Nature.comని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు పరిమిత CSS మద్దతుతో బ్రౌజర్ సంస్కరణను ఉపయోగిస్తున్నారు. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు నవీకరించబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాల్సిందిగా మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా Internet Explorerలో అనుకూలత మోడ్‌ని నిలిపివేయండి). అదనంగా, కొనసాగుతున్న మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్‌ని చూపుతాము.
ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల రంగులరాట్నం ప్రదర్శిస్తుంది. ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల ద్వారా తరలించడానికి మునుపటి మరియు తదుపరి బటన్‌లను ఉపయోగించండి లేదా ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల ద్వారా తరలించడానికి చివర ఉన్న స్లయిడర్ బటన్‌లను ఉపయోగించండి.
వైద్య పరికరాలు మరియు బయోమెడికల్ అనువర్తనాల కోసం కొత్త అల్ట్రా-సాఫ్ట్ మెటీరియల్‌ల అభివృద్ధితో, వాటి భౌతిక మరియు యాంత్రిక లక్షణాల యొక్క సమగ్ర లక్షణం ముఖ్యమైనది మరియు సవాలుగా ఉంటుంది. కొత్త లెహ్‌ఫిల్కాన్ A బయోమిమెటిక్ సిలికాన్ హైడ్రోజెల్ కాంటాక్ట్ లెన్స్ యొక్క అత్యంత తక్కువ ఉపరితల మాడ్యులస్‌ను వర్గీకరించడానికి మార్చబడిన అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోపీ (AFM) నానోఇండెంటేషన్ టెక్నిక్ వర్తించబడింది, ఇది శాఖలుగా ఉన్న పాలిమర్ బ్రష్ నిర్మాణాల పొరతో పూత చేయబడింది. ఈ పద్ధతి బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్‌లను సంప్రదించేటప్పుడు జిగట ఎక్స్‌ట్రాషన్ యొక్క ప్రభావాలు లేకుండా సంప్రదింపు పాయింట్ల ఖచ్చితమైన నిర్ణయాన్ని అనుమతిస్తుంది. అదనంగా, పోరోలాస్టిసిటీ ప్రభావం లేకుండా వ్యక్తిగత బ్రష్ మూలకాల యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలను గుర్తించడం సాధ్యపడుతుంది. సాఫ్ట్ మెటీరియల్స్ మరియు బయోలాజికల్ శాంపిల్స్ యొక్క లక్షణాలను కొలవడానికి ప్రత్యేకంగా సరిపోయే డిజైన్ (చిట్కా పరిమాణం, జ్యామితి మరియు స్ప్రింగ్ రేట్)తో AFM ప్రోబ్‌ను ఎంచుకోవడం ద్వారా ఇది సాధించబడుతుంది. ఈ పద్ధతి చాలా మృదువైన పదార్థం లెహ్ఫిల్కాన్ A యొక్క ఖచ్చితమైన కొలత కోసం సున్నితత్వం మరియు ఖచ్చితత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది, ఇది ఉపరితల వైశాల్యంపై (2 kPa వరకు) స్థితిస్థాపకత యొక్క అత్యంత తక్కువ మాడ్యులస్ మరియు అంతర్గత (దాదాపు 100%) సజల వాతావరణంలో చాలా ఎక్కువ స్థితిస్థాపకత కలిగి ఉంటుంది. . ఉపరితల అధ్యయనం యొక్క ఫలితాలు లెహ్ఫిల్కాన్ A లెన్స్ యొక్క అల్ట్రా-సాఫ్ట్ ఉపరితల లక్షణాలను వెల్లడించడమే కాకుండా, బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్‌ల మాడ్యులస్ సిలికాన్-హైడ్రోజన్ సబ్‌స్ట్రేట్‌తో పోల్చదగినదని కూడా చూపించింది. ఈ ఉపరితల క్యారెక్టరైజేషన్ టెక్నిక్‌ని ఇతర అల్ట్రా-సాఫ్ట్ మెటీరియల్స్ మరియు మెడికల్ డివైజ్‌లకు అన్వయించవచ్చు.
జీవన కణజాలంతో ప్రత్యక్ష సంబంధం కోసం రూపొందించిన పదార్థాల యాంత్రిక లక్షణాలు తరచుగా జీవ పర్యావరణం ద్వారా నిర్ణయించబడతాయి. ఈ మెటీరియల్ లక్షణాల యొక్క ఖచ్చితమైన సరిపోలిక ప్రతికూల సెల్యులార్ ప్రతిస్పందనలను కలిగించకుండా పదార్థం యొక్క కావలసిన క్లినికల్ లక్షణాలను సాధించడంలో సహాయపడుతుంది1,2,3. బల్క్ సజాతీయ పదార్థాల కోసం, ప్రామాణిక విధానాలు మరియు పరీక్షా పద్ధతుల లభ్యత (ఉదా, మైక్రోఇండెంటేషన్4,5,6) కారణంగా యాంత్రిక లక్షణాల లక్షణం చాలా సులభం. అయినప్పటికీ, జెల్‌లు, హైడ్రోజెల్‌లు, బయోపాలిమర్‌లు, లివింగ్ సెల్‌లు మొదలైన అల్ట్రా-సాఫ్ట్ మెటీరియల్‌లకు, కొలత రిజల్యూషన్ పరిమితులు మరియు కొన్ని పదార్థాల అసమానత కారణంగా ఈ పరీక్ష పద్ధతులు సాధారణంగా వర్తించవు. సంవత్సరాలుగా, సాంప్రదాయ ఇండెంటేషన్ పద్ధతులు సవరించబడ్డాయి మరియు విస్తృత శ్రేణి మృదువైన పదార్థాలను వర్గీకరించడానికి స్వీకరించబడ్డాయి, అయితే అనేక పద్ధతులు ఇప్పటికీ వాటి వినియోగాన్ని పరిమితం చేసే తీవ్రమైన లోపాలతో బాధపడుతున్నాయి8,9,10,11,12,13. సూపర్‌సాఫ్ట్ మెటీరియల్స్ మరియు ఉపరితల పొరల యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలను ఖచ్చితంగా మరియు విశ్వసనీయంగా వర్ణించగల ప్రత్యేక పరీక్షా పద్ధతుల లేకపోవడం వివిధ అనువర్తనాల్లో వాటి వినియోగాన్ని తీవ్రంగా పరిమితం చేస్తుంది.
మా మునుపటి పనిలో, మేము lehfilcon A (CL) కాంటాక్ట్ లెన్స్‌ను పరిచయం చేసాము, ఇది కంటి కార్నియా యొక్క ఉపరితలం నుండి ప్రేరేపించబడిన సంభావ్య బయోమిమెటిక్ డిజైన్‌ల నుండి ఉత్పన్నమైన అన్ని అల్ట్రా-సాఫ్ట్ ఉపరితల లక్షణాలతో కూడిన మృదువైన భిన్నమైన పదార్థం. ఈ బయోమెటీరియల్‌ని వైద్య పరికరాల కోసం రూపొందించిన ఒక సిలికాన్ హైడ్రోజెల్ (SiHy) 15లో పాలీ (2-మెథాక్రిలోలోక్సీథైల్ ఫాస్ఫోరిల్‌కోలిన్ (MPC)) (PMPC) యొక్క బ్రాంచ్డ్, క్రాస్-లింక్డ్ పాలిమర్ పొరను అంటుకట్టడం ద్వారా అభివృద్ధి చేయబడింది. ఈ అంటుకట్టుట ప్రక్రియ ఉపరితలంపై చాలా మృదువైన మరియు అత్యంత సాగే శాఖలు కలిగిన పాలీమెరిక్ బ్రష్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉండే పొరను సృష్టిస్తుంది. lehfilcon A CL యొక్క బయోమిమెటిక్ నిర్మాణం మెరుగైన చెమ్మగిల్లడం మరియు దుర్వాసన నివారణ, పెరిగిన లూబ్రిసిటీ మరియు తగ్గిన కణం మరియు బ్యాక్టీరియా సంశ్లేషణ వంటి ఉన్నతమైన ఉపరితల లక్షణాలను అందిస్తుందని మా మునుపటి పని ధృవీకరించింది. అదనంగా, ఈ బయోమిమెటిక్ పదార్థం యొక్క ఉపయోగం మరియు అభివృద్ధి ఇతర బయోమెడికల్ పరికరాలకు మరింత విస్తరించాలని కూడా సూచిస్తుంది. అందువల్ల, ఈ అల్ట్రా-సాఫ్ట్ మెటీరియల్ యొక్క ఉపరితల లక్షణాలను వర్గీకరించడం మరియు భవిష్యత్ పరిణామాలు మరియు అనువర్తనాలకు మద్దతు ఇవ్వడానికి సమగ్ర జ్ఞాన స్థావరాన్ని రూపొందించడానికి కంటితో దాని యాంత్రిక పరస్పర చర్యను అర్థం చేసుకోవడం చాలా కీలకం. చాలా వాణిజ్యపరంగా లభించే SiHy కాంటాక్ట్ లెన్సులు హైడ్రోఫిలిక్ మరియు హైడ్రోఫోబిక్ పాలిమర్‌ల సజాతీయ మిశ్రమంతో కూడి ఉంటాయి, ఇవి ఏకరీతి పదార్థ నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తాయి. సాంప్రదాయ కంప్రెషన్, టెన్సైల్ మరియు మైక్రోఇండెంటేషన్ పరీక్ష పద్ధతులను ఉపయోగించి వాటి యాంత్రిక లక్షణాలను పరిశోధించడానికి అనేక అధ్యయనాలు నిర్వహించబడ్డాయి18,19,20,21. అయినప్పటికీ, lehfilcon A CL యొక్క నవల బయోమిమెటిక్ డిజైన్ దీనిని ఒక ప్రత్యేకమైన వైవిధ్య పదార్థంగా చేస్తుంది, దీనిలో బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్ నిర్మాణాల యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలు SiHy బేస్ సబ్‌స్ట్రేట్ నుండి గణనీయంగా భిన్నంగా ఉంటాయి. అందువల్ల, సాంప్రదాయ మరియు ఇండెంటేషన్ పద్ధతులను ఉపయోగించి ఈ లక్షణాలను ఖచ్చితంగా లెక్కించడం చాలా కష్టం. ఆశాజనకమైన పద్ధతి అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోపీ (AFM)లో అమలు చేయబడిన నానోఇండెంటేషన్ పరీక్ష పద్ధతిని ఉపయోగిస్తుంది, ఈ పద్ధతి జీవ కణాలు మరియు కణజాలాల వంటి మృదువైన విస్కోలాస్టిక్ పదార్థాల యాంత్రిక లక్షణాలను గుర్తించడానికి ఉపయోగించబడింది, అలాగే మృదువైన పాలిమర్‌లు22,23,24,25 . ,26,27,28,29,30. AFM నానోఇండెంటేషన్‌లో, నానోఇండెంటేషన్ టెస్టింగ్ యొక్క ప్రాథమిక అంశాలు AFM సాంకేతికతలోని తాజా పురోగతులతో కలిపి, పెరిగిన కొలత సున్నితత్వాన్ని మరియు విస్తృత శ్రేణిలో అంతర్గతంగా ఉన్న సూపర్‌సాఫ్ట్ మెటీరియల్స్31,32,33,34,35,36 పరీక్షలను అందించడానికి అందించబడతాయి. అదనంగా, సాంకేతికత వివిధ జ్యామితిలను ఉపయోగించడం ద్వారా ఇతర ముఖ్యమైన ప్రయోజనాలను అందిస్తుంది. ఇండెంటర్ మరియు ప్రోబ్ మరియు వివిధ లిక్విడ్ మీడియాలో పరీక్షించే అవకాశం.
AFM నానోఇండెంటేషన్‌ను షరతులతో మూడు ప్రధాన భాగాలుగా విభజించవచ్చు: (1) పరికరాలు (సెన్సర్‌లు, డిటెక్టర్లు, ప్రోబ్‌లు మొదలైనవి); (2) కొలత పారామితులు (శక్తి, స్థానభ్రంశం, వేగం, రాంప్ పరిమాణం మొదలైనవి); (3) డేటా ప్రాసెసింగ్ (బేస్‌లైన్ కరెక్షన్, టచ్ పాయింట్ ఎస్టిమేషన్, డేటా ఫిట్టింగ్, మోడలింగ్ మొదలైనవి). ఈ పద్ధతిలో ఒక ముఖ్యమైన సమస్య ఏమిటంటే, AFM నానోఇండెంటేషన్‌ని ఉపయోగించి సాహిత్యంలో అనేక అధ్యయనాలు ఒకే నమూనా/సెల్/మెటీరియల్ రకం37,38,39,40,41 కోసం చాలా భిన్నమైన పరిమాణాత్మక ఫలితాలను నివేదించాయి. ఉదాహరణకు, లెక్క మరియు ఇతరులు. యాంత్రికంగా సజాతీయ హైడ్రోజెల్ మరియు వైవిధ్య కణాల నమూనాల కొలిచిన యంగ్ యొక్క మాడ్యులస్‌పై AFM ప్రోబ్ జ్యామితి ప్రభావం అధ్యయనం చేయబడింది మరియు పోల్చబడింది. పిరమిడ్ ఆకారపు ప్రోబ్‌కు అత్యధిక విలువ మరియు గోళాకార ప్రోబ్‌కు అత్యల్ప విలువ 42తో మాడ్యులస్ విలువలు కాంటిలివర్ ఎంపిక మరియు చిట్కా ఆకారంపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉన్నాయని వారు నివేదిస్తున్నారు. అదేవిధంగా, సెల్హుబెర్-అంకెల్ మరియు ఇతరులు. పాలీయాక్రిలమైడ్ (PAAM) నమూనాల ఇండెంటర్ వేగం, ఇండెంటర్ పరిమాణం మరియు మందం ACM43 నానోఇండెంటేషన్ ద్వారా కొలవబడిన యంగ్ మాడ్యులస్‌ను ఎలా ప్రభావితం చేస్తాయో చూపబడింది. అత్యంత తక్కువ మాడ్యులస్ పరీక్షా సామగ్రి మరియు ఉచిత పరీక్షా విధానాలు ప్రామాణికంగా లేకపోవడం మరొక సంక్లిష్టమైన అంశం. ఇది విశ్వాసంతో ఖచ్చితమైన ఫలితాలను పొందడం చాలా కష్టతరం చేస్తుంది. అయినప్పటికీ, సారూప్య నమూనా రకాల మధ్య సాపేక్ష కొలతలు మరియు తులనాత్మక మూల్యాంకనాలకు ఈ పద్ధతి చాలా ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది, ఉదాహరణకు క్యాన్సర్ కణాల నుండి సాధారణ కణాలను వేరు చేయడానికి AFM నానోఇండెంటేషన్‌ని ఉపయోగించడం 44, 45 .
AFM నానోఇండెంటేషన్‌తో మృదువైన పదార్థాలను పరీక్షించేటప్పుడు, సాధారణ నియమం ఏమిటంటే, నమూనా మాడ్యులస్ మరియు హెమిస్ఫెరికల్/రౌండ్ టిప్‌కి దగ్గరగా సరిపోయే తక్కువ స్ప్రింగ్ స్థిరాంకం (k)తో ప్రోబ్‌ను ఉపయోగించడం, తద్వారా మొదటి ప్రోబ్ నమూనా ఉపరితలాలను గుచ్చుకోదు. మృదువైన పదార్థాలతో మొదటి పరిచయం. ప్రోబ్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన విక్షేపం సిగ్నల్ లేజర్ డిటెక్టర్ సిస్టమ్ 24,34,46,47 ద్వారా గుర్తించబడేంత బలంగా ఉండటం కూడా చాలా ముఖ్యం. అల్ట్రా-సాఫ్ట్ హెటెరోజెనియస్ కణాలు, కణజాలాలు మరియు జెల్‌ల విషయంలో, పునరుత్పత్తి మరియు నమ్మదగిన కొలతలను నిర్ధారించడానికి ప్రోబ్ మరియు నమూనా ఉపరితలం మధ్య అంటుకునే శక్తిని అధిగమించడం మరొక సవాలు. ఇటీవలి వరకు, AFM నానోఇండెంటేషన్‌పై చాలా పని జీవ కణాలు, కణజాలాలు, జెల్లు, హైడ్రోజెల్‌లు మరియు జీవఅణువుల యాంత్రిక ప్రవర్తనపై సాపేక్షంగా పెద్ద గోళాకార ప్రోబ్‌లను ఉపయోగించి అధ్యయనం చేయడంపై దృష్టి సారించింది, వీటిని సాధారణంగా కొల్లాయిడ్ ప్రోబ్స్ (CPs) అని పిలుస్తారు. , 47, 51, 52, 53, 54, 55. ఈ చిట్కాలు 1 నుండి 50 µm వ్యాసార్థం కలిగి ఉంటాయి మరియు సాధారణంగా బోరోసిలికేట్ గాజు, పాలీమిథైల్ మెథాక్రిలేట్ (PMMA), పాలీస్టైరిన్ (PS), సిలికాన్ డయాక్సైడ్ (SiO2) మరియు డైమండ్- కార్బన్ (DLC) వంటిది. సాఫ్ట్ శాంపిల్ క్యారెక్టరైజేషన్ కోసం CP-AFM నానోఇండెంటేషన్ తరచుగా మొదటి ఎంపిక అయినప్పటికీ, దాని స్వంత సమస్యలు మరియు పరిమితులు ఉన్నాయి. పెద్ద, మైక్రాన్-పరిమాణ గోళాకార చిట్కాల ఉపయోగం నమూనాతో చిట్కా యొక్క మొత్తం సంపర్క ప్రాంతాన్ని పెంచుతుంది మరియు ప్రాదేశిక స్పష్టత యొక్క గణనీయమైన నష్టానికి దారితీస్తుంది. మృదువైన, అసమాన నమూనాల కోసం, స్థానిక మూలకాల యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలు విస్తృత ప్రాంతంలో సగటు నుండి గణనీయంగా భిన్నంగా ఉండవచ్చు, CP ఇండెంటేషన్ స్థానిక స్కేల్‌లో లక్షణాలలో ఏదైనా అసమానతను దాచగలదు. ఎపోక్సీ అడెసివ్‌లను ఉపయోగించి టిప్‌లెస్ కాంటిలివర్‌లకు మైక్రాన్-పరిమాణ ఘర్షణ గోళాలను జోడించడం ద్వారా ఘర్షణ ప్రోబ్‌లు సాధారణంగా తయారు చేయబడతాయి. తయారీ ప్రక్రియ అనేక సమస్యలతో నిండి ఉంది మరియు ప్రోబ్ క్రమాంకన ప్రక్రియలో అసమానతలకు దారి తీస్తుంది. అదనంగా, ఘర్షణ కణాల పరిమాణం మరియు ద్రవ్యరాశి ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ, వసంత దృఢత్వం మరియు విక్షేపణ సున్నితత్వం వంటి కాంటిలివర్ యొక్క ప్రధాన అమరిక పారామితులను నేరుగా ప్రభావితం చేస్తుంది. అందువల్ల, ఉష్ణోగ్రత క్రమాంకనం వంటి సాంప్రదాయ AFM ప్రోబ్స్ కోసం సాధారణంగా ఉపయోగించే పద్ధతులు, CP కోసం ఖచ్చితమైన అమరికను అందించకపోవచ్చు మరియు ఈ దిద్దుబాట్లను నిర్వహించడానికి ఇతర పద్ధతులు అవసరం కావచ్చు57, 59, 60, 61. సాధారణ CP ఇండెంటేషన్ ప్రయోగాలు పెద్ద విచలనాలను ఉపయోగిస్తాయి. మృదువైన నమూనాల లక్షణాలను అధ్యయనం చేయండి, ఇది కాంటిలివర్ యొక్క నాన్-లీనియర్ ప్రవర్తనను క్రమాంకనం చేసేటప్పుడు మరొక సమస్యను సృష్టిస్తుంది సాపేక్షంగా పెద్ద వ్యత్యాసాలు62,63,64. ఆధునిక కొల్లాయిడ్ ప్రోబ్ ఇండెంటేషన్ పద్ధతులు సాధారణంగా ప్రోబ్‌ను క్రమాంకనం చేయడానికి ఉపయోగించే కాంటిలివర్ యొక్క జ్యామితిని పరిగణనలోకి తీసుకుంటాయి, అయితే ఘర్షణ కణాల ప్రభావాన్ని విస్మరిస్తాయి, ఇది పద్ధతి38,61 యొక్క ఖచ్చితత్వంలో అదనపు అనిశ్చితిని సృష్టిస్తుంది. అదేవిధంగా, కాంటాక్ట్ మోడల్ ఫిట్టింగ్ ద్వారా లెక్కించబడే సాగే మాడ్యులి నేరుగా ఇండెంటేషన్ ప్రోబ్ యొక్క జ్యామితిపై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు చిట్కా మరియు నమూనా ఉపరితల లక్షణాల మధ్య అసమతుల్యత దోషాలకు దారితీయవచ్చు27, 65, 66, 67, 68. స్పెన్సర్ మరియు ఇతరులు చేసిన కొన్ని ఇటీవలి పని. CP-AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతిని ఉపయోగించి మృదువైన పాలిమర్ బ్రష్‌లను వర్గీకరించేటప్పుడు పరిగణనలోకి తీసుకోవలసిన అంశాలు హైలైట్ చేయబడ్డాయి. వేగం యొక్క విధిగా పాలిమర్ బ్రష్‌లలో జిగట ద్రవం నిలుపుకోవడం వల్ల హెడ్‌లోడింగ్ పెరుగుతుంది మరియు అందువల్ల వేగ ఆధారిత లక్షణాల యొక్క వివిధ కొలతలు 30,69,70,71 అని వారు నివేదించారు.
ఈ అధ్యయనంలో, మేము సవరించిన AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతిని ఉపయోగించి అల్ట్రా-సాఫ్ట్ హైలీ సాగే పదార్థం లెహ్‌ఫిల్కాన్ A CL యొక్క ఉపరితల మాడ్యులస్‌ను వర్గీకరించాము. ఈ పదార్ధం యొక్క లక్షణాలు మరియు కొత్త నిర్మాణాన్ని బట్టి, ఈ అత్యంత మృదువైన పదార్థం యొక్క మాడ్యులస్‌ను వర్గీకరించడానికి సాంప్రదాయ ఇండెంటేషన్ పద్ధతి యొక్క సున్నితత్వ పరిధి స్పష్టంగా సరిపోదు, కాబట్టి అధిక సున్నితత్వం మరియు తక్కువ సున్నితత్వంతో AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతిని ఉపయోగించడం అవసరం. స్థాయి. ఇప్పటికే ఉన్న కొల్లాయిడ్ AFM ప్రోబ్ నానోఇండెంటేషన్ టెక్నిక్‌ల లోపాలు మరియు సమస్యలను సమీక్షించిన తర్వాత, సున్నితత్వం, నేపథ్య శబ్దం, సంపర్క బిందువు, ద్రవ నిలుపుదల వంటి మృదువైన వైవిధ్య పదార్థాల వేగ మాడ్యులస్‌ను కొలవడానికి మేము చిన్న, అనుకూల-రూపకల్పన చేసిన AFM ప్రోబ్‌ను ఎందుకు ఎంచుకున్నామో చూపుతాము. ఆధారపడటం. మరియు ఖచ్చితమైన పరిమాణీకరణ. అదనంగా, మేము ఇండెంటేషన్ చిట్కా యొక్క ఆకారం మరియు పరిమాణాలను ఖచ్చితంగా కొలవగలిగాము, పదార్థంతో చిట్కా యొక్క సంపర్క ప్రాంతాన్ని అంచనా వేయకుండా స్థితిస్థాపకత యొక్క మాడ్యులస్‌ను నిర్ణయించడానికి కోన్-స్పియర్ ఫిట్ మోడల్‌ను ఉపయోగించడానికి మాకు వీలు కల్పిస్తుంది. ఈ పనిలో లెక్కించబడిన రెండు అవ్యక్త అంచనాలు పూర్తిగా సాగే పదార్థ లక్షణాలు మరియు ఇండెంటేషన్ డెప్త్-ఇండిపెండెంట్ మాడ్యులస్. ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించి, మేము మొదట పద్ధతిని లెక్కించడానికి తెలిసిన మాడ్యులస్‌తో అల్ట్రా-సాఫ్ట్ ప్రమాణాలను పరీక్షించాము, ఆపై రెండు వేర్వేరు కాంటాక్ట్ లెన్స్ పదార్థాల ఉపరితలాలను వర్గీకరించడానికి ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించాము. పెరిగిన సున్నితత్వంతో AFM నానోఇండెంటేషన్ ఉపరితలాలను వర్గీకరించే ఈ పద్ధతి వైద్య పరికరాలు మరియు బయోమెడికల్ అప్లికేషన్‌లలో సంభావ్య వినియోగంతో విస్తృత శ్రేణి బయోమిమెటిక్ హెటెరోజెనియస్ అల్ట్రాసాఫ్ట్ మెటీరియల్‌లకు వర్తిస్తుందని భావిస్తున్నారు.
Lehfilcon A కాంటాక్ట్ లెన్సులు (ఆల్కాన్, ఫోర్ట్ వర్త్, టెక్సాస్, USA) మరియు వాటి సిలికాన్ హైడ్రోజెల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లు నానోఇండెంటేషన్ ప్రయోగాల కోసం ఎంపిక చేయబడ్డాయి. ప్రయోగంలో ప్రత్యేకంగా రూపొందించిన లెన్స్ మౌంట్ ఉపయోగించబడింది. పరీక్ష కోసం లెన్స్‌ను ఇన్‌స్టాల్ చేయడానికి, దానిని గోపురం ఆకారపు స్టాండ్‌పై జాగ్రత్తగా ఉంచారు, గాలి బుడగలు లోపలికి రాకుండా చూసుకోవాలి, ఆపై అంచులతో పరిష్కరించబడింది. లెన్స్ హోల్డర్ పైభాగంలో ఉన్న ఫిక్చర్‌లోని రంధ్రం ద్రవాన్ని ఉంచేటప్పుడు నానోఇండెంటేషన్ ప్రయోగాల కోసం లెన్స్ యొక్క ఆప్టికల్ సెంటర్‌కు యాక్సెస్‌ను అందిస్తుంది. ఇది లెన్స్‌లను పూర్తిగా హైడ్రేటెడ్‌గా ఉంచుతుంది. 500 μl కాంటాక్ట్ లెన్స్ ప్యాకేజింగ్ సొల్యూషన్ పరీక్ష పరిష్కారంగా ఉపయోగించబడింది. పరిమాణాత్మక ఫలితాలను ధృవీకరించడానికి, వాణిజ్యపరంగా లభ్యమయ్యే నాన్-యాక్టివేటెడ్ పాలియాక్రిలమైడ్ (PAAM) హైడ్రోజెల్‌లను పాలియాక్రిలమైడ్-కో-మిథైలీన్-బిసాక్రిలమైడ్ కూర్పు (100 మిమీ పెట్రిసాఫ్ట్ పెట్రీ డిషెస్, మ్యాట్రిజెన్, ఇర్విన్, CA, USA), తెలిసిన సాగే మాడ్యులస్ 1 నుండి తయారు చేశారు. kPa. 4-5 చుక్కల (సుమారు 125 µl) ఫాస్ఫేట్ బఫర్డ్ సెలైన్ (PBS నుండి కార్నింగ్ లైఫ్ సైన్సెస్, టేక్స్‌బరీ, MA, USA) మరియు 1 డ్రాప్ OPTI-ఫ్రీ ప్యూర్‌మోయిస్ట్ కాంటాక్ట్ లెన్స్ సొల్యూషన్ (ఆల్కాన్, వాడ్, TX, USA) ఉపయోగించండి. ) AFM హైడ్రోజెల్-ప్రోబ్ ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద.
స్కానింగ్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ (STEM) డిటెక్టర్‌తో కూడిన FEI క్వాంటా 250 ఫీల్డ్ ఎమిషన్ స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ (FEG SEM) సిస్టమ్‌ని ఉపయోగించి Lehfilcon A CL మరియు SiHy సబ్‌స్ట్రేట్‌ల నమూనాలు దృశ్యమానం చేయబడ్డాయి. నమూనాలను సిద్ధం చేయడానికి, లెన్స్‌లను మొదట నీటితో కడిగి, పై ఆకారపు చీలికలుగా కట్ చేస్తారు. నమూనాల హైడ్రోఫిలిక్ మరియు హైడ్రోఫోబిక్ భాగాల మధ్య భేదాత్మక వ్యత్యాసాన్ని సాధించడానికి, RuO4 యొక్క 0.10% స్థిరీకరించిన ద్రావణాన్ని రంగుగా ఉపయోగించారు, దీనిలో నమూనాలను 30 నిమిషాలు ముంచారు. lehfilcon A CL RuO4 స్టెయినింగ్ అనేది మెరుగైన అవకలన కాంట్రాస్ట్‌ను సాధించడమే కాకుండా, బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్‌ల నిర్మాణాన్ని వాటి అసలు రూపంలో భద్రపరచడానికి కూడా సహాయపడుతుంది, ఇవి STEM చిత్రాలపై కనిపిస్తాయి. ఇథనాల్ గాఢత పెరగడంతో వాటిని ఇథనాల్/నీటి మిశ్రమాల శ్రేణిలో కడిగి, నిర్జలీకరణం చేశారు. నమూనాలను EMBed 812/Araldite ఎపోక్సీతో ప్రసారం చేశారు, ఇది రాత్రిపూట 70 ° C వద్ద నయమవుతుంది. రెసిన్ పాలిమరైజేషన్ ద్వారా పొందిన నమూనా బ్లాక్‌లు అల్ట్రామైక్రోటోమ్‌తో కత్తిరించబడ్డాయి మరియు ఫలితంగా సన్నని విభాగాలు 30 kV వేగవంతమైన వోల్టేజ్ వద్ద తక్కువ వాక్యూమ్ మోడ్‌లో STEM డిటెక్టర్‌తో దృశ్యమానం చేయబడ్డాయి. అదే SEM వ్యవస్థ PFQNM-LC-A-CAL AFM ప్రోబ్ (బ్రూకర్ నానో, శాంటా బార్బరా, CA, USA) యొక్క వివరణాత్మక క్యారెక్టరైజేషన్ కోసం ఉపయోగించబడింది. AFM ప్రోబ్ యొక్క SEM చిత్రాలు 30 kV యొక్క యాక్సిలరేటింగ్ వోల్టేజ్‌తో ఒక సాధారణ అధిక వాక్యూమ్ మోడ్‌లో పొందబడ్డాయి. AFM ప్రోబ్ చిట్కా యొక్క ఆకారం మరియు పరిమాణం యొక్క అన్ని వివరాలను రికార్డ్ చేయడానికి వివిధ కోణాలు మరియు మాగ్నిఫికేషన్‌లలో చిత్రాలను పొందండి. చిత్రాలపై ఆసక్తి ఉన్న అన్ని చిట్కా కొలతలు డిజిటల్‌గా కొలుస్తారు.
డైమెన్షన్ ఫాస్ట్‌స్కాన్ బయో ఐకాన్ అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోప్ (బ్రూకర్ నానో, శాంటా బార్బరా, CA, USA) "పీక్‌ఫోర్స్ QNM ఇన్ ఫ్లూయిడ్" మోడ్‌తో lehfilcon A CL, SiHy సబ్‌స్ట్రేట్ మరియు PAAm హైడ్రోజెల్ నమూనాలను దృశ్యమానం చేయడానికి మరియు నానోఇండెంట్ చేయడానికి ఉపయోగించబడింది. ఇమేజింగ్ ప్రయోగాల కోసం, 0.50 Hz స్కాన్ రేటుతో నమూనా యొక్క అధిక రిజల్యూషన్ చిత్రాలను సంగ్రహించడానికి 1 nm నామమాత్రపు చిట్కా వ్యాసార్థంతో PEAKFORCE-HIRS-FA ప్రోబ్ (బ్రూకర్) ఉపయోగించబడింది. అన్ని చిత్రాలు సజల ద్రావణంలో తీయబడ్డాయి.
AFM నానోఇండెంటేషన్ ప్రయోగాలు PFQNM-LC-A-CAL ప్రోబ్ (బ్రూకర్) ఉపయోగించి జరిగాయి. AFM ప్రోబ్ 45 kHz ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీతో 345 nm మందం, 54 µm పొడవు మరియు 4.5 µm వెడల్పు కలిగిన నైట్రైడ్ కాంటిలివర్‌పై సిలికాన్ చిట్కాను కలిగి ఉంటుంది. మృదువైన జీవ నమూనాలపై పరిమాణాత్మక నానోమెకానికల్ కొలతలను వర్గీకరించడానికి మరియు నిర్వహించడానికి ఇది ప్రత్యేకంగా రూపొందించబడింది. సెన్సార్‌లు ముందుగా క్రమాంకనం చేసిన స్ప్రింగ్ సెట్టింగ్‌లతో ఫ్యాక్టరీలో వ్యక్తిగతంగా క్రమాంకనం చేయబడతాయి. ఈ అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన ప్రోబ్స్ యొక్క వసంత స్థిరాంకాలు 0.05–0.1 N/m పరిధిలో ఉన్నాయి. చిట్కా ఆకారం మరియు పరిమాణాన్ని ఖచ్చితంగా గుర్తించడానికి, SEM ఉపయోగించి ప్రోబ్ వివరంగా వర్గీకరించబడింది. అంజీర్ న. Figure 1a PFQNM-LC-A-CAL ప్రోబ్ యొక్క అధిక రిజల్యూషన్, తక్కువ మాగ్నిఫికేషన్ స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోగ్రాఫ్‌ను చూపుతుంది, ఇది ప్రోబ్ డిజైన్ యొక్క సంపూర్ణ వీక్షణను అందిస్తుంది. అంజీర్ న. 1b ప్రోబ్ చిట్కా పైభాగం యొక్క విస్తారిత వీక్షణను చూపుతుంది, చిట్కా యొక్క ఆకారం మరియు పరిమాణం గురించి సమాచారాన్ని అందిస్తుంది. తీవ్ర ముగింపులో, సూది 140 nm వ్యాసం కలిగిన అర్ధగోళం (Fig. 1c). దీని క్రింద, చిట్కా శంఖాకార ఆకారంలోకి మారుతుంది, కొలవబడిన పొడవు సుమారు 500 nm చేరుకుంటుంది. టేపరింగ్ ప్రాంతం వెలుపల, చిట్కా స్థూపాకారంగా ఉంటుంది మరియు మొత్తం చిట్కా పొడవు 1.18 µmలో ముగుస్తుంది. ఇది ప్రోబ్ చిట్కా యొక్క ప్రధాన క్రియాత్మక భాగం. అదనంగా, ఒక పెద్ద గోళాకార పాలీస్టైరిన్ (PS) ప్రోబ్ (నోవాస్కాన్ టెక్నాలజీస్, ఇంక్., బూన్, అయోవా, USA) 45 µm యొక్క చిట్కా వ్యాసం మరియు 2 N/m యొక్క స్ప్రింగ్ స్థిరాంకంతో కూడా ఘర్షణ ప్రోబ్‌గా పరీక్షించడానికి ఉపయోగించబడింది. పోలిక కోసం PFQNM-LC-A-CAL 140 nm ప్రోబ్‌తో.
నానోఇండెంటేషన్ సమయంలో AFM ప్రోబ్ మరియు పాలిమర్ బ్రష్ నిర్మాణం మధ్య ద్రవం చిక్కుకుపోవచ్చని నివేదించబడింది, ఇది వాస్తవానికి ఉపరితలాన్ని తాకే ముందు AFM ప్రోబ్‌పై పైకి బలాన్ని చూపుతుంది. ద్రవం నిలుపుదల కారణంగా ఈ జిగట వెలికితీత ప్రభావం పరిచయం యొక్క స్పష్టమైన బిందువును మార్చగలదు, తద్వారా ఉపరితల మాడ్యులస్ కొలతలను ప్రభావితం చేస్తుంది. ద్రవ నిలుపుదలపై ప్రోబ్ జ్యామితి మరియు ఇండెంటేషన్ వేగం యొక్క ప్రభావాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి, 1 µm/s మరియు 2 µm/s స్థిర స్థానభ్రంశం రేటు వద్ద 140 nm వ్యాసం కలిగిన ప్రోబ్‌ను ఉపయోగించి లెహ్‌ఫిల్కాన్ A CL నమూనాల కోసం ఇండెంటేషన్ ఫోర్స్ వక్రతలు రూపొందించబడ్డాయి. ప్రోబ్ వ్యాసం 45 µm, స్థిర శక్తి సెట్టింగ్ 6 nN 1 µm/s వద్ద సాధించబడింది. 140 nm వ్యాసం కలిగిన ప్రోబ్‌తో ప్రయోగాలు 1 µm/s ఇండెంటేషన్ వేగంతో మరియు 300 pN యొక్క సెట్ ఫోర్స్‌తో నిర్వహించబడ్డాయి, ఎగువ కనురెప్ప యొక్క శారీరక పరిధి (1–8 kPa) లోపల కాంటాక్ట్ ఒత్తిడిని సృష్టించడానికి ఎంపిక చేయబడింది. ఒత్తిడి 72. 1 kPa పీడనంతో PAA హైడ్రోజెల్ యొక్క సాఫ్ట్ రెడీమేడ్ నమూనాలు 140 nm వ్యాసంతో ప్రోబ్‌ను ఉపయోగించి 1 μm/s వేగంతో 50 pN ఇండెంటేషన్ శక్తి కోసం పరీక్షించబడ్డాయి.
PFQNM-LC-A-CAL ప్రోబ్ యొక్క కొన యొక్క శంఖాకార భాగం యొక్క పొడవు సుమారు 500 nm కాబట్టి, ఏదైనా ఇండెంటేషన్ డెప్త్ <500 nm కోసం ఇండెంటేషన్ సమయంలో ప్రోబ్ యొక్క జ్యామితి దానితో సమానంగా ఉంటుందని సురక్షితంగా భావించవచ్చు. కోన్ ఆకారం. అదనంగా, పరీక్షలో ఉన్న పదార్థం యొక్క ఉపరితలం రివర్సిబుల్ సాగే ప్రతిస్పందనను ప్రదర్శిస్తుందని భావించబడుతుంది, ఇది క్రింది విభాగాలలో కూడా నిర్ధారించబడుతుంది. అందువల్ల, చిట్కా ఆకారం మరియు పరిమాణాన్ని బట్టి, మా AFM నానోఇండెంటేషన్ ప్రయోగాలను (నానోస్కోప్) ప్రాసెస్ చేయడానికి విక్రేత సాఫ్ట్‌వేర్‌లో అందుబాటులో ఉన్న బ్రిస్కో, సెబాస్టియన్ మరియు ఆడమ్స్ అభివృద్ధి చేసిన కోన్-స్పియర్ ఫిట్టింగ్ మోడల్‌ని మేము ఎంచుకున్నాము. సెపరేషన్ డేటా అనాలిసిస్ సాఫ్ట్‌వేర్, బ్రూకర్) 73. గోళాకార అపెక్స్ లోపం ఉన్న కోన్ కోసం ఫోర్స్-డిస్ప్లేస్‌మెంట్ రిలేషన్‌షిప్ F(δ)ని మోడల్ వివరిస్తుంది. అంజీర్ న. మూర్తి 2 గోళాకార చిట్కాతో దృఢమైన కోన్ యొక్క పరస్పర చర్య సమయంలో సంపర్క జ్యామితిని చూపుతుంది, ఇక్కడ R అనేది గోళాకార చిట్కా యొక్క వ్యాసార్థం, a అనేది సంపర్క వ్యాసార్థం, b అనేది గోళాకార చిట్కా చివరిలో ఉన్న సంపర్క వ్యాసార్థం, δ అనేది సంప్రదింపు వ్యాసార్థం. ఇండెంటేషన్ డెప్త్, θ అనేది కోన్ యొక్క అర్ధ-కోణం. ఈ ప్రోబ్ యొక్క SEM చిత్రం స్పష్టంగా 140 nm వ్యాసం కలిగిన గోళాకార చిట్కా ఒక కోన్‌లో టాంజెన్షియల్‌గా విలీనం అవుతుందని చూపిస్తుంది, కాబట్టి ఇక్కడ b అనేది R ద్వారా మాత్రమే నిర్వచించబడింది, అనగా b = R cos θ. విక్రేత-సరఫరా చేసిన సాఫ్ట్‌వేర్ ఒక > బి అని భావించి ఫోర్స్ సెపరేషన్ డేటా నుండి యంగ్ యొక్క మాడ్యులస్ (E) విలువలను లెక్కించడానికి కోన్-స్పియర్ సంబంధాన్ని అందిస్తుంది. సంబంధం:
ఇక్కడ F అనేది ఇండెంటేషన్ ఫోర్స్, E అనేది యంగ్ యొక్క మాడ్యులస్, ν అనేది పాయిసన్ నిష్పత్తి. సంప్రదింపు వ్యాసార్థం aని ఉపయోగించి అంచనా వేయవచ్చు:
బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్‌ల ఉపరితల పొరతో లెఫిల్కాన్ కాంటాక్ట్ లెన్స్ మెటీరియల్‌లోకి నొక్కిన గోళాకార చిట్కాతో దృఢమైన కోన్ యొక్క కాంటాక్ట్ జ్యామితి యొక్క పథకం.
a ≤ b అయితే, సంప్రదాయ గోళాకార ఇండెంటర్ కోసం సంబంధం సమీకరణానికి తగ్గుతుంది;
PMPC పాలిమర్ బ్రష్ యొక్క బ్రాంచ్డ్ స్ట్రక్చర్‌తో ఇండెంటింగ్ ప్రోబ్ యొక్క ఇంటరాక్షన్ కాంటాక్ట్ వ్యాసార్థం a గోళాకార కాంటాక్ట్ వ్యాసార్థం b కంటే ఎక్కువగా ఉంటుందని మేము నమ్ముతున్నాము. అందువల్ల, ఈ అధ్యయనంలో ప్రదర్శించబడిన సాగే మాడ్యులస్ యొక్క అన్ని పరిమాణాత్మక కొలతల కోసం, మేము కేసు a > b కోసం పొందిన ఆధారపడటాన్ని ఉపయోగించాము.
ఈ అధ్యయనంలో అధ్యయనం చేయబడిన అల్ట్రాసాఫ్ట్ బయోమిమెటిక్ పదార్థాలు నమూనా క్రాస్ సెక్షన్ యొక్క స్కానింగ్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (STEM) మరియు ఉపరితలం యొక్క అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోపీ (AFM) ఉపయోగించి సమగ్రంగా చిత్రించబడ్డాయి. ఈ వివరణాత్మక ఉపరితల క్యారెక్టరైజేషన్ మా మునుపు ప్రచురించిన పనికి పొడిగింపుగా నిర్వహించబడింది, దీనిలో PMPC-మాడిఫైడ్ లెహ్‌ఫిల్కాన్ A CL ఉపరితలం యొక్క డైనమిక్ బ్రాంచ్డ్ పాలీమెరిక్ బ్రష్ నిర్మాణం స్థానిక కార్నియల్ కణజాలానికి సమానమైన యాంత్రిక లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తుందని మేము గుర్తించాము 14 . ఈ కారణంగా, మేము కాంటాక్ట్ లెన్స్ ఉపరితలాలను బయోమిమెటిక్ మెటీరియల్స్‌గా సూచిస్తాము14. అంజీర్ న. 3a,b వరుసగా లెహ్‌ఫిల్కాన్ A CL సబ్‌స్ట్రేట్ మరియు చికిత్స చేయని SiHy సబ్‌స్ట్రేట్ ఉపరితలంపై బ్రాంచ్డ్ PMPC పాలిమర్ బ్రష్ స్ట్రక్చర్‌ల క్రాస్ సెక్షన్‌లను చూపుతుంది. రెండు నమూనాల ఉపరితలాలు అధిక-రిజల్యూషన్ AFM చిత్రాలను ఉపయోగించి మరింత విశ్లేషించబడ్డాయి, ఇది STEM విశ్లేషణ ఫలితాలను మరింత ధృవీకరించింది (Fig. 3c, d). కలిసి చూస్తే, ఈ చిత్రాలు 300–400 nm వద్ద PMPC బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్ నిర్మాణం యొక్క సుమారు పొడవును అందిస్తాయి, ఇది AFM నానోఇండెంటేషన్ కొలతలను వివరించడానికి కీలకం. చిత్రాల నుండి తీసుకోబడిన మరొక ముఖ్య పరిశీలన ఏమిటంటే, CL బయోమిమెటిక్ పదార్థం యొక్క మొత్తం ఉపరితల నిర్మాణం SiHy సబ్‌స్ట్రేట్ పదార్థం నుండి పదనిర్మాణపరంగా భిన్నంగా ఉంటుంది. వారి ఉపరితల స్వరూపంలో ఈ వ్యత్యాసం ఇండెంట్ AFM ప్రోబ్‌తో వారి యాంత్రిక పరస్పర చర్య సమయంలో మరియు తదనంతరం కొలిచిన మాడ్యులస్ విలువలలో స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది.
(a) lehfilcon A CL మరియు (b) SiHy సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క క్రాస్-సెక్షనల్ STEM చిత్రాలు. స్కేల్ బార్, 500 nm. లెహ్‌ఫిల్కాన్ A CL సబ్‌స్ట్రేట్ (c) మరియు బేస్ SiHy సబ్‌స్ట్రేట్ (d) (3 µm × 3 µm) యొక్క ఉపరితలం యొక్క AFM చిత్రాలు.
బయోఇన్‌స్పైర్డ్ పాలిమర్‌లు మరియు పాలిమర్ బ్రష్ నిర్మాణాలు అంతర్గతంగా మృదువైనవి మరియు విస్తృతంగా అధ్యయనం చేయబడ్డాయి మరియు వివిధ బయోమెడికల్ అప్లికేషన్‌లలో ఉపయోగించబడ్డాయి74,75,76,77. అందువల్ల, AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతిని ఉపయోగించడం చాలా ముఖ్యం, ఇది వాటి యాంత్రిక లక్షణాలను ఖచ్చితంగా మరియు విశ్వసనీయంగా కొలవగలదు. కానీ అదే సమయంలో, చాలా తక్కువ సాగే మాడ్యులస్, అధిక ద్రవ కంటెంట్ మరియు అధిక స్థితిస్థాపకత వంటి ఈ అల్ట్రా-సాఫ్ట్ మెటీరియల్స్ యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాలు, ఇండెంట్ ప్రోబ్ యొక్క సరైన మెటీరియల్, ఆకారం మరియు ఆకారాన్ని ఎంచుకోవడం తరచుగా కష్టతరం చేస్తాయి. పరిమాణం. ఇండెంటర్ నమూనా యొక్క మృదువైన ఉపరితలంపై కుట్టకుండా ఉండటానికి ఇది చాలా ముఖ్యం, ఇది ఉపరితలం మరియు సంపర్క ప్రాంతంతో సంపర్క బిందువును నిర్ణయించడంలో లోపాలకు దారి తీస్తుంది.
దీని కోసం, అల్ట్రా-సాఫ్ట్ బయోమిమెటిక్ మెటీరియల్స్ (లెహ్‌ఫిల్కాన్ A CL) యొక్క పదనిర్మాణంపై సమగ్ర అవగాహన అవసరం. ఇమేజింగ్ పద్ధతిని ఉపయోగించి పొందిన బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్‌ల పరిమాణం మరియు నిర్మాణం గురించి సమాచారం AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతులను ఉపయోగించి ఉపరితలం యొక్క యాంత్రిక లక్షణానికి ఆధారాన్ని అందిస్తుంది. మైక్రాన్-పరిమాణ గోళాకార ఘర్షణ ప్రోబ్‌లకు బదులుగా, మేము 140 nm యొక్క చిట్కా వ్యాసంతో PFQNM-LC-A-CAL సిలికాన్ నైట్రైడ్ ప్రోబ్ (బ్రూకర్)ని ఎంచుకున్నాము, జీవ నమూనాలు 78, 79, 80 యొక్క యాంత్రిక లక్షణాల పరిమాణాత్మక మ్యాపింగ్ కోసం ప్రత్యేకంగా రూపొందించబడింది. , 81, 82, 83, 84 ది సాంప్రదాయిక ఘర్షణ ప్రోబ్స్‌తో పోలిస్తే సాపేక్షంగా పదునైన ప్రోబ్‌లను ఉపయోగించడం కోసం హేతువును పదార్థం యొక్క నిర్మాణ లక్షణాల ద్వారా వివరించవచ్చు. అంజీర్ 3aలో చూపిన CL లెహ్‌ఫిల్కాన్ A ఉపరితలంపై ఉన్న బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్‌లతో ప్రోబ్ టిప్ పరిమాణాన్ని (~140 nm) పోల్చి చూస్తే, ఈ బ్రష్ నిర్మాణాలతో ప్రత్యక్ష సంబంధంలోకి రావడానికి చిట్కా పెద్దదని నిర్ధారించవచ్చు. వాటి ద్వారా చిట్కా కుట్లు అవకాశం తగ్గిస్తుంది. ఈ విషయాన్ని వివరించడానికి, అంజీర్. 4లో లెహ్‌ఫిల్కాన్ A CL యొక్క STEM చిత్రం మరియు AFM ప్రోబ్ (స్కేల్‌కి డ్రా చేయబడినది) యొక్క ఇండెంట్ టిప్ ఉన్నాయి.
lehfilcon A CL మరియు ACM ఇండెంటేషన్ ప్రోబ్ (స్కేల్‌కి డ్రా) యొక్క STEM చిత్రాన్ని చూపే స్కీమాటిక్.
అదనంగా, CP-AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతి69,71 ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన పాలిమర్ బ్రష్‌ల కోసం గతంలో నివేదించబడిన స్టిక్కీ ఎక్స్‌ట్రాషన్ ఎఫెక్ట్‌ల ప్రమాదాన్ని నివారించడానికి 140 nm యొక్క చిట్కా పరిమాణం చిన్నది. ఈ AFM చిట్కా (Fig. 1) యొక్క ప్రత్యేక కోన్-గోళాకార ఆకారం మరియు సాపేక్షంగా చిన్న పరిమాణం కారణంగా, lehfilcon A CL నానోఇండెంటేషన్ ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే ఫోర్స్ కర్వ్ యొక్క స్వభావం ఇండెంటేషన్ వేగం లేదా లోడింగ్/అన్‌లోడ్ చేసే వేగంపై ఆధారపడి ఉండదని మేము ఊహిస్తాము. . అందువల్ల, ఇది పోరోలాస్టిక్ ప్రభావాల ద్వారా ప్రభావితం కాదు. ఈ పరికల్పనను పరీక్షించడానికి, lehfilcon A CL నమూనాలు PFQNM-LC-A-CAL ప్రోబ్‌ని ఉపయోగించి స్థిర గరిష్ట శక్తితో ఇండెంట్ చేయబడ్డాయి, కానీ రెండు వేర్వేరు వేగాల్లో, మరియు ఫలితంగా వచ్చే తన్యత మరియు ఉపసంహరణ శక్తి వక్రతలు శక్తిని (nN) ప్లాట్ చేయడానికి ఉపయోగించబడ్డాయి. విభజనలో (µm) మూర్తి 5aలో చూపబడింది. లోడ్ మరియు అన్‌లోడ్ చేసేటప్పుడు శక్తి వక్రతలు పూర్తిగా అతివ్యాప్తి చెందుతాయని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది మరియు సున్నా ఇండెంటేషన్ డెప్త్‌లో ఫోర్స్ షీర్ చిత్రంలో ఇండెంటేషన్ వేగంతో పెరుగుతుందని స్పష్టమైన ఆధారాలు లేవు, వ్యక్తిగత బ్రష్ మూలకాలు పోరోఎలాస్టిక్ ప్రభావం లేకుండా వర్గీకరించబడిందని సూచిస్తున్నాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, ద్రవ నిలుపుదల ప్రభావాలు (జిగట ఎక్స్‌ట్రాషన్ మరియు పోరోఎలాస్టిసిటీ ప్రభావాలు) 45 µm వ్యాసం కలిగిన AFM ప్రోబ్‌కు అదే ఇండెంటేషన్ వేగంతో స్పష్టంగా కనిపిస్తాయి మరియు మూర్తి 5bలో చూపిన విధంగా సాగిన మరియు ఉపసంహరణ వక్రరేఖల మధ్య హిస్టెరిసిస్ ద్వారా హైలైట్ చేయబడతాయి. ఈ ఫలితాలు పరికల్పనకు మద్దతు ఇస్తాయి మరియు అటువంటి మృదువైన ఉపరితలాలను వర్గీకరించడానికి 140 nm వ్యాసం కలిగిన ప్రోబ్‌లు మంచి ఎంపిక అని సూచిస్తున్నాయి.
lehfilcon A CL ఇండెంటేషన్ ఫోర్స్ వక్రతలు ACMని ఉపయోగించి; (a) రెండు లోడింగ్ రేట్ల వద్ద 140 nm వ్యాసం కలిగిన ప్రోబ్‌ను ఉపయోగించడం, ఉపరితల ఇండెంటేషన్ సమయంలో పోరోలాస్టిక్ ప్రభావం లేకపోవడాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది; (బి) 45 µm మరియు 140 nm వ్యాసం కలిగిన ప్రోబ్‌లను ఉపయోగించడం. చిన్న ప్రోబ్స్‌తో పోలిస్తే పెద్ద ప్రోబ్స్ కోసం జిగట వెలికితీత మరియు పోరోఎలాస్టిసిటీ ప్రభావాలను చూపుతుంది.
అల్ట్రాసాఫ్ట్ ఉపరితలాలను వర్గీకరించడానికి, అధ్యయనంలో ఉన్న పదార్థం యొక్క లక్షణాలను అధ్యయనం చేయడానికి AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతులు ఉత్తమమైన ప్రోబ్‌ను కలిగి ఉండాలి. చిట్కా ఆకారం మరియు పరిమాణంతో పాటు, AFM డిటెక్టర్ సిస్టమ్ యొక్క సున్నితత్వం, పరీక్ష వాతావరణంలో చిట్కా విక్షేపణకు సున్నితత్వం మరియు నానోఇండెంటేషన్ యొక్క ఖచ్చితత్వం మరియు విశ్వసనీయతను నిర్ణయించడంలో కాంటిలివర్ దృఢత్వం ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి. కొలతలు. మా AFM సిస్టమ్ కోసం, పొజిషన్ సెన్సిటివ్ డిటెక్టర్ (PSD) గుర్తింపు పరిమితి సుమారు 0.5 mV మరియు ఇది PFQNM-LC-A-CAL ప్రోబ్ యొక్క ప్రీ-క్యాలిబ్రేటెడ్ స్ప్రింగ్ రేట్ మరియు లెక్కించిన ఫ్లూయిడ్ డిఫెక్షన్ సెన్సిటివిటీపై ఆధారపడి ఉంటుంది. సైద్ధాంతిక లోడ్ సున్నితత్వం. 0.1 pN కంటే తక్కువ. అందువల్ల, ఈ పద్ధతి ఏ పరిధీయ శబ్దం భాగం లేకుండా కనీస ఇండెంటేషన్ ఫోర్స్ ≤ 0.1 pNని కొలవడానికి అనుమతిస్తుంది. అయినప్పటికీ, మెకానికల్ వైబ్రేషన్ మరియు ఫ్లూయిడ్ డైనమిక్స్ వంటి కారణాల వల్ల AFM సిస్టమ్ పరిధీయ శబ్దాన్ని ఈ స్థాయికి తగ్గించడం దాదాపు అసాధ్యం. ఈ కారకాలు AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతి యొక్క మొత్తం సున్నితత్వాన్ని పరిమితం చేస్తాయి మరియు సుమారుగా ≤ 10 pN యొక్క బ్యాక్‌గ్రౌండ్ నాయిస్ సిగ్నల్‌కు దారితీస్తాయి. ఉపరితల క్యారెక్టరైజేషన్ కోసం, SEM క్యారెక్టరైజేషన్ కోసం 140 nm ప్రోబ్‌ని ఉపయోగించి lehfilcon A CL మరియు SiHy సబ్‌స్ట్రేట్ నమూనాలు పూర్తిగా హైడ్రేటెడ్ పరిస్థితులలో ఇండెంట్ చేయబడ్డాయి మరియు ఫలితంగా వచ్చే శక్తి వక్రతలు శక్తి (pN) మరియు పీడనం మధ్య సూపర్‌పోజ్ చేయబడ్డాయి. విభజన ప్లాట్లు (µm) మూర్తి 6aలో చూపబడింది. SiHy బేస్ సబ్‌స్ట్రేట్‌తో పోల్చినప్పుడు, lehfilcon A CL ఫోర్స్ కర్వ్ ఫోర్క్డ్ పాలిమర్ బ్రష్‌తో పరిచయం సమయంలో ప్రారంభమయ్యే పరివర్తన దశను స్పష్టంగా చూపిస్తుంది మరియు అంతర్లీన పదార్థంతో చిట్కా యొక్క స్లోప్ మార్కింగ్ కాంటాక్ట్‌లో పదునైన మార్పుతో ముగుస్తుంది. ఫోర్స్ కర్వ్ యొక్క ఈ పరివర్తన భాగం ఉపరితలంపై బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్ యొక్క నిజమైన సాగే ప్రవర్తనను హైలైట్ చేస్తుంది, కుదింపు వక్రరేఖ టెన్షన్ కర్వ్‌ను దగ్గరగా అనుసరించడం మరియు బ్రష్ నిర్మాణం మరియు స్థూలమైన SiHy మెటీరియల్ మధ్య యాంత్రిక లక్షణాలలో వ్యత్యాసానికి నిదర్శనం. లెఫిల్కాన్‌ను పోల్చినప్పుడు. PCS (Fig. 3a) యొక్క STEM ఇమేజ్‌లో బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్ యొక్క సగటు పొడవు మరియు అంజీర్ 3aలోని అబ్సిస్సా వెంట దాని ఫోర్స్ కర్వ్ వేరు. 6a ఈ పద్ధతి చిట్కాను గుర్తించగలదని మరియు శాఖల పాలిమర్ ఉపరితలం పైభాగానికి చేరుకోగలదని చూపిస్తుంది. బ్రష్ నిర్మాణాల మధ్య పరిచయం. అదనంగా, శక్తి వక్రరేఖల దగ్గరి అతివ్యాప్తి ద్రవ నిలుపుదల ప్రభావాన్ని సూచిస్తుంది. ఈ సందర్భంలో, సూది మరియు నమూనా యొక్క ఉపరితలం మధ్య ఖచ్చితంగా సంశ్లేషణ ఉండదు. రెండు నమూనాల కోసం ఫోర్స్ కర్వ్‌ల ఎగువ విభాగాలు అతివ్యాప్తి చెందుతాయి, ఇది ఉపరితల పదార్థాల యాంత్రిక లక్షణాల సారూప్యతను ప్రతిబింబిస్తుంది.
(a) lehfilcon A CL సబ్‌స్ట్రేట్‌లు మరియు SiHy సబ్‌స్ట్రేట్‌ల కోసం AFM నానోఇండెంటేషన్ ఫోర్స్ కర్వ్‌లు, (b) బ్యాక్‌గ్రౌండ్ నాయిస్ థ్రెషోల్డ్ పద్ధతిని ఉపయోగించి కాంటాక్ట్ పాయింట్ అంచనాను చూపే ఫోర్స్ కర్వ్‌లు.
ఫోర్స్ కర్వ్ యొక్క సూక్ష్మ వివరాలను అధ్యయనం చేయడానికి, lehfilcon A CL నమూనా యొక్క టెన్షన్ కర్వ్ ఫిగ్. 6bలో y-యాక్సిస్‌తో పాటు గరిష్టంగా 50 pN శక్తితో మళ్లీ ప్లాట్ చేయబడింది. ఈ గ్రాఫ్ అసలు నేపథ్య శబ్దం గురించి ముఖ్యమైన సమాచారాన్ని అందిస్తుంది. శబ్దం ±10 pN పరిధిలో ఉంటుంది, ఇది సంప్రదింపు పాయింట్‌ను ఖచ్చితంగా గుర్తించడానికి మరియు ఇండెంటేషన్ లోతును లెక్కించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. సాహిత్యంలో నివేదించినట్లుగా, మాడ్యులస్85 వంటి పదార్థ లక్షణాలను ఖచ్చితంగా అంచనా వేయడానికి కాంటాక్ట్ పాయింట్ల గుర్తింపు చాలా కీలకం. ఫోర్స్ కర్వ్ డేటా యొక్క ఆటోమేటిక్ ప్రాసెసింగ్‌తో కూడిన విధానం డేటా ఫిట్టింగ్ మరియు సాఫ్ట్ మెటీరియల్స్ కోసం పరిమాణాత్మక కొలతల మధ్య మెరుగైన ఫిట్‌ని చూపింది86. ఈ పనిలో, మా సంప్రదింపు పాయింట్ల ఎంపిక సాపేక్షంగా సులభం మరియు లక్ష్యం, కానీ దాని పరిమితులు ఉన్నాయి. సంప్రదింపు బిందువును నిర్ణయించడానికి మా సాంప్రదాయిక విధానం చిన్న ఇండెంటేషన్ లోతులకు (<100 nm) కొంచెం ఎక్కువగా అంచనా వేయబడిన మాడ్యులస్ విలువలకు దారితీయవచ్చు. అల్గోరిథం-ఆధారిత టచ్‌పాయింట్ డిటెక్షన్ మరియు ఆటోమేటెడ్ డేటా ప్రాసెసింగ్ ఉపయోగించడం భవిష్యత్తులో మా పద్ధతిని మరింత మెరుగుపరచడానికి ఈ పని యొక్క కొనసాగింపుగా ఉండవచ్చు. అందువలన, ±10 pN క్రమంలో అంతర్గత నేపథ్య శబ్దం కోసం, మేము ≥10 pN విలువతో Figure 6bలో x-యాక్సిస్‌పై మొదటి డేటా పాయింట్‌గా కాంటాక్ట్ పాయింట్‌ని నిర్వచించాము. అప్పుడు, 10 pN యొక్క శబ్దం థ్రెషోల్డ్‌కు అనుగుణంగా, ~ 0.27 µm స్థాయిలో ఉన్న నిలువు రేఖ ఉపరితలంతో సంబంధ బిందువును సూచిస్తుంది, ఆ తర్వాత ఉపరితలం ~ 270 nm ఇండెంటేషన్ లోతును కలిసే వరకు సాగదీయడం వక్రరేఖ కొనసాగుతుంది. ఆసక్తికరంగా, ఇమేజింగ్ పద్ధతిని ఉపయోగించి కొలిచిన బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్ ఫీచర్‌ల (300–400 nm) పరిమాణం ఆధారంగా, బ్యాక్‌గ్రౌండ్ నాయిస్ థ్రెషోల్డ్ పద్ధతిని ఉపయోగించి గమనించిన CL లెహ్‌ఫిల్కాన్ యొక్క ఇండెంటేషన్ డెప్త్ సుమారు 270 nm, ఇది చాలా దగ్గరగా ఉంటుంది. STEMతో కొలత పరిమాణం. ఈ ఫలితాలు చాలా మృదువైన మరియు అత్యంత సాగే బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్ నిర్మాణం యొక్క ఇండెంటేషన్ కోసం AFM ప్రోబ్ చిట్కా యొక్క ఆకారం మరియు పరిమాణం యొక్క అనుకూలత మరియు అనువర్తనాన్ని మరింత నిర్ధారిస్తాయి. కాంటాక్ట్ పాయింట్‌లను గుర్తించడానికి బ్యాక్‌గ్రౌండ్ నాయిస్‌ను థ్రెషోల్డ్‌గా ఉపయోగించే మా పద్ధతికి మద్దతు ఇవ్వడానికి ఈ డేటా బలమైన సాక్ష్యాలను కూడా అందిస్తుంది. అందువల్ల, గణిత శాస్త్ర మోడలింగ్ మరియు ఫోర్స్ కర్వ్ ఫిట్టింగ్ నుండి పొందిన ఏదైనా పరిమాణాత్మక ఫలితాలు సాపేక్షంగా ఖచ్చితమైనవిగా ఉండాలి.
AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతుల ద్వారా పరిమాణాత్మక కొలతలు పూర్తిగా డేటా ఎంపిక మరియు తదుపరి విశ్లేషణ కోసం ఉపయోగించే గణిత నమూనాలపై ఆధారపడి ఉంటాయి. అందువల్ల, ఒక నిర్దిష్ట మోడల్‌ను ఎంచుకునే ముందు ఇండెంటర్, మెటీరియల్ లక్షణాలు మరియు వాటి పరస్పర చర్య యొక్క మెకానిక్స్ ఎంపికకు సంబంధించిన అన్ని అంశాలను పరిగణనలోకి తీసుకోవడం చాలా ముఖ్యం. ఈ సందర్భంలో, చిట్కా జ్యామితి SEM మైక్రోగ్రాఫ్‌లను (Fig. 1) ఉపయోగించి జాగ్రత్తగా వర్ణించబడింది మరియు ఫలితాల ఆధారంగా, హార్డ్ కోన్ మరియు గోళాకార చిట్కా జ్యామితితో 140 nm వ్యాసం కలిగిన AFM నానోఇండెంటింగ్ ప్రోబ్ lehfilcon A CL79 నమూనాలను వర్గీకరించడానికి మంచి ఎంపిక. . పరీక్షించబడుతున్న పాలిమర్ పదార్థం యొక్క స్థితిస్థాపకత జాగ్రత్తగా మూల్యాంకనం చేయవలసిన మరో ముఖ్యమైన అంశం. నానోఇండెంటేషన్ యొక్క ప్రారంభ డేటా (Fig. 5a మరియు 6a) టెన్షన్ మరియు కంప్రెషన్ వక్రరేఖల అతివ్యాప్తి యొక్క లక్షణాలను స్పష్టంగా వివరించినప్పటికీ, అనగా, పదార్థం యొక్క పూర్తి సాగే రికవరీ, పరిచయాల యొక్క పూర్తిగా సాగే స్వభావాన్ని నిర్ధారించడం చాలా ముఖ్యం. . ఈ క్రమంలో, పూర్తి ఆర్ద్రీకరణ పరిస్థితులలో 1 µm/s ఇండెంటేషన్ రేటుతో లెహ్‌ఫిల్కాన్ A CL నమూనా ఉపరితలంపై ఒకే ప్రదేశంలో రెండు వరుస ఇండెంటేషన్‌లు జరిగాయి. ఫలితంగా ఫోర్స్ కర్వ్ డేటా అంజీర్లో చూపబడింది. 7 మరియు, ఊహించినట్లుగా, రెండు ప్రింట్‌ల విస్తరణ మరియు కుదింపు వక్రతలు దాదాపు ఒకేలా ఉంటాయి, బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్ నిర్మాణం యొక్క అధిక స్థితిస్థాపకతను హైలైట్ చేస్తుంది.
లెహ్‌ఫిల్కాన్ A CL ఉపరితలంపై ఒకే ప్రదేశంలో ఉన్న రెండు ఇండెంటేషన్ ఫోర్స్ వక్రతలు లెన్స్ ఉపరితలం యొక్క ఆదర్శ స్థితిస్థాపకతను సూచిస్తాయి.
ప్రోబ్ టిప్ మరియు లెహ్ఫిల్కాన్ A CL ఉపరితలం యొక్క SEM మరియు STEM చిత్రాల నుండి పొందిన సమాచారం ఆధారంగా, కోన్-స్పియర్ మోడల్ అనేది AFM ప్రోబ్ చిట్కా మరియు పరీక్షించబడుతున్న మృదువైన పాలిమర్ మెటీరియల్ మధ్య పరస్పర చర్య యొక్క సహేతుకమైన గణిత ప్రాతినిధ్యం. అదనంగా, ఈ కోన్-స్పియర్ మోడల్ కోసం, ముద్రించిన పదార్థం యొక్క సాగే లక్షణాల గురించిన ప్రాథమిక అంచనాలు ఈ కొత్త బయోమిమెటిక్ పదార్థానికి నిజమైనవి మరియు సాగే మాడ్యులస్‌ను లెక్కించడానికి ఉపయోగించబడతాయి.
ఇండెంటేషన్ ప్రోబ్ లక్షణాలు (ఆకారం, పరిమాణం మరియు వసంత దృఢత్వం), సున్నితత్వం (నేపథ్య శబ్దం మరియు కాంటాక్ట్ పాయింట్ అంచనా) మరియు డేటా ఫిట్టింగ్ మోడల్‌లు (క్వాంటిటేటివ్ మాడ్యులస్ కొలతలు)తో సహా AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతి మరియు దాని భాగాల సమగ్ర మూల్యాంకనం తర్వాత ఈ పద్ధతి ఉపయోగించారు. పరిమాణాత్మక ఫలితాలను ధృవీకరించడానికి వాణిజ్యపరంగా అందుబాటులో ఉన్న అల్ట్రా-సాఫ్ట్ నమూనాలను వర్గీకరించండి. 1 kPa యొక్క సాగే మాడ్యులస్‌తో వాణిజ్య పాలియాక్రిలమైడ్ (PAAM) హైడ్రోజెల్ 140 nm ప్రోబ్‌ను ఉపయోగించి హైడ్రేటెడ్ పరిస్థితులలో పరీక్షించబడింది. మాడ్యూల్ టెస్టింగ్ మరియు లెక్కల వివరాలు అనుబంధ సమాచారంలో అందించబడ్డాయి. కొలిచిన సగటు మాడ్యులస్ 0.92 kPa అని ఫలితాలు చూపించాయి మరియు తెలిసిన మాడ్యులస్ నుండి %RSD మరియు శాతం (%) విచలనం 10% కంటే తక్కువగా ఉంది. ఈ ఫలితాలు అల్ట్రాసాఫ్ట్ మెటీరియల్‌ల మాడ్యులీని కొలవడానికి ఈ పనిలో ఉపయోగించిన AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతి యొక్క ఖచ్చితత్వం మరియు పునరుత్పత్తి సామర్థ్యాన్ని నిర్ధారిస్తాయి. lehfilcon A CL నమూనాలు మరియు SiHy బేస్ సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క ఉపరితలాలు అదే AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతిని ఉపయోగించి అల్ట్రాసాఫ్ట్ ఉపరితలం యొక్క స్పష్టమైన కాంటాక్ట్ మాడ్యులస్‌ను ఇండెంటేషన్ డెప్త్ యొక్క విధిగా అధ్యయనం చేయడానికి మరింత వర్గీకరించబడ్డాయి. 300 pN శక్తితో, 1 µm/s వేగంతో మరియు పూర్తి ఆర్ద్రీకరణతో ప్రతి రకానికి చెందిన మూడు నమూనాల కోసం ఇండెంటేషన్ ఫోర్స్ సెపరేషన్ వక్రతలు రూపొందించబడ్డాయి (n = 3; ప్రతి నమూనాకు ఒక ఇండెంటేషన్). ఇండెంటేషన్ ఫోర్స్ షేరింగ్ కర్వ్ కోన్-స్పియర్ మోడల్‌ని ఉపయోగించి అంచనా వేయబడింది. ఇండెంటేషన్ డెప్త్‌పై ఆధారపడిన మాడ్యులస్‌ను పొందేందుకు, ఫోర్స్ కర్వ్ యొక్క 40 nm వెడల్పు భాగం 20 nm యొక్క ప్రతి ఇంక్రిమెంట్‌లో సెట్ చేయబడింది మరియు శక్తి వక్రరేఖ యొక్క ప్రతి దశలో మాడ్యులస్ విలువలను కొలుస్తారు. స్పిన్ సై మరియు ఇతరులు. పాలీ (లారిల్ మెథాక్రిలేట్) (P12MA) పాలిమర్ బ్రష్‌ల యొక్క మాడ్యులస్ గ్రేడియంట్‌ను కొల్లాయిడ్ AFM ప్రోబ్ నానోఇండెంటేషన్‌ని ఉపయోగించి వర్గీకరించడానికి ఇదే విధమైన విధానం ఉపయోగించబడింది మరియు అవి హెర్ట్జ్ కాంటాక్ట్ మోడల్‌ని ఉపయోగించి డేటాకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. ఈ విధానం మూర్తి 8లో చూపిన విధంగా స్పష్టమైన కాంటాక్ట్ మాడ్యులస్ (kPa) వర్సెస్ ఇండెంటేషన్ డెప్త్ (nm) యొక్క ప్లాట్‌ను అందిస్తుంది, ఇది స్పష్టమైన కాంటాక్ట్ మాడ్యులస్/డెప్త్ గ్రేడియంట్‌ను వివరిస్తుంది. CL lehfilcon A నమూనా యొక్క గణించబడిన సాగే మాడ్యులస్ నమూనా యొక్క ఎగువ 100 nm లోపల 2-3 kPa పరిధిలో ఉంటుంది, దాని కంటే ఇది లోతుతో పెరగడం ప్రారంభమవుతుంది. మరోవైపు, ఉపరితలంపై బ్రష్ లాంటి ఫిల్మ్ లేకుండా SiHy బేస్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ను పరీక్షించేటప్పుడు, 300 pN శక్తితో గరిష్ట ఇండెంటేషన్ లోతు 50 nm కంటే తక్కువగా ఉంటుంది మరియు డేటా నుండి పొందిన మాడ్యులస్ విలువ సుమారు 400 kPa. , ఇది బల్క్ మెటీరియల్స్ కోసం యంగ్ యొక్క మాడ్యులస్ విలువలతో పోల్చదగినది.
మాడ్యులస్‌ను కొలవడానికి కోన్-స్పియర్ జ్యామితితో AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతిని ఉపయోగించి lehfilcon A CL మరియు SiHy సబ్‌స్ట్రేట్‌ల కోసం స్పష్టమైన కాంటాక్ట్ మాడ్యులస్ (kPa) vs. ఇండెంటేషన్ డెప్త్ (nm).
నవల బయోమిమెటిక్ బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్ స్ట్రక్చర్ యొక్క పైభాగంలో చాలా తక్కువ మాడ్యులస్ స్థితిస్థాపకత (2–3 kPa) ప్రదర్శిస్తుంది. ఇది STEM ఇమేజ్‌లో చూపిన విధంగా ఫోర్క్డ్ పాలిమర్ బ్రష్ యొక్క ఫ్రీ హ్యాంగింగ్ ఎండ్‌తో సరిపోతుంది. CL యొక్క వెలుపలి అంచు వద్ద మాడ్యులస్ ప్రవణత యొక్క కొన్ని ఆధారాలు ఉన్నప్పటికీ, ప్రధాన అధిక మాడ్యులస్ సబ్‌స్ట్రేట్ మరింత ప్రభావవంతంగా ఉంటుంది. ఏదేమైనప్పటికీ, ఉపరితలం యొక్క టాప్ 100 nm బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్ యొక్క మొత్తం పొడవులో 20% లోపు ఉంటుంది, కాబట్టి ఈ ఇండెంటేషన్ డెప్త్ పరిధిలోని మాడ్యులస్ యొక్క కొలిచిన విలువలు సాపేక్షంగా ఖచ్చితమైనవి మరియు బలంగా ఉండవని భావించడం సహేతుకమైనది. దిగువ వస్తువు యొక్క ప్రభావంపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
lehfilcon A కాంటాక్ట్ లెన్స్‌ల యొక్క ప్రత్యేకమైన బయోమిమెటిక్ డిజైన్ కారణంగా, SiHy సబ్‌స్ట్రేట్‌ల ఉపరితలంపై అంటు వేసిన బ్రాంచ్డ్ PMPC పాలిమర్ బ్రష్ నిర్మాణాలు ఉంటాయి, సాంప్రదాయ కొలత పద్ధతులను ఉపయోగించి వాటి ఉపరితల నిర్మాణాల యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలను విశ్వసనీయంగా వర్గీకరించడం చాలా కష్టం. ఇక్కడ మేము అధిక నీటి కంటెంట్ మరియు అధిక స్థితిస్థాపకతతో లెఫిల్కాన్ A వంటి అల్ట్రా-సాఫ్ట్ మెటీరియల్‌లను ఖచ్చితంగా వర్గీకరించడానికి అధునాతన AFM నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతిని అందిస్తున్నాము. ఈ పద్ధతి AFM ప్రోబ్‌ని ఉపయోగించడంపై ఆధారపడి ఉంటుంది, దీని చిట్కా పరిమాణం మరియు జ్యామితిని ముద్రించాల్సిన అల్ట్రా-సాఫ్ట్ ఉపరితల లక్షణాల నిర్మాణ పరిమాణాలకు సరిపోయేలా జాగ్రత్తగా ఎంపిక చేస్తారు. ప్రోబ్ మరియు స్ట్రక్చర్ మధ్య పరిమాణాల కలయిక పెరిగిన సున్నితత్వాన్ని అందిస్తుంది, ఇది పోరోఎలాస్టిక్ ప్రభావాలతో సంబంధం లేకుండా బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్ మూలకాల యొక్క తక్కువ మాడ్యులస్ మరియు స్వాభావిక సాగే లక్షణాలను కొలవడానికి అనుమతిస్తుంది. లెన్స్ ఉపరితలం యొక్క ప్రత్యేకమైన బ్రాంచ్డ్ PMPC పాలిమర్ బ్రష్‌లు చాలా తక్కువ సాగే మాడ్యులస్ (2 kPa వరకు) మరియు సజల వాతావరణంలో పరీక్షించినప్పుడు చాలా ఎక్కువ స్థితిస్థాపకత (దాదాపు 100%) కలిగి ఉన్నాయని ఫలితాలు చూపించాయి. AFM నానోఇండెంటేషన్ ఫలితాలు బయోమిమెటిక్ లెన్స్ ఉపరితలం యొక్క స్పష్టమైన కాంటాక్ట్ మాడ్యులస్/డెప్త్ గ్రేడియంట్ (30 kPa/200 nm)ని వర్గీకరించడానికి కూడా మాకు అనుమతినిచ్చాయి. ఈ ప్రవణత బ్రాంచ్డ్ పాలిమర్ బ్రష్‌లు మరియు SiHy సబ్‌స్ట్రేట్ మధ్య మాడ్యులస్ వ్యత్యాసం లేదా పాలిమర్ బ్రష్‌ల బ్రాంచ్డ్ స్ట్రక్చర్/డెన్సిటీ లేదా వాటి కలయిక వల్ల కావచ్చు. అయినప్పటికీ, నిర్మాణం మరియు లక్షణాల మధ్య సంబంధాన్ని పూర్తిగా అర్థం చేసుకోవడానికి మరింత లోతైన అధ్యయనాలు అవసరం, ముఖ్యంగా యాంత్రిక లక్షణాలపై బ్రష్ శాఖల ప్రభావం. ఇలాంటి కొలతలు ఇతర అల్ట్రా-సాఫ్ట్ మెటీరియల్స్ మరియు వైద్య పరికరాల ఉపరితలం యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలను వర్గీకరించడంలో సహాయపడతాయి.
ప్రస్తుత అధ్యయనం సమయంలో రూపొందించబడిన మరియు/లేదా విశ్లేషించబడిన డేటాసెట్‌లు సహేతుకమైన అభ్యర్థనపై సంబంధిత రచయితల నుండి అందుబాటులో ఉంటాయి.
రహ్మతి, M., సిల్వా, EA, Reseland, JE, Hayward, K. మరియు Haugen, HJ బయోమెటీరియల్స్ యొక్క ఉపరితలాల భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలకు జీవసంబంధ ప్రతిచర్యలు. రసాయన. సమాజం. Ed. 49, 5178–5224 (2020).
చెన్, FM మరియు లియు, X. కణజాల ఇంజనీరింగ్ కోసం మానవ-ఉత్పన్న బయోమెటీరియల్స్ మెరుగుదల. ప్రోగ్రామింగ్. పాలిమర్. శాస్త్రం. 53, 86 (2016).
సాడ్లర్, K. మరియు ఇతరులు. రీజెనరేటివ్ మెడిసిన్‌లో బయోమెటీరియల్స్ డిజైన్, క్లినికల్ ఇంప్లిమెంటేషన్ మరియు రోగనిరోధక ప్రతిస్పందన. నేషనల్ మాట్ రెవ్. 1, 16040 (2016).
ఒలివర్ WK మరియు ఫార్ GM లోడ్ మరియు స్థానభ్రంశం కొలతలతో ఇండెంటేషన్ ప్రయోగాలను ఉపయోగించి కాఠిన్యం మరియు సాగే మాడ్యులస్‌ని నిర్ణయించడానికి మెరుగైన పద్ధతి. J. అల్మా మేటర్. నిల్వ ట్యాంక్. 7, 1564–1583 (2011).
వాలీ, SM ఇండెంటేషన్ కాఠిన్యం పరీక్ష యొక్క చారిత్రక మూలాలు. ఆల్మా మేటర్. శాస్త్రం. సాంకేతికతలు. 28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. మాక్రో-, మైక్రో- మరియు నానోస్కేల్ వద్ద ఇండెంటేషన్ కాఠిన్యం కొలతలు: ఒక క్లిష్టమైన సమీక్ష. తెగ. రైట్. 65, 1–18 (2017).
కౌఫ్‌మన్, JD మరియు క్లాపెరిచ్, SM సర్ఫేస్ డిటెక్షన్ లోపాలు మృదువైన పదార్థాల నానోఇండెంటేషన్‌లో మాడ్యులస్ అతిగా అంచనా వేయడానికి దారితీస్తాయి. J. మెచా. ప్రవర్తన. బయోమెడికల్ సైన్స్. ఆల్మా మేటర్. 2, 312–317 (2009).
కరీంజాడే A., కోలూర్ SSR, అయతోల్లఖి MR, బుష్రోవా AR మరియు యాహ్యా M.Yu. ప్రయోగాత్మక మరియు గణన పద్ధతులను ఉపయోగించి వైవిధ్య నానోకంపొసైట్‌ల యాంత్రిక లక్షణాలను నిర్ణయించడానికి నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతి యొక్క మూల్యాంకనం. శాస్త్రం. ఇల్లు 9, 15763 (2019).
లియు, కె., వాన్‌లెండింగ్‌హామ్, MR, మరియు Owart, TS మెకానికల్ క్యారెక్టరైజేషన్ ఆఫ్ సాఫ్ట్ విస్కోలాస్టిక్ జెల్స్ ఇండెంటేషన్ మరియు ఆప్టిమైజేషన్-బేస్డ్ ఇన్వర్స్ ఫినిట్ ఎలిమెంట్ అనాలిసిస్. J. మెచా. ప్రవర్తన. బయోమెడికల్ సైన్స్. ఆల్మా మేటర్. 2, 355–363 (2009).
ఆండ్రూస్ JW, బోవెన్ J మరియు చానెలర్ D. అనుకూలమైన కొలిచే వ్యవస్థలను ఉపయోగించి విస్కోలాస్టిసిటీ డిటర్మినేషన్ ఆప్టిమైజేషన్. సాఫ్ట్ మేటర్ 9, 5581–5593 (2013).
బ్రిస్కో, BJ, ఫియోరి, L. మరియు పెల్లిల్లో, E. పాలీమెరిక్ ఉపరితలాల నానోఇండెంటేషన్. J. ఫిజిక్స్. D. ఫిజిక్స్ కోసం దరఖాస్తు చేసుకోండి. 31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. మరియు వాన్ Vliet KJ షాక్ ఇండెంటేషన్ ఉపయోగించి అత్యంత సాగే పాలిమర్లు మరియు జీవ కణజాలాల విస్కోలాస్టిక్ యాంత్రిక లక్షణాల యొక్క లక్షణం. బయోమెటీరియల్స్ జర్నల్. 71, 388–397 (2018).
పెరెపెల్కిన్ NV, కోవలేవ్ AE, గోర్బ్ SN, బోరోడిచ్ FM విస్తరించిన బోరోడిచ్-గాలనోవ్ (BG) పద్ధతి మరియు లోతైన ఇండెంటేషన్‌ను ఉపయోగించి మృదువైన పదార్థాల సాగే మాడ్యులస్ మరియు సంశ్లేషణ పని యొక్క మూల్యాంకనం. బొచ్చు. ఆల్మా మేటర్. 129, 198–213 (2019).
షి, X. మరియు ఇతరులు. సిలికాన్ హైడ్రోజెల్ కాంటాక్ట్ లెన్స్‌ల బయోమిమెటిక్ పాలీమెరిక్ ఉపరితలాల యొక్క నానోస్కేల్ పదనిర్మాణం మరియు యాంత్రిక లక్షణాలు. లాంగ్‌ముయిర్ 37, 13961–13967 (2021).