Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com.Шумо версияи браузерро бо дастгирии маҳдуди CSS истифода мебаред.Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Ҳолати мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед).Илова бар ин, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript нишон медиҳем.
Якбора карусели се слайдро намоиш медиҳад.Тугмаҳои Пешина ва Ояндаро истифода баред, то дар як вақт дар се слайд гузаред ё тугмаҳои слайдерро дар охир истифода баред, то дар як вақт аз се слайд гузаред.
Бо таҳияи маводи нави ултра нарм барои дастгоҳҳои тиббӣ ва барномаҳои биотиббӣ, тавсифи ҳамаҷонибаи хосиятҳои физикӣ ва механикии онҳо ҳам муҳим ва ҳам душвор аст.Барои тавсифи модули сатҳи хеле пасти линзаи контактии силикон гидрогели биомиметикӣ, ки бо қабати сохторҳои шохаҳои шохаҳои полимерӣ фаро гирифта шудааст, усули наноиндентатсияи микроскопияи тағирёфтаи қувваи атомӣ (AFM) татбиқ карда шуд.Ин усул имкон медиҳад, ки нуқтаҳои тамос бидуни таъсири экструзияи часпак ҳангоми наздик шудан ба полимерҳои шохадор дақиқ муайян карда шаванд.Гайр аз ин, ин имкон медихад, ки хусусиятхои механикии элементхои алохидаи хасу бе таъсири пороэластикй муайян карда шаванд.Ин тавассути интихоби зонд AFM бо тарҳи (андозаи нӯги, геометрия ва суръати баҳор), ки махсусан барои чен кардани хосиятҳои маводи нарм ва намунаҳои биологӣ мувофиқ аст, ба даст оварда мешавад.Ин усул ҳассосият ва дақиқро барои ченкунии дақиқи маводи хеле мулоим lehfilcon A беҳтар мекунад, ки модули чандирии хеле пасти масоҳати рӯизаминӣ (то 2 кПа) ва чандирии хеле баланд дар муҳити обӣ (қариб 100%) дорад. .Натичахои тадкикоти сатхи на танхо хосиятхои сатхи ултра нарми линзаи лехфилкон А-ро ошкор карданд, балки инчунин нишон доданд, ки модули щеткахои полимерии шохадор бо субстрати кремний-гидроген киёс кардан мумкин аст.Ин усули тавсифи рӯизаминӣ метавонад ба дигар маводҳои ултра нарм ва дастгоҳҳои тиббӣ татбиқ карда шавад.
Хусусиятҳои механикии маводҳое, ки барои тамоси мустақим бо бофтаи зинда пешбинӣ шудаанд, аксар вақт аз ҷониби муҳити биологӣ муайян карда мешаванд.Мутобиқати комили ин хосиятҳои моддӣ барои ноил шудан ба хусусиятҳои клиникии дилхоҳи мавод бидуни боиси аксуламалҳои манфии ҳуҷайравӣ1,2,3 кӯмак мекунад.Барои маводҳои якхела, тавсифи хосиятҳои механикӣ аз сабаби мавҷудияти расмиёти стандартӣ ва усулҳои санҷиш нисбатан осон аст (масалан, microindentation4,5,6).Аммо, барои маводҳои ултра нарм ба монанди гелҳо, гидрогелҳо, биополимерҳо, ҳуҷайраҳои зинда ва ғайра, ин усулҳои санҷиш аз сабаби маҳдудиятҳои ҳалли андозагирӣ ва якхела набудани баъзе маводҳо умуман татбиқ намешаванд7.Дар тӯли солҳо, усулҳои анъанавии дарунравӣ барои тавсифи доираи васеи маводҳои нарм тағир ва мутобиқ карда шуданд, аммо бисёре аз усулҳо то ҳол аз камбудиҳои ҷиддӣ ранҷ мекашанд, ки истифодаи онҳоро маҳдуд мекунанд8,9,10,11,12,13.Набудани усулҳои махсуси санҷиш, ки метавонанд хосиятҳои механикии маводи хеле нарм ва қабатҳои рӯизаминиро дақиқ ва боэътимод тавсиф кунанд, истифодаи онҳоро дар барномаҳои гуногун ба таври ҷиддӣ маҳдуд мекунад.
Дар кори қаблии худ, мо линзаи контактии lehfilcon A (CL) -ро муаррифӣ кардем, ки маводи нарми гетерогенӣ бо тамоми хосиятҳои сатҳи ултра нарм аз тарҳҳои эҳтимолии биомиметикӣ, ки аз сатҳи чашми чашм илҳом гирифта шудаанд, гирифта шудааст.Ин биоматериал тавассути пайванд кардани қабати полимерии шохадор ва ба ҳам пайвастшудаи поли(2-метакрилоилоксиэтилфосфорилхолин (MPC)) (PMPC) ба гидрогели силикон (SiHy) 15, ки барои дастгоҳҳои тиббӣ дар асоси асос пешбинӣ шудааст, таҳия шудааст.Ин раванди пайвандкунӣ дар рӯи замин як қабатеро ба вуҷуд меорад, ки аз сохтори хасу полимерии шохаҳои хеле нарм ва хеле чандирӣ иборат аст.Корҳои қаблии мо тасдиқ карданд, ки сохтори биомиметикии lehfilcon A CL дорои хосиятҳои болоии рӯизаминӣ, аз қабили пешгирии беҳбуди тар кардан ва ифлосшавӣ, афзояндаи молидан ва камшавии адгезияи ҳуҷайраҳо ва бактерияҳо мебошад15,16.Илова бар ин, истифода ва таҳияи ин маводи биомиметикӣ инчунин тавсеаи минбаъдаро ба дигар дастгоҳҳои биотиббӣ пешниҳод мекунад.Аз ин рӯ, тавсиф кардани хосиятҳои рӯизаминии ин маводи ултра нарм ва фаҳмидани ҳамкории механикии он бо чашм барои эҷоди як пойгоҳи дониши ҳамаҷониба барои дастгирии рушд ва барномаҳои оянда муҳим аст.Аксари линзаҳои контактии SiHy, ки дар тиҷорат дастрасанд, аз омехтаи якхелаи полимерҳои гидрофилӣ ва гидрофобӣ иборатанд, ки сохтори якхелаи моддиро ташкил медиҳанд17.Якчанд тадқиқотҳо барои омӯхтани хосиятҳои механикии онҳо бо истифода аз усулҳои анъанавии озмоиши фишурдасозӣ, кашиш ва микроиндентатсия гузаронида шуданд18,19,20,21.Бо вуҷуди ин, тарҳи нави биомиметикии lehfilcon A CL онро ба маводи беназири гетерогенӣ табдил медиҳад, ки дар он хосиятҳои механикии сохторҳои хасу полимерии шохадор аз хусусиятҳои субстрати пойгоҳи SiHy ба таври назаррас фарқ мекунанд.Аз ин рӯ, бо истифода аз усулҳои анъанавӣ ва абзорӣ дақиқ муайян кардани ин хосиятҳо хеле душвор аст.Усули ояндадор усули озмоиши наноиндетатсияро истифода мебарад, ки дар микроскопияи қувваи атомӣ (AFM) амалӣ карда мешавад, усуле, ки барои муайян кардани хосиятҳои механикии маводи часпакҳои мулоим ба монанди ҳуҷайраҳои биологӣ ва бофтаҳо, инчунин полимерҳои нарм истифода шудааст22,23,24,25 .,26,27,28,29,30.Дар nanoindentation AFM, асосҳои санҷиши наноиндентатсия бо дастовардҳои навтарин дар технологияи AFM якҷоя карда мешаванд, то ҳассосияти афзояндаи андозагирӣ ва санҷиши доираи васеи маводҳои хеле нармро таъмин кунанд31,32,33,34,35,36.Илова бар ин, технология дигар бартариҳои муҳимро тавассути истифодаи геометрияҳои гуногун пешниҳод мекунад.индентер ва зонд ва имкони озмоиш дар васоити гуногуни моеъ.
Наноиндентатсияи AFM-ро шартан ба се ҷузъи асосӣ тақсим кардан мумкин аст: (1) таҷҳизот (сенсорҳо, детекторҳо, зондҳо ва ғ.);(2) параметрҳои андозагирӣ (ба монанди қувва, ҷойивазкунӣ, суръат, андозаи рампа ва ғ.);(3) Коркарди маълумот (тасҳеҳи асосӣ, баҳодиҳии нуқтаи тамос, мувофиқ кардани маълумот, моделсозӣ ва ғ.).Мушкилоти муҳими ин усул дар он аст, ки якчанд таҳқиқот дар адабиёт бо истифода аз наноиндентатсияи AFM натиҷаҳои миқдори хеле гуногунро барои як навъи намуна/ҳуҷайра/мавод гузориш медиҳанд37,38,39,40,41.Масалан, Лекка ва дигарон.Таъсири геометрияи зондҳои AFM ба модули ченшудаи Янг аз намунаҳои гидрогели механикии якхела ва ҳуҷайраҳои гетерогенӣ омӯхта ва муқоиса карда шуд.Онҳо гузориш медиҳанд, ки арзишҳои модулҳо аз интихоби кантилвер ва шакли нӯг вобастаанд, ки арзиши баландтарин барои зонд шаклаш пирамида ва арзиши пасттарин 42 барои зондҳои сферикӣ мебошад.Ба хамин тарик, Селхубер-Ункел ва дигарон.Нишон дода шудааст, ки чӣ тавр суръати индентер, андозаи индентер ва ғафсии намунаҳои полиакриламид (PAAM) ба модули Янг, ки аз ҷониби наноиндентатсияи ACM43 чен карда шудааст, таъсир мерасонад.Омили дигари мушкилкунанда ин набудани маводи санҷишии стандартии хеле паст ва расмиёти ройгони санҷиш мебошад.Ин бо боварӣ ба даст овардани натиҷаҳои дақиқро хеле душвор мегардонад.Бо вуҷуди ин, ин усул барои андозагирии нисбӣ ва арзёбии муқоисавӣ байни намудҳои намунаи шабеҳ хеле муфид аст, масалан, бо истифода аз nanoindentation AFM барои фарқ кардани ҳуҷайраҳои муқаррарӣ аз ҳуҷайраҳои саратон 44, 45.
Ҳангоми озмоиши маводи нарм бо наноиндентатсияи AFM, як қоидаи умумӣ ин аст, ки зонд бо константи пасти баҳор (k), ки ба модули намуна ва нӯги нимкураи / мудаввар мувофиқат кунад, то зонди аввал рӯи намунаҳоро назанад. тамоси аввал бо маводи нарм.Инчунин муҳим аст, ки сигнали дефлекторие, ки аз ҷониби зонд тавлид мешавад, ба қадри кофӣ қавӣ бошад, ки тавассути системаи детектори лазерӣ муайян карда шавад24,34,46,47.Дар мавриди ҳуҷайраҳои гетерогении ултра нарм, бофтаҳо ва гелҳо, мушкилоти дигар бартараф кардани қувваи илтиёмӣ байни зонд ва сатҳи намуна барои таъмини ченакҳои такроршаванда ва боэътимод мебошад48,49,50.То ба наздикӣ, аксари корҳо оид ба наноиндентатсияи AFM ба омӯзиши рафтори механикии ҳуҷайраҳои биологӣ, бофтаҳо, гелҳо, гидрогелҳо ва биомолекулаҳо бо истифода аз зондҳои нисбатан калони сферӣ, ки маъмулан зондҳои коллоидӣ (CPs) номида мешаванд, тамаркуз мекарданд., 47, 51, 52, 53, 54, 55. Ин маслиҳатҳо радиусаш аз 1 то 50 микрон доранд ва одатан аз шишаи боросиликат, полиметилметакрилат (PMMA), полистирол (PS), диоксиди кремний (SiO2) ва алмос сохта мешаванд. ба монанди карбон (DLC).Гарчанде ки наноиндетатсияи CP-AFM аксар вақт интихоби аввал барои тавсифи намунаи нарм аст, он мушкилот ва маҳдудиятҳои худро дорад.Истифодаи нӯгҳои калонҳаҷми сферии андозаи микрон майдони умумии тамоси нӯгро бо намуна зиёд мекунад ва боиси талафоти назарраси ҳалли фазоӣ мегардад.Барои намунаҳои нарм ва якхела, ки хосиятҳои механикии унсурҳои маҳаллӣ метавонанд аз ҳисоби миёна дар минтақаи васеътар фарқ кунанд, CP метавонад ҳама гуна номутаносибии хосиятҳоро дар миқёси маҳаллӣ пинҳон кунад52.Зондҳои коллоидӣ одатан тавассути пайваст кардани сфераҳои коллоидии андозаи микрон ба кантилверҳои бесамар бо истифода аз илтиёмҳои эпоксидӣ сохта мешаванд.Худи раванди истеҳсолӣ бо мушкилоти зиёд печида аст ва метавонад боиси номувофиқатӣ дар раванди калибрченкунии зонд гардад.Илова бар ин, андоза ва массаи заррачаҳои коллоидӣ ба параметрҳои асосии калибркунии кантилвер, аз қабили басомади резонансӣ, сахтии пружа ва ҳассосияти каҷшавӣ бевосита таъсир мерасонад56,57,58.Ҳамин тариқ, усулҳои маъмулан истифодашаванда барои зондҳои анъанавии AFM, аз қабили калибрченкунии ҳарорат, метавонанд калибркунии дақиқро барои CP таъмин накунанд ва усулҳои дигар метавонанд барои иҷрои ин ислоҳҳо талаб карда шаванд57, 59, 60, 61. Таҷрибаҳои маъмулии CP indentation аз инҳирофҳои калон истифода мебаранд. омӯхтани хосиятҳои намунаҳои нарм, ки ҳангоми калибровка кардани рафтори ғайрихаттии кантилвер дар инҳирофҳои нисбатан калон мушкилоти дигарро ба вуҷуд меорад62,63,64.Усулҳои муосири қаҳронкунии зондҳои коллоидӣ одатан геометрияи кантилеверро, ки барои калибркунии зонд истифода мешаванд, ба назар мегиранд, аммо таъсири зарраҳои коллоидиро сарфи назар мекунанд, ки дар дурустии усул номуайянии иловагӣ ба вуҷуд меорад38,61.Ба ҳамин монанд, модулҳои чандирӣ, ки тавассути мувофиқ кардани модели тамос ҳисоб карда мешаванд, мустақиман аз геометрияи зондӣ вобастаанд ва номутобиқатии байни нӯг ва хусусиятҳои рӯи намуна метавонад ба иштибоҳҳо оварда расонад27, 65, 66, 67, 68. Баъзе корҳои охирини Спенсер ва дигарон.Омилҳое, ки ҳангоми тавсифи щеткаҳои полимерии мулоим бо истифода аз усули наноиндентатсияи CP-AFM бояд ба назар гирифта шаванд, таъкид шудаанд.Онҳо гузориш доданд, ки нигоҳ доштани моеъи часпак дар щеткаҳои полимерӣ ҳамчун функсияи суръат боиси афзоиши сарборӣ ва аз ин рӯ ченакҳои гуногуни хосиятҳои вобаста ба суръат оварда мерасонад30,69,70,71.
Дар ин таҳқиқот, мо модули рӯизаминии маводи ултра нарми хеле чандирии lehfilcon A CL-ро бо истифода аз усули тағирёфтаи наноиндентатсияи AFM тавсиф кардем.Бо дарназардошти хосиятҳо ва сохтори нави ин мавод, диапазони ҳассосияти усули анъанавии дарунравӣ барои тавсифи модули ин маводи бениҳоят нарм нокифоя аст, аз ин рӯ истифодаи усули наноиндентатсияи AFM-ро бо ҳассосияти баланд ва ҳассосияти камтар истифода бурдан лозим аст.сатҳи.Пас аз баррасии камбудиҳо ва мушкилоти усулҳои мавҷудаи наноиндентатсия кардани зондҳои коллоидии AFM, мо нишон медиҳем, ки чаро мо зондҳои хурдтар ва фармоишии AFM-ро барои нест кардани ҳассосият, садои замина, нуқтаи дақиқи тамос, чен кардани модули суръати маводи нарм гетерогенӣ ба монанди нигоҳдории моеъ интихоб кардем. вобастагӣ.ва миқдори дақиқ.Илова бар ин, мо тавонистем шакл ва андозаи нӯги дарунравиро дақиқ чен кунем, ки ба мо имкон дод, ки модели мувофиқи конусро барои муайян кардани модули чандирӣ бидуни арзёбии майдони тамоси нӯг бо мавод истифода барем.Ду фарзияи номуайяне, ки дар ин кор миқдори муайян карда шудаанд, хосиятҳои моддии комилан чандирӣ ва модули мустақил аз чуқурии дарунравӣ мебошанд.Бо истифода аз ин усул, мо аввал стандартҳои ултра нармро бо модули маълум озмоиш кардем, то миқдорро муайян кунем ва сипас ин усулро барои тавсифи сатҳи ду маводи линзаи гуногуни контактӣ истифода бурдем.Ин усули тавсифи сатҳи наноиндентатсияи AFM бо ҳассосияти баланд дар назар аст, ки ба доираи васеи маводи ултрасофтҳои гетерогении биомиметикӣ бо истифодаи эҳтимолӣ дар дастгоҳҳои тиббӣ ва барномаҳои биотиббӣ татбиқ карда шавад.
Линзаҳои контактии Lehfilcon A (Alcon, Fort Worth, Техас, ИМА) ва субстратҳои гидрогели силикони онҳо барои таҷрибаҳои наноиндетант интихоб карда шуданд.Дар озмоиш монтажи линзаи махсус сохташуда истифода шуд.Барои насб кардани линза барои санҷиш, онро бо эҳтиёт ба стенди гунбазшакл гузоштанд ва боварӣ ҳосил карданд, ки ҳеҷ гуна ҳубобҳои ҳаво ба дохили он надароянд ва сипас бо кунҷҳо мустаҳкам карда шуданд.Як сӯрох дар арматура дар болои дорандаи линза дастрасӣ ба маркази оптикии линзаро барои таҷрибаҳои наноиндентатсия ҳангоми нигоҳ доштани моеъ дар ҷои худ таъмин мекунад.Ин линзаҳоро пурра намнок нигоҳ медорад.500 мкл маҳлули бастабандии линзаи контактӣ ҳамчун маҳлули озмоишӣ истифода шуд.Барои санҷидани натиҷаҳои миқдорӣ, гидрогелҳои полиакриламиди ғайрифаъолшудаи тиҷоратӣ (PAAM) аз таркиби полиакриламид-ко-метилен-бисакриламид (100 мм Petrisoft Petri, Matrigen, Irvine, CA, ИМА), модули чандирии маълум 1 омода карда шуданд. кПа.4-5 қатра (тақрибан 125 мкл) намаки фосфати буферӣ (PBS аз Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, ИМА) ва 1 қатра маҳлули линзаи контактии OPTI-FREE Puremoist (Alcon, Vaud, TX, ИМА) истифода баред.) дар интерфейси AFM гидрогел-зонд.
Намунаҳои субстратҳои Lehfilcon A CL ва SiHy бо истифода аз системаи микроскопи скании электронии FEI Quanta 250 (FEG SEM), ки бо детектори микроскопи интиқоли электронии сканерӣ (STEM) муҷаҳҳаз шудаанд, визуалӣ карда шуданд.Барои тайёр кардани намунаҳо, линзаҳоро аввал бо об шуста, ба торчашакл буриданд.Барои ноил шудан ба фарқияти фарқияти байни ҷузъҳои гидрофиликӣ ва гидрофобики намунаҳо, ҳамчун ранг маҳлули 0,10% устуворшудаи RuO4 истифода шуд, ки дар он намунаҳо барои 30 дақиқа таъмид карда шуданд.Ранги lehfilcon A CL RuO4 на танҳо барои ноил шудан ба контрасти беҳтаршудаи дифференсиалӣ муҳим аст, балки инчунин барои нигоҳ доштани сохтори щеткаҳои полимерии шохадор дар шакли аслии худ, ки баъдан дар тасвирҳои STEM намоён мешаванд, кӯмак мекунад.Сипас онҳо дар як қатор омехтаҳои этанол/об бо афзоиши консентратсияи этанол шуста ва хушк карда шуданд.Сипас намунаҳо бо эпоксиди EMBed 812/Araldite рехта шуданд, ки дар як шабонарӯз дар 70°С муолиҷа карда шуданд.Блокҳои намунавӣ, ки тавассути полимеризатсияи қатрон ба даст оварда шудаанд, бо ультрамикротом бурида шуданд ва қисмҳои борики натиҷавӣ бо детектори STEM дар ҳолати вакууми паст бо шиддати суръатбахшии 30 кВ визуалӣ карда шуданд.Ҳамин системаи SEM барои тавсифи муфассали зондҳои PFQNM-LC-A-CAL AFM истифода шудааст (Брукер Нано, Санта Барбара, CA, ИМА).Тасвирҳои SEM-и зонд AFM дар ҳолати маъмулии баланди вакуум бо шиддати суръатбахшии 30 кВ ба даст оварда шуданд.Тасвирҳоро дар кунҷҳои гуногун ва васеъшавӣ ба даст оред, то тамоми ҷузъиёти шакл ва андозаи нӯги зонд AFM сабт кунед.Ҳама андозаҳои нӯги таваҷҷӯҳ ба тасвирҳо ба таври рақамӣ чен карда шуданд.
Микроскопи қувваи атомии Dimension FastScan Bio Icon (Брукер Нано, Санта Барбара, Калифорния, ИМА) бо режими "PeakForce QNM дар моеъ" барои визуалӣ ва наноиндетант кардани намунаҳои лехфилкон A CL, субстрати SiHy ва PAAm гидрогел истифода шуд.Барои таҷрибаҳои тасвирӣ, зонд PEAKFORCE-HIRS-FA (Брукер) бо радиуси номиналии нм барои гирифтани тасвирҳои баландсифати намуна бо суръати скании 0,50 Гц истифода шуд.Ҳама тасвирҳо дар маҳлули обӣ гирифта шудаанд.
Таҷрибаҳои наноиндентатсияи AFM бо истифода аз зонд PFQNM-LC-A-CAL (Брукер) гузаронида шуданд.Зонд AFM дорои нӯги кремний дар контиливери нитриди 345 нм ғафсӣ, 54 мкм дарозӣ ва 4,5 мкм паҳнои басомади резонанси 45 кГц мебошад.Он махсус барои тавсиф ва иҷрои ченакҳои миқдории наномеханикӣ дар намунаҳои нарми биологӣ тарҳрезӣ шудааст.Датчикҳо дар завод бо танзимоти пружинии қаблан калибршуда калибр карда мешаванд.Константаҳои пружинаи зондҳои дар ин тадқиқот истифодашуда дар ҳудуди 0,05-0,1 Н/м буданд.Барои дақиқ муайян кардани шакл ва андозаи нӯги зонд бо истифода аз SEM муфассал тавсиф карда шуд.Дар расм.Тасвири 1а як микрографи электронии сканерии зонди PFQNM-LC-A-CAL-ро нишон медиҳад, ки ҳалли ҳамаҷонибаи тарҳи зондро таъмин мекунад.Дар расм.1b намуди васеъшудаи болои нӯги зондро нишон медиҳад, ки дар бораи шакл ва андозаи нӯг маълумот медиҳад.Дар охири ниҳоии сӯзан нимкураи диаметраш тақрибан 140 нм мебошад (расми 1в).Дар поёнтар аз ин нӯг ба шакли конусӣ меафтад ва ба дарозии ченшуда тақрибан ба 500 нм мерасад.Берун аз минтақаи буриш, нӯги силиндрӣ буда, дар дарозии умумии нӯги 1,18 мкм ба охир мерасад.Ин қисми асосии функсионалии нӯги зонд аст.Илова бар ин, барои озмоиш ҳамчун зондҳои коллоидӣ як зонди калони полистироли сферӣ (PS) (Novascan Technologies, Inc., Boone, Айова, ИМА) бо диаметри нӯги 45 мкм ва доимии пружинаи 2 Н/м низ истифода шуд.бо PFQNM-LC-A-CAL 140 нм зонд барои муқоиса.
Гузориш шудааст, ки моеъро дар байни зонд AFM ва сохтори хаси полимерӣ ҳангоми наноиндентатсия банд кардан мумкин аст, ки он ба зонд AFM пеш аз он ки воқеан ба сатҳи он расад, қувваи болоро ба амал меорад69.Ин таъсири экструзияи часпак аз сабаби нигоҳ доштани моеъ метавонад нуқтаи намоёни тамосро тағир диҳад ва ба ин васила ба андозагирии модули рӯизаминӣ таъсир расонад.Барои омӯзиши таъсири геометрияи зонд ва суръати дарунравӣ ба нигоҳдории моеъ, каҷҳои қувваи қаҳва барои намунаҳои lehfilcon A CL бо истифода аз зонд диаметри 140 нм бо суръати доимии ҷобаҷогузории 1 мкм/с ва 2 мкм/с кашида шуданд.диаметри зонд 45 мкм, танзими қувваи собит 6 nN дар 1 мкм/с.Таҷрибаҳо бо зонд, ки диаметраш 140 нм аст, бо суръати дарунравӣ 1 мкм/с ва қувваи муқарраршудаи 300 pN гузаронида шуданд, ки барои эҷоди фишори тамос дар доираи физиологии (1-8 кПа) пилки болоии чашм интихоб шудаанд.фишор 72. Намунаҳои нарми тайёри гидрогели PAA бо фишори 1 кПа барои қувваи 50 pN бо суръати 1 мкм/с бо истифода аз зонд бо диаметри 140 нм озмуда шуданд.
Азбаски дарозии қисми конусии нӯги зондҳои PFQNM-LC-A-CAL тақрибан 500 нм аст, барои ҳама гуна умқи чуқурии < 500 нм, метавон боварӣ дошт, ки геометрияи зонд ҳангоми воридшавӣ ба қафои он содиқ мемонад. шакли конус.Илова бар ин, тахмин карда мешавад, ки сатҳи маводи мавриди санҷиш қарордошта аксуламали тағйирпазирро нишон медиҳад, ки он дар бахшҳои зерин низ тасдиқ карда мешавад.Аз ин рӯ, вобаста ба шакл ва андозаи нӯг, мо модели мувофиқи конус-сфераро интихоб кардем, ки аз ҷониби Briscoe, Sebastian ва Adams таҳия шудааст, ки дар нармафзори фурӯшанда мавҷуд аст, барои коркарди таҷрибаҳои наноиндентатсия дар AFM (NanoScope).Нармафзори таҳлили маълумотҳои ҷудокунӣ, Bruker) 73. Модел муносибати қувваи ҷобаҷокунии F(δ)-ро барои конус бо нуқси қуллаи курашакл тавсиф мекунад.Дар расм.Дар расми 2 геометрияи тамос ҳангоми таъсири мутақобилаи конуси сахт бо нӯги курашакл нишон дода шудааст, ки дар он R радиуси нӯги сферикӣ, а радиуси тамос, b радиуси тамос дар охири нӯги сферикӣ, δ радиуси тамос.чуқурии дарунравӣ, θ нисфи кунҷи конус аст.Тасвири SEM-и ин зонд равшан нишон медиҳад, ки нӯги кураи диаметраш 140 нм ба таври тангенсиалӣ ба конус муттаҳид мешавад, бинобар ин дар ин ҷо b танҳо тавассути R муайян карда мешавад, яъне b = R cos θ.Нармафзори аз ҷониби фурӯшанда таъминшуда муносибати конус-сфераро барои ҳисоб кардани арзишҳои модули Янг (E) аз маълумоти ҷудокунии қувва бо назардошти a > b таъмин мекунад.Муносибат:
ки дар он F – қувваи дарунравӣ, E – модули Янг, ν – таносуби Пуассон.Радиуси алоқаи a-ро метавон бо истифода аз:
Схемаи геометрияи контактии конуси сахт бо нӯги сферикӣ ба маводи линзаи контактии Лефилкон бо қабати рӯизаминии щеткаҳои полимерии шохадор пахш карда шудааст.
Агар a ≤ b бошад, муносибат ба муодилаи индентери анъанавии сферикӣ коҳиш меёбад;
Мо боварӣ дорем, ки таъсири мутақобилаи зондӣ бо сохтори шохаҳои щеткаи полимерии PMPC боиси радиуси алоқаи a аз радиуси сферикии b зиёдтар мешавад.Аз ин рӯ, барои ҳама андозагирии миқдории модули чандирӣ, ки дар ин таҳқиқот анҷом дода шудааст, мо вобастагии барои ҳолати a > b гирифташударо истифода бурдем.
Маводҳои биомиметикии ултрасофт, ки дар ин таҳқиқот омӯхта шудаанд, бо истифода аз микроскопияи электронии интиқоли электронӣ (STEM) қисмати намуна ва микроскопияи қувваи атомӣ (AFM) рӯи ҳамаҷониба тасвир карда шуданд.Ин тавсифи муфассали рӯизаминӣ ҳамчун тавсеаи кори қаблан нашршудаи мо анҷом дода шуд, ки дар он мо муайян кардем, ки сохтори хасу полимерии динамикӣ шохашудаи сатҳи lehfilcon A CL-и PMPC тағир додашуда хосиятҳои механикии шабеҳро ба бофтаи corneal модарӣ 14 нишон дод.Аз ин сабаб, мо сатҳи линзаҳои контактиро ҳамчун маводи биомиметикӣ меномем14.Дар расм.3a, b бахшҳои салибҳои сохторҳои хасу полимерии шохаҳои PMPC-ро дар сатҳи як субстрати лехфилкон A CL ва субстрати коркарднашудаи SiHy нишон медиҳанд.Сатҳи ҳарду намунаҳо минбаъд бо истифода аз тасвирҳои баландсифати AFM таҳлил карда шуданд, ки минбаъд натиҷаҳои таҳлили STEM-ро тасдиқ карданд (расми 3c, d).Якҷоя гирифта, ин тасвирҳо дарозии тахминии сохтори шохаҳои полимерии PMPC-ро дар 300-400 нм медиҳанд, ки барои тафсири андозагирии наноиндентатсия AFM муҳим аст.Мушоҳидаи дигари калидӣ, ки аз тасвирҳо ба даст омадааст, ин аст, ки сохтори сатҳи умумии маводи биомиметикии CL аз ҷиҳати морфологӣ аз маводи субстрати SiHy фарқ мекунад.Ин фарқият дар морфологияи сатҳи онҳо метавонад ҳангоми ҳамкории механикии онҳо бо зондҳои AFM ва баъдан дар арзишҳои модули ченшуда аён гардад.
Тасвирҳои буридашудаи STEM аз (а) lehfilcon A CL ва (б) субстрати SiHy.Бари миқёс, 500 нм.Тасвирҳои AFM аз сатҳи субстрати lehfilcon A CL (c) ва заминаи SiHy (d) (3 мкм × 3 мкм).
Полимерҳои биоинсофшуда ва сохторҳои хасу полимерӣ табиатан нарм мебошанд ва ба таври васеъ омӯхта ва дар барномаҳои гуногуни биотиббӣ истифода шудаанд74,75,76,77.Аз ин рӯ, истифодаи усули наноиндентатсияи AFM муҳим аст, ки метавонад хосиятҳои механикии онҳоро дақиқ ва боэътимод чен кунад.Аммо дар айни замон, хосиятҳои беназири ин маводҳои ултра нарм, ба монанди модули чандирии хеле паст, миқдори зиёди моеъ ва чандирии баланд, аксар вақт интихоби дурусти мавод, шакл ва шакли зондро душвор мегардонанд.андоза.Ин барои он муҳим аст, ки индентер сатҳи нарми намунаро сӯрох накунад, ки ин боиси хатогиҳо дар муайян кардани нуқтаи тамос бо сатҳ ва майдони тамос мегардад.
Барои ин, фаҳмиши ҳамаҷонибаи морфологияи маводи биомиметикии ултра нарм (lehfilcon A CL) муҳим аст.Маълумот дар бораи андоза ва сохтори щеткаҳои полимерии шохадор, ки бо усули тасвирӣ ба даст оварда шудаанд, барои тавсифи механикии сатҳ бо истифода аз усулҳои наноиндентатсияи AFM замина фароҳам меорад.Ба ҷои зондҳои коллоидии сферии микрон, мо зондҳои нитриди кремнийи PFQNM-LC-A-CAL (Брукер)-ро бо диаметри нӯги 140 нм интихоб кардем, ки махсус барои харитаи миқдории хосиятҳои механикии намунаҳои биологӣ тарҳрезӣ шудааст 78, 79, 80 , 81, 82, 83, 84 Асоси истифодаи зондҳои нисбатан тезро дар муқоиса бо зондҳои анъанавии коллоидӣ бо хусусиятҳои сохтории мавод шарҳ додан мумкин аст.Муқоисаи андозаи нӯги зонд (~140 нм) бо щеткаҳои полимерии шохадор дар рӯи CL lehfilcon A, ки дар расми 3a нишон дода шудааст, ба хулосае омадан мумкин аст, ки нӯги ба қадри кофӣ калон аст, ки бо ин сохторҳои хасу бевосита тамос гирад. имконияти сӯрох кардани нӯги тавассути онҳо кам мекунад.Барои нишон додани ин нукта, дар расми 4 тасвири STEM-и lehfilcon A CL ва нӯги дарунравии зонд AFM (бо миқёс кашида шудааст) оварда шудааст.
Схематикӣ нишон медиҳад, ки тасвири STEM-и lehfilcon A CL ва зонд дар ACM (ба миқёс кашида шудааст).
Илова бар ин, андозаи нӯги 140 нм ба қадри кофӣ хурд аст, то аз хатари ҳама гуна эффектҳои экструзияи часпанда, ки қаблан барои щеткаҳои полимерӣ бо усули наноиндетатсияи CP-AFM истеҳсол шуда буданд69,71 гузориш дода шуда буданд, пешгирӣ карда шавад.Мо тахмин мезанем, ки аз сабаби шакли махсуси конус-сферӣ ва андозаи нисбатан хурди ин нӯги AFM (расми 1), табиати каҷи қувваи тавлидшуда аз ҷониби lehfilcon A CL nanoindentation аз суръати дарунравӣ ё суръати боркунӣ/борфарорӣ вобаста нахоҳад буд. .Аз ин рӯ, ба он таъсири пороэластикӣ таъсир намерасонад.Барои санҷидани ин гипотеза, намунаҳои lehfilcon A CL бо қувваи максималии собит бо истифода аз зонд PFQNM-LC-A-CAL, вале бо ду суръати гуногун ворид карда шуданд ва каҷҳои қувваи кашиш ва кашиш дар натиҷа барои нақшаи қувва (nN) истифода шуданд. дар ҷудокунӣ (мкм) дар расми 5а нишон дода шудааст.Равшан аст, ки каҷҳои қувва ҳангоми боркунӣ ва борфарорӣ комилан ба ҳам мепайвандад ва далели возеҳе вуҷуд надорад, ки буриши қувва дар чуқурии сифрӣ бо суръати дарунравӣ дар расм афзоиш меёбад ва аз он шаҳодат медиҳад, ки унсурҳои алоҳидаи хас бе таъсири пороэластикӣ тавсиф карда шудаанд.Баръакси ин, эффектҳои нигоҳдории моеъ (экструзияи часпак ва таъсири пороэластикӣ) барои зондҳои AFM-и диаметри 45 мкм бо суръати якхела зоҳир мешаванд ва бо гистерезис байни каҷҳои кашиш ва кашиш, тавре ки дар расми 5b нишон дода шудааст, таъкид карда мешаванд.Ин натиҷаҳо гипотезаро дастгирӣ мекунанд ва нишон медиҳанд, ки зондҳои диаметри 140 нм интихоби хуб барои тавсифи чунин сатҳи нарм мебошанд.
lehfilcon A каҷҳои қувваи indentation CL бо истифода аз ACM;$А) бо истифода аз зонд бо диаметри 140 нм дар ду суръати боркунї, ки набудани таъсири пороэластикиро њангоми фурў рафтани сатњ нишон медињад;(б) бо истифода аз зондҳои диаметри 45 мкм ва 140 нм.с таъсири экструзияи часпак ва пороэластикиро барои зондҳои калон дар муқоиса бо зондҳои хурдтар нишон медиҳанд.
Барои тавсифи сатҳи ултрасофт, усулҳои наноиндетатсияи AFM бояд беҳтарин санҷишро барои омӯзиши хосиятҳои маводи мавриди омӯзиш дошта бошанд.Илова ба шакл ва андозаи нӯг, ҳассосияти системаи детектори AFM, ҳассосият ба каҷшавии нӯг дар муҳити санҷиш ва сахтии кантилвер дар муайян кардани дақиқӣ ва эътимоднокии наноиндентатсия нақши муҳим доранд.андозагирӣ.Барои системаи AFM-и мо, маҳдудияти детектори ҳассоси мавқеъ (PSD) тақрибан 0,5 мВ аст ва ба суръати пешакии баҳор ва ҳассосияти ҳисобшудаи каҷравии моеъи зонд PFQNM-LC-A-CAL асос ёфтааст, ки ба ҳассосияти сарбории назариявӣ.камтар аз 0,1 pN аст.Аз ин рӯ, ин усул имкон медиҳад, ки ҳадди ақали қувваи дарунравӣ ≤ 0,1 pN бе ягон ҷузъи садои периферӣ андоза карда шавад.Аммо, барои як системаи AFM кам кардани садои перифериро ба ин сатҳ аз сабаби омилҳое ба монанди ларзиши механикӣ ва динамикаи моеъ қариб ғайриимкон аст.Ин омилҳо ҳассосияти умумии усули наноиндентатсияи AFM-ро маҳдуд мекунанд ва инчунин ба сигнали садои пасзаминаи тақрибан ≤ 10 pN оварда мерасонанд.Барои тавсифи рӯизаминӣ, намунаҳои субстрати lehfilcon A CL ва SiHy дар шароити пурра гидратонидашуда бо истифода аз зонд 140 нм барои тавсифи SEM ворид карда шуданд ва каҷҳои қувваи натиҷавӣ байни қувва (pN) ва фишор ҷойгир карда шуданд.Нақшаи ҷудокунӣ (мкм) дар расми 6а нишон дода шудааст.Дар муқоиса бо субстрати пойгоҳи SiHy, каҷи қувваи lehfilcon A CL як марҳилаи гузаришро аз нуқтаи тамос бо хасу полимери форвард оғоз ёфта, бо тағирёбии якбора дар тамоси аломатгузории нишебии нӯг бо маводи асосӣ ба анҷом мерасонад.Ин қисми гузариши каҷи қувва рафтори воқеии чандирии хасу полимерии шохадорро дар рӯи рӯи он нишон медиҳад, ки ин аз каҷи фишурдашавӣ аз наздик пас аз каҷи шиддат ва тафовут дар хосиятҳои механикӣ байни сохтори хасу маводи бузурги SiHy шаҳодат медиҳад.Ҳангоми муқоисаи лефилкон.Ҷудо кардани дарозии миёнаи щеткаи полимерии шохадор дар тасвири STEM-и PCS (расми 3а) ва каҷи қувваи он дар қад-қади абсцисса дар расми 3а.6а ин усул нишон дода мешавад, ки нуги ва полимери шохадор, ки ба худи болои сатх мерасад, ошкор карда метавонад.Тамос байни сохторҳои хасу.Илова бар ин, такрори наздики хатҳои қувва нишон медиҳад, ки таъсири нигоҳдории моеъ вуҷуд надорад.Дар ин ҳолат, дар байни сӯзан ва сатҳи намуна комилан ҳеҷ гуна часпак вуҷуд надорад.Қисмҳои болоии каҷҳои қувва барои ду намуна ба ҳам мепайванданд, ки шабеҳи хосиятҳои механикии маводи зерсохтро инъикос мекунанд.
(а) Каҷҳои қувваи наноиндентатсияи AFM барои субстратҳои lehfilcon A CL ва субстратҳои SiHy, (б) каҷҳои қувва, ки баҳодиҳии нуқтаи тамосро бо истифода аз усули ҳадди садои замина нишон медиҳанд.
Барои омӯхтани ҷузъиёти дақиқи хатти қувва, хатти кашиши намунаи лехфилкон A CL дар расми 6б бо қувваи максималии 50 pN дар қад-қади меҳвари Y аз нав кашида шудааст.Ин диаграмма маълумоти муҳимро дар бораи садои пасзаминаи аслӣ медиҳад.Садо дар ҳудуди ±10 pN аст, ки барои дақиқ муайян кардани нуқтаи тамос ва ҳисоб кардани чуқурии қафо истифода мешавад.Тавре ки дар адабиёт гузориш дода шудааст, муайян кардани нуқтаҳои тамос барои баҳодиҳии дақиқи хосиятҳои моддӣ ба монанди модули85 муҳим аст.Муносибати коркарди автоматии маълумоти каҷи қувва мувофиқати беҳтари байни мувофиқати додаҳо ва андозагирии миқдорӣ барои маводи нармро нишон дод86.Дар ин кор интихоби мо нуктаҳои тамос нисбатан содда ва объективӣ аст, аммо маҳдудиятҳои худро дорад.Муносибати консервативии мо барои муайян кардани нуқтаи тамос метавонад боиси арзишҳои модули каме аз ҳад зиёд баҳо додашуда барои чуқуриҳои хурдтар (< 100 нм) гардад.Истифодаи алгоритми муайянкунии нуқтаи тамос ва коркарди автоматии маълумот метавонад идомаи ин кор дар оянда барои боз ҳам такмил додани усули мо бошад.Ҳамин тариқ, барои садои пасзаминаи дохилӣ бо тартиби ±10 pN, мо нуқтаи тамосро ҳамчун нуқтаи аввалини маълумот дар меҳвари x дар расми 6b бо арзиши ≥10 pN муайян мекунем.Сипас, мувофиқи ҳадди садои 10 pN, хати амудӣ дар сатҳи ~ 0,27 мкм нуқтаи иртиботро бо сатҳи нишон медиҳад, ки пас аз он каҷи дарозкунӣ то он даме, ки субстрат ба чуқурии қаъри ~ 270 нм мувофиқат кунад, идома меёбад.Ҷолиб он аст, ки дар асоси андозаи хусусиятҳои хасу полимерии шохадор (300–400 нм), ки бо усули тасвирӣ чен карда шудааст, умқи дарунравии CL lehfilcon Намунае, ки бо усули ҳадди садои замина мушоҳида шудааст, тақрибан 270 нм аст, ки ба он хеле наздик аст. андозаи андозагирӣ бо STEM.Ин натиҷаҳо минбаъд мувофиқат ва татбиқи шакл ва андозаи нӯги зондҳои AFM-ро барои ворид кардани ин сохтори хасу полимерии хеле мулоим ва чандирии шохадор тасдиқ мекунанд.Ин маълумот инчунин далелҳои қавӣ барои дастгирии усули мо дар бораи истифодаи садои замина ҳамчун остона барои муайян кардани нуқтаҳои тамос пешниҳод мекунад.Ҳамин тариқ, ҳама гуна натиҷаҳои миқдорӣ, ки аз моделсозии математикӣ ва васлкунии каҷи қувва ба даст омадаанд, бояд нисбатан дақиқ бошанд.
Андозагирии миқдорӣ аз рӯи усулҳои наноиндентатсияи AFM комилан аз моделҳои математикие, ки барои интихоби маълумот ва таҳлили минбаъда истифода мешаванд, вобаста аст.Аз ин рӯ, пеш аз интихоби модели мушаххас ҳама омилҳои марбут ба интихоби индентер, хосиятҳои моддӣ ва механикаи таъсири мутақобилаи онҳоро ба назар гирифтан муҳим аст.Дар ин ҳолат, геометрияи нӯг бо истифода аз микрографҳои SEM бодиққат тавсиф карда шуд (расми 1) ва дар асоси натиҷаҳо, зондҳои наноинденткунии диаметри 140 нм AFM бо конуси сахт ва геометрияи нӯги сферикӣ интихоби хуб барои тавсифи намунаҳои lehfilcon A CL79 мебошад. .Омили дигари муҳиме, ки бояд бодиққат арзёбӣ карда шавад, чандирии маводи полимерии санҷидашаванда мебошад.Гарчанде дар маълумотхои ибтидоии наноиндентация (расмхои 5а ва 6а) хусусиятхои ба хам омадани хатхои кашиш ва фишурдашавй, яъне баркарор намудани пурраи чандирии материалхо равшан нишон дода шуда бошад хам, тасдик намудани характери соф чандирии контактхо нихоят мухим аст. .Бо ин мақсад, дар як макон дар сатҳи намунаи lehfilcon A CL бо суръати 1 мкм/с дар шароити пурраи гидрататсия ду гиреҳи пайдарпай анҷом дода шуд.Маълумоти каҷи қувваи натиҷа дар расм нишон дода шудааст.7 ва тавре ки интизор мерафт, каҷҳои васеъшавӣ ва фишурдани ду чоп тақрибан якхелаанд, ки чандирии баланди сохтори хасу полимерии шохадорро таъкид мекунанд.
Ду хати каҷи қувваи дарунравӣ дар як ҷой дар рӯи лехфилкон A CL чандирии идеалии сатҳи линзаро нишон медиҳанд.
Бар асоси иттилооте, ки аз тасвирҳои SEM ва STEM-и нӯги зонд ва сатҳи lehfilcon A CL ба даст оварда шудааст, мутаносибан модели конус-сфера ифодаи оқилонаи математикии таъсири мутақобилаи байни нӯги зонд AFM ва маводи полимерии нарми озмудашаванда мебошад.Илова бар ин, барои ин модели конус-сфера, фарзияҳои бунёдӣ дар бораи хосиятҳои чандирии маводи чопшуда барои ин маводи нави биомиметикӣ дурустанд ва барои миқдори модули чандирӣ истифода мешаванд.
Пас аз арзёбии ҳамаҷонибаи усули наноиндентатсияи AFM ва ҷузъҳои он, аз ҷумла хосиятҳои зондӣ (шакл, андоза ва сахтии баҳор), ҳассосият (садои замина ва баҳодиҳии нуқтаи тамос) ва моделҳои мувофиқи маълумот (ченкуниҳои модули миқдорӣ), усул истифода бурда мешавад.тавсифи намунаҳои ултра-нарм дар тиҷорат дастрас барои тафтиши натиҷаҳои миқдорӣ.Гидрогели тиҷории полиакриламиди (PAAM) бо модули чандирии 1 кПа дар шароити гидратшуда бо истифода аз зонд 140 нм озмуда шуд.Тафсилоти санҷиш ва ҳисобҳои модул дар Маълумоти иловагӣ оварда шудааст.Натиҷаҳо нишон доданд, ки модули миёнаи ченшуда 0,92 кПа ва %RSD ва фоиз (%) аз модули маълум камтар аз 10% буд.Ин натиҷаҳо дақиқӣ ва такроршавандагии усули наноиндетатсияи AFM-ро тасдиқ мекунанд, ки дар ин кор барои чен кардани модулҳои маводи ултрасофт истифода мешаванд.Сатҳи намунаҳои lehfilcon A CL ва субстрати пойгоҳи SiHy минбаъд бо истифода аз ҳамон усули наноиндентатсияи AFM барои омӯзиши модули контактии сатҳи ултрасофт ҳамчун функсияи умқи дандон тавсиф карда шуданд.Барои се намунаи ҳар як намуд (n = 3; як гиреҳ дар як намуна) бо қувваи 300 pN, суръати 1 мкм/с ва гидратсияи пурра хатҳои ҷудокунии қувваи дарунӣ тавлид карда шуданд.Каҷи тақсими қувваи дарунравӣ бо истифода аз модели конус-сфера тахмин карда шуд.Барои ба даст овардани модули вобаста ба умқи каҷ, як қисми васеи 40 нм хати каҷи қувва дар ҳар як афзоиши 20 нм аз нуқтаи тамос сар карда ва арзишҳои ченкунии модул дар ҳар як қадами каҷи қувва муқаррар карда шуд.Spin Cy ва дигарон.Равиши шабеҳ барои тавсифи градиенти модули щеткаҳои полимерии поли(лаурил метакрилат) (P12MA) бо истифода аз наноиндентатсияи коллоидии зонд AFM истифода шудааст ва онҳо бо маълумот бо истифода аз модели тамос Ҳертс мувофиқанд.Ин равиш нақшаи модули намоёни тамос (кПа) ва умқи қафо (нм) -ро таъмин мекунад, тавре ки дар расми 8 нишон дода шудааст, ки модули намоёни тамос/градиенти амиқро нишон медиҳад.Модули чандирии ҳисобшудаи намунаи CL lehfilcon A дар ҳудуди 2–3 кПа дар 100 нм болоии намуна ҷойгир аст, ки берун аз он бо умқи он афзоиш меёбад.Аз тарафи дигар, ҳангоми санҷиши субстрати пойгоҳи SiHy бе филми монанди хасу рӯи рӯи он, умқи ҳадди ниҳоии дарунравӣ дар қувваи 300 pN камтар аз 50 нм аст ва арзиши модули аз маълумот гирифташуда тақрибан 400 кПа аст. , ки онро бо арзишҳои модули Янг барои маводи оммавӣ муқоиса кардан мумкин аст.
Модули зоҳирии тамос (кПа) ва умқи индентатсия (нм) барои субстратҳои lehfilcon A CL ва SiHy бо истифода аз усули наноиндентатсияи AFM бо геометрияи конус-сфера барои чен кардани модул.
Сатҳи болоии сохтори шохаҳои полимерии биомиметикии нав модули чандирии хеле пастро (2–3 кПа) нишон медиҳад.Ин ба охири овезон озоди хаси полимерии форвард мувофиқ хоҳад буд, тавре ки дар тасвири STEM нишон дода шудааст.Дар ҳоле ки баъзе далелҳои градиенти модул дар канори берунии CL мавҷуд аст, субстрати асосии модули баланд таъсирбахштар аст.Аммо, 100 нм болоии сатҳ дар ҳудуди 20% дарозии умумии хасу полимерии шохадор ҷойгир аст, аз ин рӯ тахмин кардан оқилона аст, ки арзишҳои ченкунии модул дар ин диапазони чуқурии қафо нисбатан дақиқанд ва сахт нестанд. ба таъсири объекти поён вобаста аст.
Аз сабаби тарҳи беназири биомиметикии линзаҳои контактии lehfilcon A, ки аз сохторҳои шохаҳои щеткаи полимерии PMPC, ки ба рӯи субстратҳои SiHy пайванд карда шудаанд, иборатанд, ба таври эътимодбахш тавсиф кардани хосиятҳои механикии сохторҳои рӯизаминӣ бо истифода аз усулҳои анъанавии андозагирӣ хеле душвор аст.Дар ин ҷо мо як усули пешрафтаи наноиндетатсияи AFM-ро барои дақиқ тавсиф кардани маводи ултра нарм ба монанди lefilcon A бо миқдори зиёди об ва чандирии хеле баланд пешниҳод мекунем.Ин усул ба истифодаи зонд AFM асос ёфтааст, ки андоза ва геометрияи нӯги он бодиққат барои мувофиқ кардани андозаҳои сохтории хусусиятҳои сатҳи ултра нарм интихоб карда мешаванд.Ин омезиши андозаҳои байни зонд ва сохтор ҳассосияти баландро таъмин мекунад, ки ба мо имкон медиҳад, ки модули паст ва хосиятҳои чандирии элементҳои шохаҳои полимерии шохаро сарфи назар аз таъсири пороэластикӣ чен кунем.Натиҷаҳо нишон доданд, ки щеткаҳои полимерии шохаҳои беназири PMPC, ки ба сатҳи линзаҳо хосанд, ҳангоми озмоиш дар муҳити обӣ модули чандирии хеле паст (то 2 кПа) ва чандирии хеле баланд (қариб 100%) доранд.Натиҷаҳои наноиндентатсияи AFM инчунин ба мо имкон доданд, ки модули контактӣ/градиенти амиқ (30 кПа/200 нм) сатҳи линзаи биомиметикиро тавсиф кунем.Ин градиент метавонад аз фарқияти модули байни щеткаҳои полимерии шохадор ва субстрати SiHy ё сохтори шохадор/зичии щеткаҳои полимерӣ ё омезиши онҳо бошад.Бо вуҷуди ин, барои пурра дарк кардани робитаи байни сохтор ва хосиятҳо, махсусан таъсири шохаҳои хасу ба хосиятҳои механикӣ, таҳқиқоти минбаъдаи амиқ лозим аст.Андозаҳои шабеҳ метавонанд хосиятҳои механикии сатҳи дигар маводҳои ултра нарм ва дастгоҳҳои тиббиро тавсиф кунанд.
Маҷмӯаҳои маълумоте, ки дар ҷараёни омӯзиши ҷорӣ тавлид ва/ё таҳлил шудаанд, аз муаллифони мувофиқ бо дархости асоснок дастрас мебошанд.
Раҳмати, М., Силва, EA, Reselland, JE, Hayward, K. ва Haugen, HJ Реаксияҳои биологӣ ба хосиятҳои физикӣ ва химиявии сатҳи биоматериалҳо.химиявй.чамъият.Эд.49, 5178–5224 (2020).
Чен, ФМ ва Лю, X. Такмили биоматериалхои аз дасти одам гирифташуда барои муҳандисии бофта.барномасозӣ.полимер.илм.53, 86 (2016).
Садтлер, К.Тарҳрезӣ, татбиқи клиникӣ ва вокуниши иммунии биоматериалҳо дар тибби барқароршаванда.Миллии Мат Ваҳй 1, 16040 (2016).
Оливер ВК ва Фарр Г.М. Усули мукаммали муайян кардани сахтӣ ва модули чандирӣ бо истифода аз таҷрибаҳои дарунравӣ бо андозагирии сарборӣ ва ҷойивазкунӣ.J. Алма матер.зарфи нигоҳдорӣ.7, 1564–1583 (2011).
Уолли, SM Сарчашмаҳои таърихии санҷиши сахтии дарунравӣ.алмаматер.илм.технология.28, 1028–1044 (2012).
Бройтман, E. Андозагирии сахтии дарунравӣ дар макро-, микро- ва наномасштаб: Баррасии интиқодӣ.қабила.Райт.65, 1–18 (2017).
Кауфман, ҶД ва Клапперич, SM Хатогиҳои ошкоркунии рӯизаминӣ боиси аз ҳад зиёд баҳодиҳии модул дар наноиндентатсияи маводи нарм мегардад.J. Меча.Рафтор.Илми биотиббӣ.алмаматер.2, 312–317 (2009).
Каримзода А., РСС Колоор, Оятуллохй МР, Бушроа А.Р ва Яхьё М.Ю.Арзёбии усули наноиндентатсия барои муайян кардани хусусиятҳои механикии нанокомпозитҳои гетерогенӣ бо истифода аз усулҳои таҷрибавӣ ва ҳисоббарорӣ.илм.Хонаи 9, 15763 (2019).
Лю, К., ВанЛендингем, MR, ва Оварт, TS. Тавсифи механикии гелҳои мулоими часпакӣ тавассути воридшавӣ ва таҳлили унсурҳои ниҳоии баръакс дар асоси оптимизатсия.J. Меча.Рафтор.Илми биотиббӣ.алмаматер.2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J ва Chaneler D. Оптимизатсияи муайянкунии часпакӣ бо истифода аз системаҳои андозагирии мувофиқ.Маводи нарм 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. ва Pellillo, E. Nanoindentation сатҳи полимерӣ.J. Физика.D. Аз фанни физика ҳуҷҷат супоред.31, 2395 (1998).
Мияилович А.С., Цин Б., Фортунато Д. ва Ван Влиет КҶ. Характеристикаи хосиятҳои механикии часпакии полимерҳои чандирини баланд ва бофтаҳои биологӣ бо истифода аз пошхӯрии зарба.Маҷаллаи биоматериалҳо.71, 388–397 (2018).
Перепелкин Н.В., Ковалев А.Е., Горб С.Н., Бородич Ф.М. Арзёбии модули эластикӣ ва кори адгезионии маводи нарм бо усули васеъшудаи Бородич-Галанов (БГ) ва чуқурии амиқ.курку.алмаматер.129, 198–213 (2019).
Ши, X. ва дигарон.Морфологияи наномикёс ва хосиятҳои механикии сатҳҳои полимерии биомиметикии линзаҳои контактии силикон гидрогели.Лангмюр 37, 13961–13967 (2021).