэй байдаг.Гэсэн хэдий ч гадаргуугийн дээд 100 нм нь салаалсан полимер сойзны нийт уртын 20% -д багтдаг тул энэ доголын гүн дэх модулийн хэмжсэн утгууд харьцангуй үнэн зөв бөгөөд тийм ч хүчтэй биш гэж үзэх нь үндэслэлтэй юм. доод объектын нөлөөллөөс хамаарна.
SiHy субстратын гадаргуу дээр залгагдсан салаалсан PMPC полимер сойз бүтцээс бүрдэх lehfilcon A контакт линз нь өвөрмөц биомиметик дизайнтай тул уламжлалт хэмжилтийн аргыг ашиглан тэдгээрийн гадаргуугийн бүтцийн механик шинж чанарыг найдвартай тодорхойлоход маш хэцүү байдаг.Энд бид lefilcon A зэрэг усны өндөр агууламжтай, маш өндөр уян хатан чанар бүхий хэт зөөлөн материалыг үнэн зөв тодорхойлох AFM наноиндентацийн дэвшилтэт аргыг танилцуулж байна.Энэ арга нь AFM датчикийг ашиглахад суурилдаг бөгөөд түүний үзүүрийн хэмжээ, геометрийг дарах гэж буй хэт зөөлөн гадаргуугийн бүтцийн хэмжээсүүдтэй тохирч нарийн сонгосон байдаг.Зоног ба бүтцийн хоорондох хэмжээсийн энэхүү хослол нь мэдрэмтгий байдлыг нэмэгдүүлж, уян хатан нөлөөллөөс үл хамааран салаалсан полимер сойз элементүүдийн бага модуль, уян хатан шинж чанарыг хэмжих боломжийг олгодог.Линзний гадаргуугийн өвөрмөц салаалсан PMPC полимер багс нь усан орчинд туршиж үзэхэд маш бага (2 кПа хүртэл) уян хатан чанар, маш өндөр уян хатан чанар (бараг 100%) байсан нь үр дүнгээс харагдаж байна.AFM наноиндентацийн үр дүн нь биомиметик линзний гадаргуугийн илэрхий контактын модуль / гүн градиент (30 кПа/200 нм) -ийг тодорхойлох боломжийг бидэнд олгосон.Энэ градиент нь салаалсан полимер багс ба SiHy субстрат хоорондын модулийн зөрүү, эсвэл полимер сойзны салаалсан бүтэц/нягтрал эсвэл тэдгээрийн хослолоос шалтгаалж болно.Гэсэн хэдий ч бүтэц, шинж чанаруудын хоорондын хамаарлыг, ялангуяа сойзны салбарлалтын механик шинж чанарт үзүүлэх нөлөөг бүрэн ойлгохын тулд цаашид гүнзгийрүүлсэн судалгаа хийх шаардлагатай байна.Үүнтэй төстэй хэмжилтүүд нь бусад хэт зөөлөн материал, эмнэлгийн хэрэгслийн гадаргуугийн механик шинж чанарыг тодорхойлоход тусална.
Одоогийн судалгааны явцад үүсгэсэн болон/эсвэл дүн шинжилгээ хийсэн мэдээллийн багцыг зохих хүсэлтийн дагуу холбогдох зохиогчоос авах боломжтой.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. and Haugen, HJ Биоматериалын гадаргуугийн физик, химийн шинж чанарт үзүүлэх биологийн урвал.Химийн.нийгэм.Эд.49, 5178–5224 (2020).
Чен, ФМ ба Лю, X. Эдийн инженерчлэлд зориулсан хүний ​​гаралтай биоматериалыг сайжруулах.програмчлал.полимер.шинжлэх ухаан.53, 86 (2016).
Садтлер, K. et al.Нөхөн сэргээх анагаах ухаанд биоматериалын дизайн, эмнэлзүйн хэрэгжилт, дархлааны хариу урвал.Үндэсний Мэтт Илч 1, 16040 (2016).
Oliver WK and Farr GM. Ачаалал ба шилжилтийн хэмжилтээр доголын туршилтыг ашиглан хатуулаг ба уян хатан модулийг тодорхойлох сайжруулсан арга.Ж. Алма матер.хадгалах сав.7, 1564–1583 (2011).
Уолли, SM Доголын хатуулгийн туршилтын түүхэн гарал үүсэл.алма матер.шинжлэх ухаан.технологи.28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Макро, микро, нано хэмжээст дэх доголын хатуулгийн хэмжилт: Шүүмжтэй тойм.овог.Райт.65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD болон Clapperich, SM Гадаргууг илрүүлэх алдаа нь зөөлөн материалын наноиндентацийн модулийг хэтрүүлэн тооцоход хүргэдэг.Ж.Меча.Зан төлөв.Биоанагаахын шинжлэх ухаан.алма матер.2, 312–317 (2009).
Каримзаде А., Колоор ССР, Аятоллахи МР, Бушроа АР, Яхья М.Ю.Туршилтын болон тооцооллын аргуудыг ашиглан гетероген нанокомпозитын механик шинж чанарыг тодорхойлох наноиндентацийн аргын үнэлгээ.шинжлэх ухаан.Байшин 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, and Owart, TS Зөөлөн наалдамхай гелийн механик шинж чанарыг догол болон оновчлолд суурилсан урвуу төгсгөлийн элементийн шинжилгээгээр хийсэн.Ж.Меча.Зан төлөв.Биоанагаахын шинжлэх ухаан.алма матер.2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J and Chaneler D. Тохиромжтой хэмжих системийг ашиглан зуурамтгай чанарыг тодорхойлох оновчлол.Зөөлөн бодис 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. and Pellillo, E. Полимер гадаргуугийн наноиндентаци.J. Физик.D. Физикийн чиглэлээр суралцах хүсэлт гаргах.31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. and Van Vliet KJ Шок догол ашиглан өндөр уян хатан полимер ба биологийн эдүүдийн наалдамхай уян хатан механик шинж чанарыг тодорхойлох.Биоматериалуудын сэтгүүл.71, 388–397 (2018).
Перепелкин Н.В., Ковалев А.Е., Горб С.Н., Бородич ФМ Өргөтгөсөн Бородич-Галанов (БГ) арга ба гүн доголтыг ашиглан зөөлөн материалын уян хатан модуль ба наалдсан ажлын үнэлгээ.үслэг.алма матер.129, 198–213 (2019).
Ши, X. болон бусад.Силикон гидрогелийн контакт линзний биомиметик полимер гадаргуугийн нано хэмжээний морфологи ба механик шинж чанарууд.Лангмуйр 37, 13961–13967 (2021).