Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com.Tha thu a’ cleachdadh dreach brobhsair le taic CSS cuibhrichte.Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brobhsair ùraichte (no cuir à comas Modh Co-chòrdalachd ann an Internet Explorer).A bharrachd air an sin, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, bidh sinn a 'sealltainn an làrach gun stoidhlichean agus JavaScript.
A’ taisbeanadh carousel de thrì sleamhnagan aig an aon àm.Cleachd na putanan Roimhe agus Air adhart gus gluasad tro thrì sleamhnagan aig an aon àm, no cleachd na putanan sleamhnag aig an deireadh gus gluasad tro thrì sleamhnagan aig an aon àm.
Le leasachadh stuthan ultra-bhog ùr airson innealan meidigeach agus tagraidhean bith-mheidigeach, tha comharrachadh farsaing de na feartan corporra agus meacanaigeach aca cudromach agus dùbhlanach.Chaidh innleachd nanoindentation microscopaidh feachd atamach atharraichte (AFM) a chuir an sàs gus modal uachdar ìosal an lehfilcon ùr a chomharrachadh Lionsa conaltraidh hydrogel biomimetic silicone còmhdaichte le còmhdach de structaran bruis polymer branrach.Tha an dòigh seo a’ ceadachadh puingean conaltraidh a dhearbhadh gu mionaideach gun bhuaidhean eas-tharraing slaodach nuair a thig thu faisg air polymers brangach.A bharrachd air an sin, tha e ga dhèanamh comasach feartan meacanaigeach eileamaidean bruis fa leth a dhearbhadh gun bhuaidh poroelasticity.Tha seo air a choileanadh le bhith a’ taghadh probe AFM le dealbhadh (meud tip, geoimeatraidh agus ìre earraich) a tha gu sònraichte freagarrach airson feartan stuthan bog agus sampallan bith-eòlasach a thomhas.Bidh an dòigh seo a’ leasachadh cugallachd agus mionaideachd airson tomhas ceart de stuth fìor bhog lehfilcon A, aig a bheil modulus fìor ìosal de elasticity air an uachdar (suas ri 2 kPa) agus elasticity fìor àrd anns an àrainneachd uisgeach a-staigh (faisg air 100%) .Chan e a-mhàin gun do nochd toraidhean an sgrùdaidh uachdar feartan uachdar ultra-bhog lionsa lehfilcon A, ach sheall iad cuideachd gu robh modulus nam bruisean polymer branrach an coimeas ri modal an t-substrate silicon-hydrogen.Faodar an dòigh caractar uachdar seo a chuir an sàs ann an stuthan ultra-bhog eile agus innealan meidigeach.
Bidh feartan meacanaigeach stuthan a tha air an dealbhadh airson conaltradh dìreach le stuth beò gu tric air an dearbhadh leis an àrainneachd bith-eòlasach.Tha maids foirfe de na feartan stuthan sin a’ cuideachadh le bhith a’ coileanadh nam feartan clionaigeach a tha a dhìth air an stuth gun a bhith ag adhbhrachadh droch fhreagairtean ceallach1,2,3.Airson mòr-stuthan aon-ghnèitheach, tha comharrachadh feartan meacanaigeach gu ìre mhath furasta air sgàth gu bheil modhan àbhaisteach agus modhan deuchainn rim faighinn (me, microindentation4,5,6).Ach, airson stuthan ultra-bhog leithid gels, hydrogels, biopolymers, ceallan beò, msaa, sa chumantas chan eil na dòighean deuchainn sin buntainneach air sgàth crìochan fuasglaidh tomhais agus neo-ghineachd cuid de stuthan7.Thar nam bliadhnaichean, chaidh dòighean indentation traidiseanta atharrachadh agus atharrachadh gus raon farsaing de stuthan bog a chomharrachadh, ach tha mòran dhòighean fhathast a’ fulang le fìor lochdan a tha a’ cuingealachadh an cleachdadh8,9,10,11,12,13.Tha dìth dhòighean deuchainn sònraichte a dh’ fhaodas feartan meacanaigeach stuthan supersoft agus sreathan uachdar a chomharrachadh gu ceart agus gu earbsach a ’cuingealachadh an cleachdadh ann an diofar thagraidhean.
Anns an obair a rinn sinn roimhe, thug sinn a-steach an lionsa conaltraidh lehfilcon A (CL), stuth bog ioma-ghnèitheach leis na feartan uachdar ultra-bhog a thàinig bho dhealbhaidhean a dh’ fhaodadh a bhith biomimetic air am brosnachadh le uachdar cornea na sùla.Chaidh am biomaterial seo a leasachadh le bhith a’ grafadh còmhdach polymer branrach, tar-cheangailte de poly (2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine (MPC)) (PMPC) air hydrogel silicone (SiHy) 15 air a dhealbhadh airson innealan meidigeach stèidhichte air.Bidh am pròiseas grafachaidh seo a’ cruthachadh còmhdach air an uachdar anns a bheil structar bruis polymeric branrach gu math bog agus gu math elastagach.Tha an obair a rinn sinn roimhe air dearbhadh gu bheil structar biomimetic lehfilcon A CL a’ toirt seachad feartan uachdar nas fheàrr leithid casg fliuchadh is salachar nas fheàrr, barrachd lubricity, agus lughdachadh adhesion cealla is bacterial15,16.A bharrachd air an sin, tha cleachdadh agus leasachadh an stuth biomimetic seo cuideachd a’ moladh leudachadh a bharrachd gu innealan bith-mheidigeach eile.Mar sin, tha e deatamach feartan uachdar an stuth ultra-bhog seo a chomharrachadh agus an eadar-obrachadh meacanaigeach leis an t-sùil a thuigsinn gus bunait eòlais coileanta a chruthachadh gus taic a thoirt do leasachaidhean agus tagraidhean san àm ri teachd.Tha a’ mhòr-chuid de lionsan conaltraidh SiHy a tha rim faighinn gu malairteach air an dèanamh suas de mheasgachadh aon-ghnèitheach de polymers hydrophilic agus hydrophobic a tha nan structar stuthan èideadh17.Chaidh grunn sgrùdaidhean a dhèanamh gus sgrùdadh a dhèanamh air na feartan meacanaigeach aca a’ cleachdadh modhan deuchainn teannachaidh, tensile agus microindentation traidiseanta18,19,20,21.Ach, tha an dealbhadh biomimetic ùr-nodha de lehfilcon A CL ga fhàgail na stuth heterogeneous gun samhail anns a bheil feartan meacanaigeach nan structaran bruis polymer branrach gu math eadar-dhealaichte bho fheartan an t-substrate bonn SiHy.Mar sin, tha e gu math duilich na feartan sin a thomhas gu ceart a’ cleachdadh dòighean àbhaisteach agus indentation.Tha dòigh gealltanach a’ cleachdadh an dòigh deuchainn nanoindentation a chaidh a chuir an gnìomh ann am microscopy feachd atamach (AFM), dòigh a chaidh a chleachdadh gus feartan meacanaigeach stuthan bog viscoelastic leithid ceallan bith-eòlasach agus maothran a dhearbhadh, a bharrachd air polymers bog22,23,24,25 .,26,27,28,29,30.Ann an nanoindentation AFM, tha bunaitean deuchainn nanoindentation air an cur còmhla ris na h-adhartasan as ùire ann an teicneòlas AFM gus barrachd cugallachd tomhais agus deuchainn a thoirt seachad air raon farsaing de stuthan a tha gu ìre mhòr supersoft31,32,33,34,35,36.A bharrachd air an sin, tha an teicneòlas a ’tabhann buannachdan cudromach eile tro bhith a’ cleachdadh diofar geoimeatraidh.indenter agus probe agus an comas deuchainn a dhèanamh ann an grunn mheadhanan liùlach.
Faodar nanoindentation AFM a roinn ann an trì prìomh phàirtean: (1) uidheamachd (mothachaidhean, lorgairean, probes, msaa);(2) crìochan tomhais (leithid feachd, gluasad, astar, meud rampa, msaa);(3) Giullachd dàta (ceartachadh bun-loidhne, tuairmse puing suathaidh, uidheamachadh dàta, modaladh, msaa).Is e duilgheadas mòr leis an dòigh seo gu bheil grunn sgrùdaidhean anns an litreachas a’ cleachdadh nanoindentation AFM ag aithris toraidhean cainneachdail gu math eadar-dhealaichte airson an aon sheòrsa sampall / cealla / stuth37,38,39,40,41.Mar eisimpleir, tha Lekka et al.Chaidh buaidh geoimeatraidh probe AFM air modulus tomhais Young de shamhlaichean de hydrogel aon-ghnèitheach agus ceallan heterogeneous a sgrùdadh agus a choimeas.Tha iad ag aithris gu bheil luachan modulus gu mòr an urra ri taghadh cantilever agus cumadh tip, leis an luach as àirde airson probe cumadh pioramaid agus an luach as ìsle de 42 airson probe spherical.San aon dòigh, tha Selhuber-Unkel et al.Chaidh a shealltainn mar a tha astar indenter, meud indenter agus tiugh de shampaill polyacrylamide (PAAM) a’ toirt buaidh air modulus Young air a thomhas le ACM43 nanoindentation.Is e feart toinnte eile an dìth stuthan deuchainn modulus àbhaisteach ìosal agus modhan deuchainn an-asgaidh.Tha seo ga dhèanamh gu math duilich toraidhean ceart fhaighinn le misneachd.Ach, tha an dòigh-obrach glè fheumail airson tomhasan coimeasach agus measaidhean coimeasach eadar seòrsaichean sampall coltach ris, mar eisimpleir a 'cleachdadh nanoindentation AFM gus eadar-dhealachadh a dhèanamh air ceallan àbhaisteach bho cheallan aillse 44, 45.
Nuair a bhios tu a’ dèanamh deuchainn air stuthan bog le nanoindentation AFM, is e riaghailt òrdail a bhith a’ cleachdadh probe le seasmhach earrach ìosal (k) a tha a’ maidseadh gu dlùth ris a’ mhodulus sampall agus tip hemispherical / cruinn gus nach bi a’ chiad probe a’ briseadh na h-uachdair sampall air a’ chiad conaltradh le stuthan bog.Tha e cuideachd cudromach gum bi an comharra sèididh a ghineadh an probe làidir gu leòr airson a bhith air a lorg leis an t-siostam lorgaire laser24,34,46,47.A thaobh ceallan heterogeneous ultra-bhog, nèapraigean agus gels, is e dùbhlan eile faighinn thairis air an fheachd adhesive eadar an probe agus uachdar an t-sampall gus dèanamh cinnteach à tomhasan ath-ghinte agus earbsach48,49,50.Gu ruige o chionn ghoirid, tha a’ mhòr-chuid de dh’ obair air naoindentation AFM air fòcas a chuir air sgrùdadh giùlan meacanaigeach cheallan bith-eòlasach, maothran, gels, hydrogels, agus biomolecules a’ cleachdadh probes spherical coimeasach mòr, ris an canar gu tric probes colloidal (CPn)., 47, 51, 52, 53, 54, 55. Tha radius de 1 gu 50 µm aig na molaidhean sin agus tha iad gu cumanta air an dèanamh le glainne borosilicate, polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), sileacon dà-ogsaid (SiO2) agus daoimean- mar carbon (DLC).Ged is e nanoindentation CP-AFM gu tric a’ chiad roghainn airson comharrachadh sampall bog, tha na duilgheadasan agus na crìochan aige fhèin.Bidh cleachdadh molaidhean spherical mòr, micron a ’meudachadh farsaingeachd conaltraidh iomlan a’ mhullaich leis an sampall agus a ’leantainn gu call mòr ann an rùn spàsail.Airson sampaill bog, neo-sheòrsach, far am faodadh feartan meacanaigeach eileamaidean ionadail a bhith gu math eadar-dhealaichte bhon chuibheasachd thairis air sgìre nas fharsainge, faodaidh indentation CP neo-ionannachd sam bith ann an togalaichean aig ìre ionadail a fhalach52.Mar as trice bidh probes colloidal air an dèanamh le bhith a’ ceangal raointean colloidal meud micron ri cantilvers gun tip a’ cleachdadh adhesives epoxy.Tha am pròiseas saothrachaidh fhèin làn de dhuilgheadasan agus faodaidh e leantainn gu neo-chunbhalachd ann am pròiseas calibration an sgrùdaidh.A bharrachd air an sin, tha meud agus tomad nam mìrean colloidal a’ toirt buaidh dhìreach air prìomh pharamadairean calibration an cantilever, leithid tricead athshondach, stiffness earraich, agus cugallachd sèididh56,57,58.Mar sin, is dòcha nach toir dòighean a chleachdar gu cumanta airson probes àbhaisteach AFM, leithid calibration teodhachd, calibration ceart airson CP, agus dh’ fhaodadh gum bi feum air dòighean eile gus na ceartachaidhean sin a dhèanamh57, 59, 60, 61. Bidh deuchainnean indentation CP àbhaisteach a’ cleachdadh claonaidhean mòra cantilever gu Dèan sgrùdadh air feartan sampallan bog, a tha a’ cruthachadh duilgheadas eile nuair a thathar a’ calibrachadh giùlan neo-shreathach an cantilever aig claonaidhean coimeasach mòr62,63,64.Mar as trice bidh modhan indentation probe colloidal an latha an-diugh a’ toirt aire do gheoimeatraidh an cantilever a thathas a’ cleachdadh gus an probe a chalpachadh, ach seachain buaidh gràinean colloidal, a chruthaicheas mì-chinnt a bharrachd a thaobh neo-mhearachdachd an dòigh38,61.Mar an ceudna, tha modulan elastagach air an tomhas le uidheamachadh modail conaltraidh gu dìreach an urra ri geoimeatraidh an probe indentation, agus faodaidh mì-chothromachadh eadar feartan uachdar tip agus sampall leantainn gu mearachd27, 65, 66, 67, 68. Beagan obair o chionn ghoirid le Spencer et al.Thathas a’ soilleireachadh na feartan air am bu chòir aire a thoirt nuair a thathar a’ comharrachadh bruisean bog polymer a’ cleachdadh an dòigh nanoindentation CP-AFM.Dh’ innis iad gu bheil a bhith a’ cumail lionn viscous ann am bruisean polymer mar ghnìomh astair a’ leantainn gu àrdachadh ann an luchdachadh cinn agus mar sin tomhasan eadar-dhealaichte de fheartan a tha an urra ri astar30,69,70,71.
Anns an sgrùdadh seo, tha sinn air modulus uachdar an stuth ultra-bhog lehfilcon A CL a chomharrachadh a’ cleachdadh modh nanoindentation AFM atharraichte.Leis na feartan agus structar ùr an stuth seo, tha e soilleir gu bheil raon cugallachd an dòigh indentation traidiseanta gu leòr airson a bhith a’ comharrachadh modulus an stuth fìor bhog seo, agus mar sin feumar dòigh nanoindentation AFM a chleachdadh le cugallachd nas àirde agus cugallachd nas ìsle.ìre.Às deidh dhuinn ath-sgrùdadh a dhèanamh air easbhaidhean agus duilgheadasan dòighean nanoindentation probe AFM colloidal a th’ ann mar-thà, bidh sinn a ’sealltainn carson a thagh sinn probe AFM nas lugha, a chaidh a dhealbhadh a dh’aona-ghnothach gus cuir às do chugallachd, fuaim cùl-fhiosrachaidh, puing conaltraidh, tomhas modulus luaths de stuthan bog ioma-ghnèitheach leithid gleidheadh ​​​​siùbhlach. eisimeileachd.agus tomhas ceart.A bharrachd air an sin, bha e comasach dhuinn cumadh agus tomhasan an tip indentation a thomhas gu ceart, a ’toirt cothrom dhuinn am modal cone-sphere fit a chleachdadh gus modulus elasticity a dhearbhadh gun a bhith a’ measadh farsaingeachd conaltraidh a ’phut leis an stuth.Is e an dà bharail a tha so-thuigsinn a tha air an tomhas san obair seo na feartan stuth làn-elastagach agus am modulus neo-eisimeileach doimhneachd indentation.A’ cleachdadh an dòigh seo, rinn sinn deuchainn an-toiseach air inbhean ultra-bhog le modulus aithnichte gus an dòigh a thomhas, agus an uairsin chleachd sinn an dòigh seo gus uachdar dà stuth lionsa conaltraidh eadar-dhealaichte a chomharrachadh.Thathas an dùil gum bi an dòigh seo airson a bhith a’ comharrachadh uachdar nanoindentation AFM le barrachd cugallachd buntainneach ri raon farsaing de stuthan ultrasoft heterogeneous biomimetic le cleachdadh a dh’ fhaodadh a bhith ann an innealan meidigeach agus tagraidhean bith-mheidigeach.
Chaidh lionsan conaltraidh Lehfilcon A (Alcon, Fort Worth, Texas, USA) agus na fo-stratan hydrogel silicone aca a thaghadh airson deuchainnean nanoindentation.Chaidh inneal lionsa a chaidh a dhealbhadh gu sònraichte a chleachdadh san deuchainn.Gus an lens a chuir a-steach airson deuchainn, chaidh a chuir gu faiceallach air an ionad cumadh cruinneach, a ’dèanamh cinnteach nach d’ fhuair builgeanan èadhair a-staigh, agus an uairsin air an ceangal leis na h-oirean.Bidh toll anns an tàmh-àirneis aig mullach neach-gleidhidh an lens a’ toirt cothrom air ionad optigeach an lens airson deuchainnean nanoindentation fhad ‘s a chumas tu an leaghan na àite.Bidh seo a’ cumail na lionsan làn uisgeachadh.Chaidh 500 μl de fhuasgladh pacaidh lionsa conaltraidh a chleachdadh mar fhuasgladh deuchainn.Gus na toraidhean cainneachdail a dhearbhadh, chaidh hydrogels polyacrylamide neo-ghnìomhach (PAAM) a tha rim faighinn gu malairteach ullachadh bho cho-dhèanamh polyacrylamide-co-methylene-bisacrylamide (100 mm Petrisoft Petri soithichean, Matrigen, Irvine, CA, USA), modulus elastagach aithnichte de 1. kPa.Cleachd 4-5 tuiteam (timcheall air 125 µl) de shalainn buffered fosfáit (PBS bho Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, USA) agus tuiteam 1 de fhuasgladh lionsa conaltraidh Puremoist OPTI-AN-ASGAIDH (Alcon, Vaud, TX, USA).) aig an eadar-aghaidh hydrogel-probe AFM.
Chaidh sampallan de fho-stratan Lehfilcon A CL agus SiHy fhaicinn a’ cleachdadh siostam microsgop sganadh sgaoilidh achaidh FEI Quanta 250 (FEG SEM) uidheamaichte le lorgaire microsgop dealanach tar-chuir sganaidh (STEM).Gus na sampallan ullachadh, chaidh na lionsan a nighe an toiseach le uisge agus a ghearradh ann an pìosan cumadh pie.Gus eadar-dhealachadh eadar-dhealaichte a choileanadh eadar na pàirtean hydrophilic agus hydrophobic de na sampallan, chaidh fuasgladh seasmhach 0.10% de RuO4 a chleachdadh mar dhath, anns an deach na sampallan a bhogadh airson 30 min.Tha an staining lehfilcon A CL RuO4 cudromach chan ann a-mhàin gus eadar-dhealachadh eadar-dhealaichte nas fheàrr a choileanadh, ach tha e cuideachd a’ cuideachadh le bhith a’ glèidheadh ​​structar nam bruisean polymer branrach anns a’ chruth thùsail aca, a tha an uairsin rim faicinn air ìomhaighean STEM.Bha iad an uairsin air an nighe agus air an uisgeachadh ann an sreath de mheasgachaidhean ethanol / uisge le barrachd dùmhlachd ethanol.Chaidh na sampallan an uairsin a thilgeil le EMBed 812 / Araldite epoxy, a chaidh a leigheas thar oidhche aig 70 ° C.Chaidh blocaichean sampall a fhuaireadh le polymerization resin a ghearradh le ultramicrotome, agus chaidh na h-earrannan tana a thàinig às a sin fhaicinn le lorgaire STEM ann am modh falamh ìosal aig bholtadh luathachaidh de 30 kV.Chaidh an aon shiostam SEM a chleachdadh airson comharrachadh mionaideach air an probe PFQNM-LC-A-CAL AFM (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA).Chaidh ìomhaighean SEM den probe AFM fhaighinn ann am modh àbhaisteach àrd falamh le bholtadh luathachaidh de 30 kV.Faigh ìomhaighean aig diofar cheàrnan agus meudachaidhean gus a h-uile mion-fhiosrachadh mu chumadh is meud tip sgrùdaidh AFM a chlàradh.Chaidh a h-uile meud tip inntinneach anns na h-ìomhaighean a thomhas gu didseatach.
Chaidh miocroscop feachd atamach Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) le modh “PeakForce QNM in Fluid” a chleachdadh gus sampallan lehfilcon A CL, SiHy substrate, agus PAAm hydrogel fhaicinn agus nanoindentate.Airson deuchainnean ìomhaighean, chaidh probe PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) le radius tip ainmichte de 1 nm a chleachdadh gus ìomhaighean àrd-rèiteachaidh den sampall a ghlacadh aig ìre scan de 0.50 Hz.Chaidh a h-uile dealbh a thogail ann am fuasgladh uisgeach.
Chaidh deuchainnean nanoindentation AFM a dhèanamh a’ cleachdadh probe PFQNM-LC-A-CAL (Bruker).Tha tip silicon aig an probe AFM air cantilever nitride 345 nm tiugh, 54 µm fada agus 4.5 µm de leud le tricead athshondach de 45 kHz.Tha e air a dhealbhadh gu sònraichte gus tomhasan cainneachdail nanomechanical a chomharrachadh agus a choileanadh air sampallan bith-eòlasach bog.Tha na mothachairean air an calibadh leotha fhèin aig an fhactaraidh le suidheachaidhean earraich ro-calibrated.Bha cuibhreannan earraich nan probes a chaidh a chleachdadh san sgrùdadh seo anns an raon 0.05–0.1 N/m.Gus cruth agus meud an tip a dhearbhadh gu ceart, chaidh an probe a chomharrachadh gu mionaideach le bhith a’ cleachdadh SEM.Air fige.Tha Figear 1a a’ sealltainn meanbh-mhicrograf dealanach sganaidh àrd-mheudachaidh ìosal den probe PFQNM-LC-A-CAL, a’ toirt sealladh iomlan air dealbhadh an probe.Air fige.Tha 1b a’ sealltainn sealladh nas motha de mhullach bàrr an sgrùdaidh, a’ toirt seachad fiosrachadh mu chumadh is meud a’ phut.Aig a 'cheann thall, tha an snàthad na leth-chruinne mu 140 nm ann an trast-thomhas (Fig. 1c).Fon seo, tha am bàrr a’ tapadh gu cumadh bideanach, a’ ruighinn fad tomhaiste timcheall air 500 nm.Taobh a-muigh na roinne teip, tha am bàrr siolandair agus a’ crìochnachadh ann am fad tip iomlan de 1.18 µm.Is e seo am prìomh phàirt gnìomh den tip sgrùdaidh.A bharrachd air an sin, chaidh probe mòr polystyrene spherical (PS) (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, USA) le trast-thomhas tip de 45 µm agus seasmhach earraich de 2 N / m a chleachdadh cuideachd airson deuchainn mar probe colloidal.le probe PFQNM-LC-A-CAL 140 nm airson coimeas.
Chaidh aithris gum faodar leaghan a ghlacadh eadar an probe AFM agus an structar bruis polymer aig àm nanoindentation, a bheir feachd suas air probe AFM mus suathadh e air an uachdar69.Faodaidh a ’bhuaidh eas-tharraing viscous seo mar thoradh air gleidheadh ​​​​siùbhlach atharrachadh a dhèanamh air a’ phuing conaltraidh a tha coltach, agus mar sin a ’toirt buaidh air tomhasan modulus uachdar.Gus sgrùdadh a dhèanamh air buaidh geoimeatraidh probe agus astar indentation air gleidheadh ​​​​leithid, chaidh lùban feachd indentation a dhealbhadh airson sampaill lehfilcon A CL a’ cleachdadh probe trast-thomhas 140 nm aig ìrean gluasaid seasmhach de 1 µm / s agus 2 µm / s.trast-thomhas an probe 45 µm, suidheachadh feachd stèidhichte 6 nN air a choileanadh aig 1 µm/s.Chaidh deuchainnean le probe 140 nm ann an trast-thomhas a dhèanamh aig astar indentation de 1 µm / s agus feachd stèidhichte de 300 pN, air a thaghadh gus cuideam conaltraidh a chruthachadh taobh a-staigh raon eòlas-inntinn (1-8 kPa) den eyelid àrd.cuideam 72. Chaidh sampallan bog deiseil de PAA hydrogel le cuideam de 1 kPa a dhearbhadh airson feachd indentation de 50 pN aig astar 1 μm/s a’ cleachdadh probe le trast-thomhas de 140 nm.
Leis gu bheil fad a’ phàirt bideanach de mhullach an probe PFQNM-LC-A-CAL timcheall air 500 nm, airson doimhneachd indentation sam bith <500 nm faodar gabhail ris gu sàbhailte gum bi geoimeatraidh an probe rè indentation fhathast fìor dha. cumadh còn.A bharrachd air an sin, thathas a ’gabhail ris gum bi uachdar an stuth fo dheuchainn a’ nochdadh freagairt elastagach reversible, a thèid a dhearbhadh cuideachd anns na h-earrannan a leanas.Mar sin, a rèir cumadh agus meud a’ mholaidh, thagh sinn am modal uidheamachadh còn-sruth a chaidh a leasachadh le Briscoe, Sebastian agus Adams, a tha ri fhaighinn ann am bathar-bog an neach-reic, gus na deuchainnean nanoindentation AFM againn (NanoScope) a phròiseasadh.Bathar-bog mion-sgrùdadh dàta dealachaidh, Bruker) 73. Tha am modail a' toirt cunntas air a' chàirdeas gluasad feachd F(δ) airson còn le uireasbhaidh apex spherical.Air fige.Tha Figear 2 a’ sealltainn an geoimeatraidh conaltraidh rè eadar-obrachadh còn teann le tip spherical, far a bheil R na radius den tip spherical, is e a an radius conaltraidh, is e b an radius conaltraidh aig deireadh an tip spherical, is e δ an cuir fios gu radius.doimhneachd indentation, is e θ leth-cheàrn a’ chòn.Tha ìomhaigh SEM an probe seo a’ sealltainn gu soilleir gu bheil an tip spherical le trast-thomhas de 140 nm a’ tighinn còmhla gu dlùth ri còn, agus mar sin an seo tha b air a mhìneachadh dìreach tro R, ie b = R cos θ.Tha am bathar-bog a chaidh a sholarachadh le reiceadair a’ toirt seachad dàimh còn-sruth gus luachan modulus Young (E) obrachadh a-mach bho dhàta dealachaidh feachd a’ gabhail ris a> b.Dàimh:
far a bheil F na fheachd indentation, is e E modulus Young, is e ν co-mheas Poisson.Faodar an radius conaltraidh a a thomhas a’ cleachdadh:
Sgeama geoimeatraidh conaltraidh còn teann le tip spherical air a bhrùthadh a-steach do stuth lionsa conaltraidh Lefilcon le còmhdach uachdar de bhruis polymer branrach.
Ma tha a ≤ b, tha an dàimh a’ lùghdachadh ris a’ cho-aontar airson indenter spherical àbhaisteach;
Tha sinn den bheachd gun toir eadar-obrachadh an probe indenting le structar brangach a’ bhruis polymer PMPC gum bi an radius conaltraidh a nas àirde na an radius conaltraidh spherical b.Mar sin, airson a h-uile tomhas cainneachdail den modulus elastagach a chaidh a dhèanamh san sgrùdadh seo, chleachd sinn an eisimeileachd a fhuaireadh airson cùis a> b.
Chaidh ìomhaighean farsaing a dhèanamh de na stuthan biomimetic ultrasoft a chaidh a sgrùdadh san sgrùdadh seo le bhith a’ cleachdadh sganadh microscopy dealanach tar-chuir (STEM) den chrois-earrainn sampall agus microscopy feachd atamach (AFM) den uachdar.Chaidh an comharrachadh uachdar mionaideach seo a dhèanamh mar leudachadh air an obair a chaidh fhoillseachadh roimhe, anns an do cho-dhùin sinn gun robh structar bruis polymeric le meuran fiùghantach air uachdar lehfilcon A CL a chaidh atharrachadh le PMPC a’ nochdadh feartan meacanaigeach coltach ri clò corneal dùthchasach 14 .Air an adhbhar seo, bidh sinn a’ toirt iomradh air uachdar lionsan conaltraidh mar stuthan biomimetic14.Air fige.Tha 3a,b a’ sealltainn tar-earrannan de structaran bruis polymer PMPC brangach air uachdar substrate lehfilcon A CL agus substrate SiHy gun làimhseachadh, fa leth.Chaidh tuilleadh sgrùdaidh a dhèanamh air uachdar an dà shampall le bhith a’ cleachdadh ìomhaighean àrd-rèiteachaidh AFM, a dhaingnich toraidhean mion-sgrùdadh STEM (Fig. 3c, d).Air an gabhail còmhla, tha na h-ìomhaighean sin a’ toirt tuairmse air fad de structar bruis polymer branrach PMPC aig 300–400 nm, a tha deatamach airson a bhith a’ mìneachadh tomhasan nanoindentation AFM.Is e prìomh bheachdachadh eile a thàinig bho na h-ìomhaighean gu bheil structar uachdar iomlan an stuth biomimetic CL eadar-dhealaichte gu morphologach bho structar stuth substrate SiHy.Faodaidh an eadar-dhealachadh seo ann am morf-eòlas uachdar an uachdar a bhith follaiseach fhad ‘s a tha iad ag eadar-obrachadh meacanaigeach leis an probe AFM indenting agus às deidh sin anns na luachan modulus tomhaiste.
Ìomhaighean STEM tar-roinneil de (a) lehfilcon A CL agus (b) substrate SiHy.Bàr sgèile, 500 nm.Ìomhaighean AFM de uachdar substrate lehfilcon A CL (c) agus an t-substrate bunaiteach SiHy (d) (3 µm × 3 µm).
Tha polymers bioinspired agus structaran bruis polymer gu nàdarrach bog agus chaidh an sgrùdadh agus an cleachdadh gu farsaing ann an grunn thagraidhean bith-mheidigeach74,75,76,77.Mar sin, tha e cudromach an dòigh nanoindentation AFM a chleachdadh, as urrainn na feartan meacanaigeach aca a thomhas gu ceart agus gu earbsach.Ach aig an aon àm, bidh feartan sònraichte nan stuthan ultra-bhog sin, leithid modulus elastagach fìor ìosal, susbaint lionn àrd agus elasticity àrd, gu tric ga dhèanamh duilich an stuth ceart, cumadh agus cumadh an probe indenting a thaghadh.meud.Tha seo cudromach gus nach bi an indenter a’ briseadh uachdar bog an t-sampall, a bheireadh gu mearachdan ann a bhith a’ dearbhadh a’ phuing conaltraidh leis an uachdar agus an raon conaltraidh.
Airson seo, tha tuigse fharsaing air morf-eòlas stuthan biomimetic ultra-bhog (lehfilcon A CL) riatanach.Tha fiosrachadh mu mheud agus structar nam bruisean polymer branrach a gheibhear a’ cleachdadh an dòigh ìomhaigheachd a’ toirt seachad bunait airson comharrachadh meacanaigeach an uachdair a’ cleachdadh dòighean nanoindentation AFM.An àite probes colloidal spherical meud micron, thagh sinn an probe silicon nitride PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) le trast-thomhas tip de 140 nm, air a dhealbhadh gu sònraichte airson mapadh cainneachdail de fheartan meacanaigeach sampallan bith-eòlasach 78, 79, 80 , 81, 82, 83, 84 Faodar an fheallsanachd airson a bhith a’ cleachdadh probes an ìre mhath geur an coimeas ri probes colloidal àbhaisteach a mhìneachadh le feartan structarail an stuth.A’ dèanamh coimeas eadar meud tip an sgrùdaidh (~ 140 nm) leis na bruisean polymer branrach air uachdar CL lehfilcon A, a chithear ann am Fig. 3a, faodar a cho-dhùnadh gu bheil am bàrr mòr gu leòr airson a dhol an conaltradh gu dìreach ris na structaran bruis sin, a tha a 'lùghdachadh an cothrom gum bi am bàrr a' dol troimhe.Gus a’ phuing seo a nochdadh, ann am Fig. 4 tha ìomhaigh STEM den lehfilcon A CL agus bàrr indenting an probe AFM (air a tharraing gu sgèile).
Sgeama a’ sealltainn ìomhaigh STEM de lehfilcon A CL agus probe indentation ACM (air a tharraing gu sgèile).
A bharrachd air an sin, tha meud tip 140 nm beag gu leòr gus an cunnart bho gin de na buaidhean eas-tharraing steigeach a chaidh aithris roimhe airson bruisean polymer a thoirt a-mach leis an dòigh nanoindentation CP-AFM69,71 a sheachnadh.Tha sinn a’ gabhail ris mar thoradh air cumadh sònraichte còn-spherical agus meud an ìre mhath beag den tip AFM seo (Fig. 1), nach bi nàdar lùb an fhorsa a ghineadh lehfilcon A CL nanoindentation an urra ri astar indentation no astar luchdachadh / luchdachadh. .Mar sin, chan eil e fo bhuaidh buaidhean poroelastic.Gus am beachd seo a dhearbhadh, chaidh sampallan lehfilcon A CL a chuir a-steach aig feachd as àirde stèidhichte a’ cleachdadh probe PFQNM-LC-A-CAL, ach aig dà astar eadar-dhealaichte, agus chaidh na lùban feachd tensile agus tarraing air ais a chleachdadh gus an fheachd a dhealbhadh (nN) ann an dealachadh (µm) ri fhaicinn ann am Figear 5a.Tha e soilleir gu bheil an fhorsa a’ lùbadh thairis air luchdachadh is luchdachadh sìos gu tur, agus chan eil fianais shoilleir ann gu bheil an fheachd a’ rùsgadh aig doimhneachd indentation neoni ag àrdachadh le astar indentation san fhigear, a’ moladh gun robh na h-eileamaidean bruis fa leth air an comharrachadh gun bhuaidh poroelastic.An coimeas ri sin, tha buaidhean gleidhidh lionn (eas-tharraing slaodach agus buaidhean poroelasticity) rim faicinn airson an probe AFM trast-thomhas 45 µm aig an aon astar indentation agus tha iad air an comharrachadh leis an hysteresis eadar na lùban sìneadh agus tarraing air ais, mar a chithear ann am Figear 5b.Tha na toraidhean sin a’ toirt taic don bheachd-bharail agus a’ moladh gur e deagh roghainn a th’ ann an sgrùdairean trast-thomhas 140 nm airson a bhith a’ comharrachadh uachdar bog mar sin.
lehfilcon A CL lùbte feachd indentation a’ cleachdadh ACM;(a) a’ cleachdadh probe le trast-thomhas de 140 nm aig dà ìre luchdachadh, a’ sealltainn nach eil buaidh poroelastic ann nuair a thèid uachdar a chuir a-steach;(b) a’ cleachdadh probes le trast-thomhas de 45 µm agus 140 nm.s a’ sealltainn buaidh eas-tharraing viscous agus poroelasticity airson probes mòra an taca ri probes nas lugha.
Gus uachdar ultrasoft a chomharrachadh, feumaidh an sgrùdadh as fheàrr a bhith aig dòighean nanoindentation AFM gus feartan an stuth a tha fo sgrùdadh a sgrùdadh.A bharrachd air cumadh is meud tip, tha àite cudromach aig cugallachd an t-siostam lorgaire AFM, cugallachd ri sraonadh tip san àrainneachd deuchainn, agus stiffness cantilever ann a bhith a’ dearbhadh cruinneas agus earbsachd nanoindentation.tomhais.Airson an t-siostam AFM againn, tha crìoch lorgaidh Lorgaire Mothachadh Suidheachadh (PSD) timcheall air 0.5 mV agus tha e stèidhichte air ìre an earraich ro-calibrated agus cugallachd sèididh siùbhlach àireamhaichte an probe PFQNM-LC-A-CAL, a tha a rèir an cugallachd luchdan teòiridheach.nas lugha na 0.1 pN.Mar sin, tha an dòigh seo a’ ceadachadh feachd indentation as ìsle ≤ 0.1 pN a thomhas às aonais pàirt fuaim iomaill.Ach, tha e cha mhòr do-dhèanta do shiostam AFM fuaim iomaill a lughdachadh chun na h-ìre seo air sgàth factaran leithid crathadh meacanaigeach agus daineamaigs lionn.Tha na factaran sin a’ cuingealachadh cugallachd iomlan modh nanoindentation AFM agus cuideachd a’ leantainn gu comharra fuaim cùil timcheall air ≤ 10 pN.Airson comharrachadh uachdar, chaidh sampallan substrate lehfilcon A CL agus SiHy a chuir a-steach fo chumhachan làn hydradach a’ cleachdadh probe 140 nm airson comharrachadh SEM, agus chaidh na lùban feachd a thàinig às a sin a chuir a-steach eadar feachd (pN) agus cuideam.Tha an raon dealachaidh (µm) ri fhaicinn ann am Figear 6a.An coimeas ri substrate bonn SiHy, tha an lùb feachd lehfilcon A CL a’ sealltainn gu soilleir ìre eadar-ghluasaid a’ tòiseachadh aig a’ phuing conaltraidh leis a’ bhruis polymer forked agus a’ crìochnachadh le atharrachadh geur ann an leathad a’ comharrachadh conaltradh leis a’ mhullach leis an stuth bunaiteach.Tha am pàirt eadar-ghluasaid seo de lùb an fhorsa a’ nochdadh giùlan fìor elastagach a ’bhruis polymer branrach air an uachdar, mar a chithear leis an lùb teannachaidh gu dlùth a’ leantainn an lùb teannachaidh agus an eadar-dhealachadh ann am feartan meacanaigeach eadar structar a ’bhruis agus stuth mòr SiHy.Nuair a thathar a’ dèanamh coimeas eadar lefilcon.Sgaradh fad cuibheasach bruis polymer branrach ann an ìomhaigh STEM den PCS (Fig. 3a) agus lùb an fhorsa aige air feadh an abscissa ann am Fig. 3a.Tha 6a a’ sealltainn gu bheil an dòigh comasach air am bàrr a lorg agus am polymer branrach a’ ruighinn fìor mhullach an uachdair.Ceangal eadar structaran bruis.A bharrachd air an sin, tha tar-lùbadh dlùth de lùban an fhorsa a’ nochdadh nach eil buaidh gleidheadh ​​​​leaghaidh ann.Anns a 'chùis seo, chan eil dad sam bith eadar an snàthad agus uachdar an t-sampall.Tha na h-earrannan as àirde den fhorsa a’ lùbadh airson an dà shampall a’ dol thairis air, a’ nochdadh mar a tha feartan meacanaigeach nan stuthan substrate.
(a) Cromagan feachd nanoindentation AFM airson substrates lehfilcon A CL agus substrates SiHy, (b) lùban feachd a’ sealltainn tuairmse puing conaltraidh a’ cleachdadh an dòigh stairsneach fuaim cùil.
Gus sgrùdadh a dhèanamh air mion-fhiosrachadh mu lùb an fhorsa, tha lùb teannachaidh sampall lehfilcon A CL air ath-dhealbhadh ann am Fig. 6b le feachd as àirde de 50 pN air an y-axis.Tha an graf seo a’ toirt seachad fiosrachadh cudromach mun fhuaim cùil tùsail.Tha am fuaim anns an raon de ± 10 pN, a thathas a’ cleachdadh gus a ’phuing conaltraidh a dhearbhadh gu ceart agus gus doimhneachd an indentation obrachadh a-mach.Mar a chaidh aithris anns an litreachas, tha comharrachadh puingean conaltraidh deatamach gus measadh ceart a dhèanamh air feartan stuthan leithid modulus85.Tha dòigh-obrach a tha a’ toirt a-steach giullachd fèin-ghluasadach air dàta lùb an fhorsa air sealltainn gu bheil freagairt nas fheàrr eadar uidheamachadh dàta agus tomhasan cainneachdail airson stuthan bog86.Anns an obair seo, tha ar taghadh de phuingean conaltraidh gu math sìmplidh agus cothromach, ach tha na crìochan aige.Dh’ fhaodadh an dòigh gleidhidh againn a thaobh a bhith a’ dearbhadh a’ phuing conaltraidh leantainn gu luachan modulus beagan ro-mheasta airson doimhneachd indentation nas lugha (<100 nm).Dh’ fhaodadh cleachdadh lorg puing-suathaidh stèidhichte air algairim agus giullachd dàta fèin-ghluasadach a bhith a’ leantainn air adhart leis an obair seo san àm ri teachd gus ar modh-obrach adhartachadh.Mar sin, airson fuaim cùl-raoin gnèitheach air òrdugh ±10 pN, bidh sinn a’ mìneachadh a’ phuing-conaltraidh mar a’ chiad phuing dàta air an x-axis ann am Figear 6b ​​le luach ≥10 pN.An uairsin, a rèir stairsneach fuaim 10 pN, tha loidhne dhìreach aig ìre ~ 0.27 µm a’ comharrachadh a’ phuing conaltraidh leis an uachdar, agus às deidh sin lean an lùb sìnte gus an coinnich an t-substrate doimhneachd indentation ~ 270 nm.Gu h-inntinneach, stèidhichte air meud nam feartan bruis polymer branrach (300-400 nm) air a thomhas a’ cleachdadh an dòigh ìomhaigheachd, tha doimhneachd indentation an CL lehfilcon Sampall a chaidh fhaicinn a’ cleachdadh an dòigh stairsneach fuaim cùil timcheall air 270 nm, a tha gu math faisg air. meud tomhais le STEM.Tha na co-dhùnaidhean sin a’ dearbhadh tuilleadh co-chòrdalachd agus iomchaidheachd cumadh agus meud tip sgrùdaidh AFM airson a bhith a’ cuir a-steach an structar bruis polymer branrach bog agus fìor elastagach seo.Tha an dàta seo cuideachd a’ toirt seachad fianais làidir gus taic a thoirt don dòigh againn air fuaim cùil a chleachdadh mar stairsneach airson puingean conaltraidh a chomharrachadh.Mar sin, bu chòir toraidhean cainneachdail sam bith a gheibhear bho mhodaladh matamataigeach agus suidheachadh lùban an fhorsa a bhith gu ìre mhath ceart.
Tha tomhasan cainneachdail le dòighean nanoindentation AFM gu tur an urra ris na modalan matamataigeach a thathas a’ cleachdadh airson taghadh dàta agus mion-sgrùdadh às deidh sin.Mar sin, tha e cudromach beachdachadh air a h-uile feart co-cheangailte ri roghainn indenter, feartan stuthan agus meacanaig an eadar-obrachaidh mus tagh thu modail sònraichte.Anns a 'chùis seo, bha an geoimeatraidh tip air a chomharrachadh gu faiceallach le bhith a' cleachdadh micrographs SEM (Fig. 1), agus stèidhichte air na toraidhean, tha an sgrùdadh 140 nm trast-thomhas AFM nanoindenting le còn cruaidh agus geoimeatraidh tip spherical na dheagh roghainn airson a bhith a 'comharrachadh lehfilcon A CL79 samples .Is e feart cudromach eile a dh’ fheumar a mheasadh gu faiceallach elasticity an stuth polymer a thathar a ’dèanamh deuchainn.Ged a tha an dàta tùsail mu nanoindentation (Figs. 5a agus 6a) a’ mìneachadh gu soilleir feartan a bhith a’ dol thairis air na lùban teannachaidh is teannachaidh, ie, ath-bheothachadh iomlan an stuth, tha e air leth cudromach dearbhadh a dhèanamh air nàdar fìor elastagach an luchd-ceangail. .Chun na crìche seo, chaidh dà indentation leantainneach a dhèanamh aig an aon àite air uachdar sampall lehfilcon A CL aig ìre indentation de 1 µm / s fo chumhachan làn uisgeachaidh.Tha dàta lùb an fhorsa mar thoradh air sin air a shealltainn ann am fige.7 agus, mar a bhiodh dùil, tha leudachadh agus lùban teannachaidh an dà chlò-bhualadh cha mhòr co-ionann, a’ soilleireachadh cho àrd elasticity a th’ ann an structar branrach polymer bhruis.
Tha dà lùb feachd indentation aig an aon àite air uachdar lehfilcon A CL a’ nochdadh an elasticity as fheàrr a th’ aig uachdar an lens.
Stèidhichte air fiosrachadh a fhuaireadh bho ìomhaighean SEM agus STEM den tip probe agus uachdar lehfilcon A CL, fa leth, tha am modail còn-sphere na riochdachadh matamataigeach reusanta den eadar-obrachadh eadar tip probe AFM agus an stuth bog polymer a thathar a’ dèanamh deuchainn.A bharrachd air an sin, airson a’ mhodail cruinne-còn seo, tha na barailean bunaiteach mu fheartan elastagach an stuth clò-bhuailte fìor airson an stuth biomimetic ùr seo agus thathas gan cleachdadh gus am modulus elastagach a thomhas.
Às deidh measadh coileanta air dòigh nanoindentation AFM agus na co-phàirtean aige, a’ toirt a-steach feartan probe indentation (cumadh, meud, agus stiffness earraich), cugallachd (fuaim cùl-fhiosrachaidh agus tuairmse puing conaltraidh), agus modalan uidheamachadh dàta (tomhasan modulus cainneachdail), chaidh an dòigh a chleachdadh. chleachdadh.comharraich sampallan ultra-bhog a tha rim faighinn gu malairteach gus toraidhean cainneachdail a dhearbhadh.Chaidh hydrogel polyacrylamide malairteach (PAAM) le modulus elastagach de 1 kPa a dhearbhadh fo chumhachan uisgeachaidh a ’cleachdadh probe 140 nm.Tha mion-fhiosrachadh mu dheuchainnean modal agus àireamhachadh air a thoirt seachad anns an fhiosrachadh a bharrachd.Sheall na co-dhùnaidhean gur e 0.92 kPa am modulus cuibheasach a chaidh a thomhas, agus bha an %RSD agus an àireamh sa cheud (%) bhon modulus aithnichte nas lugha na 10%.Tha na toraidhean sin a’ dearbhadh cruinneas agus ath-riochdachadh an dòigh nanoindentation AFM a chaidh a chleachdadh san obair seo gus moduli stuthan ultrasoft a thomhas.Chaidh uachdar nan sampallan lehfilcon A CL agus an t-substrate bonn SiHy a chomharrachadh tuilleadh le bhith a’ cleachdadh an aon dòigh nanoindentation AFM gus sgrùdadh a dhèanamh air modulus conaltraidh follaiseach uachdar ultrasoft mar ghnìomh doimhneachd indentation.Chaidh lùban dealachaidh feachd indentation a chruthachadh airson trì sampaill de gach seòrsa (n = 3; aon indentation gach sampall) aig feachd 300 pN, astar 1 µm / s, agus làn uisgeachadh.Chaidh an lùb roinneadh feachd indentation a thomhas le bhith a’ cleachdadh modal cruinne-còn.Gus modulus fhaighinn a rèir doimhneachd indentation, chaidh cuibhreann de leud 40 nm de lùb an fhorsa a shuidheachadh aig gach àrdachadh de 20 nm a’ tòiseachadh bhon àite conaltraidh, agus luachan tomhais a’ mhodulus aig gach ceum de lùb an fhorsa.Tha Spin Cy et al.Chaidh dòigh-obrach coltach ris a chleachdadh gus comharrachadh a dhèanamh air caisead modulus de bhruisean polymer poly (lauryl methacrylate) (P12MA) a’ cleachdadh nanoindentation probe AFM colloidal, agus tha iad co-chòrdail ri dàta a’ cleachdadh modal conaltraidh Hertz.Tha an dòigh-obrach seo a’ toirt seachad cuilbheart de mhodulus conaltraidh follaiseach (kPa) an aghaidh doimhneachd indentation (nm), mar a chithear ann am Figear 8, a tha a’ sealltainn a’ mhodulus conaltraidh / caisead doimhneachd a tha follaiseach.Tha am modulus elastagach àireamhaichte de shampall CL lehfilcon A anns an raon de 2–3 kPa taobh a-staigh an 100 nm gu h-àrd den sampall, às deidh sin bidh e a’ tòiseachadh a ’dol am meud le doimhneachd.Air an làimh eile, nuair a thathar a’ dèanamh deuchainn air substrate bonn SiHy às aonais film coltach ri bruis air an uachdar, tha an doimhneachd indentation as àirde a gheibhear aig feachd 300 pN nas lugha na 50 nm, agus tha an luach modulus a gheibhear bhon dàta timcheall air 400 kPa , a tha an coimeas ri luachan modulus Young airson stuthan mòr.
Modulus conaltraidh follaiseach (kPa) vs doimhneachd indentation (nm) airson fo-stratan lehfilcon A CL agus SiHy a’ cleachdadh modh nanoindentation AFM le geoimeatraidh còn-chruinne gus modulus a thomhas.
Tha an uachdar as àirde den structar bruis polymer meurach biomimetic ùr a’ nochdadh modulus fìor ìosal de elasticity (2-3 kPa).Bidh seo a rèir ceann crochte an-asgaidh a’ bhruis polymer forked mar a chithear san ìomhaigh STEM.Ged a tha beagan fianais ann gu bheil caisead modulus aig oir a-muigh an CL, tha am prìomh fho-strat modulus àrd nas buadhaiche.Ach, tha an 100 nm as àirde den uachdar taobh a-staigh 20% de dh'fhaid iomlan a 'bhruis polymer brangach, agus mar sin tha e reusanta gabhail ris gu bheil luachan tomhais a' mhodulus anns an raon doimhneachd indentation seo gu ìre mhath ceart agus nach eil iad gu làidir. an urra ri buaidh an nì as ìsle.
Mar thoradh air an dealbhadh biomimetic gun samhail de lionsan conaltraidh lehfilcon A, air a dhèanamh suas de structaran bruis polymer PMPC brangach air an grafadh air uachdar substrates SiHy, tha e gu math duilich feartan meacanaigeach nan structaran uachdar aca a chomharrachadh gu h-earbsach a’ cleachdadh dòighean tomhais traidiseanta.An seo tha sinn a’ taisbeanadh dòigh adhartach nanoindentation AFM airson a bhith a’ comharrachadh stuthan ultra-bhog leithid lefilcon A le susbaint uisge àrd agus elasticity fìor àrd.Tha an dòigh seo stèidhichte air cleachdadh probe AFM aig a bheil meud tip agus geoimeatraidh air an taghadh gu faiceallach gus a bhith a rèir tomhasan structarail nam feartan uachdar ultra-bhog a tha ri chlò-bhualadh.Tha an cothlamadh seo de mheudan eadar probe agus structar a’ toirt barrachd cugallachd, a’ toirt cothrom dhuinn modulus ìosal agus feartan elastagach gnèitheach eileamaidean bruis polymer branrach a thomhas, ge bith dè na buaidhean poroelastic a th’ ann.Sheall na co-dhùnaidhean gu robh modulus elastagach gu math ìosal (suas ri 2 kPa) agus elasticity fìor àrd (faisg air 100%) nuair a chaidh a dhearbhadh ann an àrainneachd uisgeach aig na bruisean polymer PMPC branrach sònraichte a bha àbhaisteach air uachdar an lens.Leig toraidhean nanoindentation AFM leinn cuideachd am modal conaltraidh / caisead doimhneachd (30 kPa / 200 nm) de uachdar lionsa biomimetic a chomharrachadh.Dh’ fhaodadh an caisead seo a bhith mar thoradh air an eadar-dhealachadh modulus eadar na bruisean polymer branrach agus an substrate SiHy, no structar branrach / dùmhlachd nam bruisean polymer, no measgachadh dhiubh.Ach, tha feum air tuilleadh sgrùdaidhean domhainn gus làn thuigse a dhèanamh air a’ cheangal eadar structar agus feartan, gu sònraichte a’ bhuaidh a th’ aig brannadh bhruis air feartan meacanaigeach.Faodaidh tomhas coltach ris cuideachadh le bhith a’ comharrachadh feartan meacanaigeach uachdar stuthan ultra-bhog eile agus innealan meidigeach.
Gheibhear seataichean dàta a chaidh a chruthachadh agus/no a mhion-sgrùdadh tron ​​​​sgrùdadh làithreach bho na h-ùghdaran fa-leth ma thèid an iarraidh reusanta.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. agus Haugen, HJ Ath-bheachdan bith-eòlasach air feartan fiosaigeach agus ceimigeach uachdar bith-stuthan.Ceimigeach.comann.Ed.49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM agus Liu, X. Leasachadh air bith-stuthan bho dhaoine airson innleadaireachd clò.prògramadh.polymer.an saidheans.53, 86 (2016).
Sadtler, K. et al.Dealbhadh, buileachadh clionaigeach, agus freagairt dìon bith-stuthan ann an leigheas ath-nuadhachail.Nàiseanta Matt An t-Urr 1, 16040 (2016).
Oliver WK agus Farr GM Dòigh leasaichte airson cruas agus modulus elastagach a dhearbhadh a’ cleachdadh deuchainnean indentation le tomhasan luchdan is gluasaid.J. Alma mater.tanca stòraidh.7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Tùsan eachdraidheil de dheuchainn cruas indentation.alma mater.an saidheans.teicneòlasan.28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Tomhais cruas indentation aig an Macro-, Micro-, agus Nanoscale: Lèirmheas Critigeach.treubh.Wright.65, 1–18 (2017).
Tha mearachdan lorgaidh Kaufman, JD agus Clapperich, SM Surface a’ leantainn gu ro-mheasadh modulus ann an nanoindentation de stuthan bog.J. Mecha.Giùlan.Saidheans Bith-mheidigeach.alma mater.2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollahi MR, Bushroa AR agus Yahya M.Yu.Luachadh air an dòigh nanoindentation airson a bhith a’ dearbhadh feartan meacanaigeach nanocomposites heterogeneous a’ cleachdadh dhòighean deuchainneach agus coimpiutaireachd.an saidheans.Taigh 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, agus Owart, TS Caractar meacanaigeach de gels viscoelastic bog le bhith a’ cuir a-steach agus mion-sgrùdadh eileamaid neo-chrìochnach stèidhichte air optimization.J. Mecha.Giùlan.Saidheans Bith-mheidigeach.alma mater.2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J agus Chaneler D. Optimization de dhearbhadh viscoelasticity a’ cleachdadh siostaman tomhais co-fhreagarrach.Cùis Bog 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. agus Pellillo, E. Nanoindentation de polymeric uachdar.J. Fiosaig.D. Cuir fios air fiosaig.31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. agus Van Vliet KJ Caractachadh feartan meacanaigeach viscoelastic de pholaimirean fìor elastagach agus stuthan bith-eòlasach a’ cleachdadh indentation clisgeadh.Journal of Biomaterials.71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Luachadh air modulus elastagach agus obair adhesion de stuthan bog a’ cleachdadh modh leudaichte Borodich-Galanov (BG) agus indentation domhainn.bian.alma mater.129, 198–213 (2019).
Shi, X. et al.Morf-eòlas nanoscale agus feartan meacanaigeach uachdar polymeric biomimetic de lionsan conaltraidh hydrogel silicone.Langmuir 37, 13961–13967 (2021).