O ṣeun fun lilo si Nature.com.O nlo ẹya ẹrọ aṣawakiri kan pẹlu atilẹyin CSS lopin.Fun iriri ti o dara julọ, a ṣeduro pe ki o lo ẹrọ aṣawakiri imudojuiwọn kan (tabi mu Ipo Ibamu ṣiṣẹ ni Internet Explorer).Ni afikun, lati rii daju atilẹyin ti nlọ lọwọ, a fihan aaye naa laisi awọn aza ati JavaScript.
Ṣe afihan carousel ti awọn kikọja mẹta ni ẹẹkan.Lo awọn Bọtini Iṣaaju ati Next lati gbe nipasẹ awọn ifaworanhan mẹta ni akoko kan, tabi lo awọn bọtini ifaworanhan ni ipari lati gbe nipasẹ awọn ifaworanhan mẹta ni akoko kan.
Pẹlu idagbasoke ti awọn ohun elo rirọ ultra tuntun fun awọn ẹrọ iṣoogun ati awọn ohun elo biomedical, ijuwe pipe ti awọn ohun-ini ti ara ati ẹrọ jẹ pataki ati nija.Atunwo atomiki agbara atomiki (AFM) ilana nanoindentation ti a lo lati ṣe apejuwe modulus dada ti o kere pupọ julọ ti lehfilcon tuntun lẹnsi olubasọrọ biomimetic silikoni hydrogel ti a bo pẹlu Layer ti awọn ẹya fẹlẹ polymer eka.Ọna yii ngbanilaaye ipinnu kongẹ ti awọn aaye olubasọrọ laisi awọn ipa ti extrusion viscous nigbati o sunmọ awọn polima ti eka.Ni afikun, o jẹ ki o ṣee ṣe lati pinnu awọn abuda ẹrọ ti awọn eroja fẹlẹ kọọkan laisi ipa ti poroelasticity.Eyi ni aṣeyọri nipa yiyan iwadii AFM pẹlu apẹrẹ kan (iwọn sample, geometry ati oṣuwọn orisun omi) ti o dara julọ fun wiwọn awọn ohun-ini ti awọn ohun elo rirọ ati awọn apẹẹrẹ ti ibi.Ọna yii ṣe ilọsiwaju ifamọ ati deede fun wiwọn deede ti ohun elo rirọ pupọ lehfilcon A, eyiti o ni modulus kekere ti rirọ lori agbegbe dada (to 2 kPa) ati rirọ giga ga julọ ninu inu inu (o fẹrẹ to 100%) agbegbe olomi. .Awọn abajade ti iwadii dada ko ṣe afihan awọn ohun-ini dada ultra-asọ ti lẹnsi lehfilcon A, ṣugbọn tun fihan pe modulus ti awọn gbọnnu polima ti eka jẹ afiwera si ti sobusitireti silikoni-hydrogen.Ilana sisọ dada yii le ṣee lo si awọn ohun elo rirọ ultra miiran ati awọn ẹrọ iṣoogun.
Awọn ohun-ini ẹrọ ti awọn ohun elo ti a ṣe apẹrẹ fun olubasọrọ taara pẹlu ohun elo alãye nigbagbogbo ni ipinnu nipasẹ agbegbe ti ibi.Ibamu pipe ti awọn ohun-ini ohun elo wọnyi ṣe iranlọwọ lati ṣaṣeyọri awọn abuda ile-iwosan ti o fẹ ti ohun elo laisi fa awọn idahun cellular ti ko dara1,2,3.Fun awọn ohun elo isokan olopobobo, ijuwe ti awọn ohun-ini ẹrọ jẹ irọrun jo nitori wiwa ti awọn ilana boṣewa ati awọn ọna idanwo (fun apẹẹrẹ, microindentation4,5,6).Bibẹẹkọ, fun awọn ohun elo rirọ ultra gẹgẹbi awọn gels, hydrogels, biopolymers, awọn sẹẹli alãye, ati bẹbẹ lọ, awọn ọna idanwo wọnyi ko wulo ni gbogbogbo nitori awọn idiwọn ipinnu wiwọn ati aibikita ti awọn ohun elo7.Ni awọn ọdun, awọn ọna indentation ti aṣa ti ṣe atunṣe ati ki o ṣe atunṣe lati ṣe apejuwe awọn ohun elo ti o pọju, ṣugbọn ọpọlọpọ awọn ọna tun jiya lati awọn ailagbara pataki ti o ṣe idiwọn lilo wọn8,9,10,11,12,13.Aini awọn ọna idanwo amọja ti o le ṣe deede ati igbẹkẹle ṣe apejuwe awọn ohun-ini ẹrọ ti awọn ohun elo supersoft ati awọn fẹlẹfẹlẹ dada ni opin lilo wọn ni ọpọlọpọ awọn ohun elo.
Ninu iṣẹ iṣaaju wa, a ṣafihan lẹnsi olubasọrọ lehfilcon A (CL), ohun elo ti o yatọ pupọ pẹlu gbogbo awọn ohun-ini dada rirọ ultra ti o wa lati awọn apẹrẹ biomimetic ti o ni agbara ti o ni atilẹyin nipasẹ oju ti cornea ti oju.Ohun elo biomaterial yii ni idagbasoke nipasẹ gbigbe ti eka kan, Layer polymer ti o ni asopọ agbelebu ti poly (2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine (MPC)) (PMPC) sori silikoni hydrogel (SiHy) 15 ti a ṣe apẹrẹ fun awọn ẹrọ iṣoogun ti o da lori.Ilana grafting yii ṣẹda Layer kan lori dada ti o ni rirọ pupọ ati rirọ giga ti eka fẹlẹ polymeric.Iṣẹ iṣaaju wa ti jẹrisi pe eto biomimetic ti lehfilcon A CL n pese awọn ohun-ini dada ti o ga julọ gẹgẹbi imudara wetting ati idena eewọ, lubricity pọ si, ati idinku sẹẹli ati adhesion kokoro-arun15,16.Ni afikun, lilo ati idagbasoke ohun elo biomimetic yii tun daba imugboro si awọn ẹrọ biomedical miiran.Nitorinaa, o ṣe pataki lati ṣe apejuwe awọn ohun-ini dada ti ohun elo rirọ ultra ati loye ibaraenisepo ẹrọ rẹ pẹlu oju lati ṣẹda ipilẹ oye pipe lati ṣe atilẹyin awọn idagbasoke ati awọn ohun elo iwaju.Pupọ julọ awọn lẹnsi olubasọrọ SiHy ti iṣowo ti o wa ni akojọpọ akojọpọ isokan ti hydrophilic ati awọn polima hydrophobic ti o ṣe agbekalẹ ohun elo aṣọ kan17.Ọpọlọpọ awọn ijinlẹ ni a ti ṣe lati ṣe iwadii awọn ohun-ini ẹrọ wọn nipa lilo funmorawon ibile, fifẹ ati awọn ọna idanwo microindentation18,19,20,21.Bibẹẹkọ, apẹrẹ biomimetic aramada ti lehfilcon A CL jẹ ki o jẹ ohun elo oniruuru alailẹgbẹ ninu eyiti awọn ohun-ini ẹrọ ti awọn ẹya fẹlẹ polima ti eka yatọ si pataki si awọn ti sobusitireti ipilẹ SiHy.Nitorinaa, o nira pupọ lati ṣe iwọn deede awọn ohun-ini wọnyi ni lilo aṣa ati awọn ọna indentation.Ọna ti o ni ileri nlo ọna idanwo nanoindentation ti a ṣe ni microscopy agbara atomiki (AFM), ọna ti a ti lo lati pinnu awọn ohun-ini ẹrọ ti awọn ohun elo viscoelastic rirọ gẹgẹbi awọn sẹẹli ti ibi ati awọn ara, ati awọn polymers asọ22,23,24,25 .,26,27,28,29,30.Ni AFM nanoindentation, awọn ipilẹ ti idanwo nanoindentation ni idapo pẹlu awọn ilọsiwaju tuntun ni imọ-ẹrọ AFM lati pese ifamọ wiwọn ti o pọ si ati idanwo ti ọpọlọpọ awọn ohun elo supersoft inherently31,32,33,34,35,36.Ni afikun, imọ-ẹrọ nfunni awọn anfani pataki miiran nipasẹ lilo awọn oriṣiriṣi awọn geometries.olutọpa ati iwadii ati iṣeeṣe ti idanwo ni ọpọlọpọ awọn media olomi.
AFM nanoindentation le ti wa ni majemu pin si meta akọkọ irinše: (1) ẹrọ (sensọ, aṣawari, wadi, ati be be lo);(2) awọn iṣiro wiwọn (gẹgẹbi agbara, iṣipopada, iyara, iwọn rampu, ati bẹbẹ lọ);(3) Ṣiṣe data (atunse ipilẹ, idiyele aaye ifọwọkan, ibamu data, awoṣe, ati bẹbẹ lọ).Iṣoro pataki pẹlu ọna yii ni pe awọn iwadi pupọ ninu awọn iwe-iwe ti o nlo AFM nanoindentation Iroyin awọn esi titobi pupọ ti o yatọ fun apẹẹrẹ kanna / sẹẹli / ohun elo iru37,38,39,40,41.Fun apẹẹrẹ, Lekka et al.Ipa ti jiometirika iwadii AFM lori iwọn awọn modulus ọdọ ti awọn ayẹwo ti hydrogel isokan ẹrọ ati awọn sẹẹli orisirisi ni a ṣe iwadi ati akawe.Wọn ṣe ijabọ pe awọn iye modulus dale gaan lori yiyan cantilever ati apẹrẹ sample, pẹlu iye ti o ga julọ fun iwadii ti o ni apẹrẹ jibiti ati iye ti o kere julọ ti 42 fun iwadii iyipo kan.Bakanna, Selhuber-Unkel et al.O ti ṣe afihan bi iyara ifọkasi, iwọn indenent ati sisanra ti awọn ayẹwo polyacrylamide (PAAM) ṣe ni ipa lori modulus ọdọ ti a ṣewọn nipasẹ nanoindentation ACM43.Okunfa idiju miiran ni aini awọn ohun elo idanwo modulus iwọn kekere ati awọn ilana idanwo ọfẹ.Eyi jẹ ki o ṣoro pupọ lati gba awọn abajade deede pẹlu igboiya.Sibẹsibẹ, ọna naa jẹ iwulo pupọ fun awọn wiwọn ibatan ati awọn igbelewọn afiwera laarin iru awọn iru apẹẹrẹ, fun apẹẹrẹ lilo AFM nanoindentation lati ṣe iyatọ awọn sẹẹli deede lati awọn sẹẹli alakan 44, 45.
Nigbati o ba ṣe idanwo awọn ohun elo rirọ pẹlu AFM nanoindentation, ofin gbogbogbo ti atanpako ni lati lo iwadii kan pẹlu igbagbogbo orisun omi kekere kan (k) ti o baamu ni pẹkipẹki modulus ayẹwo ati igun-ọdun-ọgbẹ / yika ki iwadii akọkọ ko gun awọn ipele ayẹwo lori olubasọrọ akọkọ pẹlu awọn ohun elo asọ.O tun ṣe pataki pe ifihan iyipada ti ipilẹṣẹ nipasẹ iwadii naa ni agbara to lati rii nipasẹ ẹrọ aṣawari laser24,34,46,47.Ninu ọran ti awọn sẹẹli orisirisi-asọ ti ultra-soft heterogeneous, tissues ati gels, ipenija miiran ni lati bori agbara alemora laarin iwadi ati dada ayẹwo lati rii daju pe atunṣe ati awọn wiwọn igbẹkẹle48,49,50.Titi di aipẹ, iṣẹ pupọ julọ lori AFM nanoindentation ti dojukọ lori iwadi ti ihuwasi ẹrọ ti awọn sẹẹli ti ibi, awọn tissues, gels, hydrogels, ati biomolecules nipa lilo awọn iwadii iyipo ti o tobi pupọ, ti a tọka si bi awọn iwadii colloidal (CPs)., 47, 51, 52, 53, 54, 55. Awọn imọran wọnyi ni rediosi ti 1 si 50 µm ati pe a ṣe deede lati gilasi borosilicate, polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), silicon dioxide (SiO2) ati diamond- bii erogba (DLC).Botilẹjẹpe CP-AFM nanoindentation nigbagbogbo jẹ yiyan akọkọ fun iyasọtọ apẹẹrẹ asọ, o ni awọn iṣoro tirẹ ati awọn idiwọn.Lilo nla, awọn imọran iyipo iwọn micron pọ si agbegbe olubasọrọ lapapọ ti sample pẹlu awọn abajade ni ipadanu nla ti ipinnu aye.Fun rirọ, awọn apẹẹrẹ aiṣedeede, nibiti awọn ohun-ini ẹrọ ti awọn eroja agbegbe le yatọ ni pataki lati aropin lori agbegbe ti o gbooro, CP indentation le tọju eyikeyi aiṣedeede ninu awọn ohun-ini lori iwọn agbegbe52.Awọn iwadii colloidal ni a ṣe ni igbagbogbo nipasẹ sisopọ awọn aaye colloidal ti iwọn micron si awọn cantilever tipless ni lilo awọn adhesives iposii.Ilana iṣelọpọ funrararẹ ni ọpọlọpọ awọn iṣoro ati pe o le ja si awọn aiṣedeede ninu ilana isọdọtun iwadii.Ni afikun, iwọn ati iwọn ti awọn patikulu colloidal taara ni ipa lori awọn ipilẹ isọdiwọn akọkọ ti cantilever, gẹgẹbi igbohunsafẹfẹ resonant, lile orisun omi, ati ifamọ yiyọ kuro56,57,58.Nitorinaa, awọn ọna ti o wọpọ fun awọn iwadii AFM ti aṣa, gẹgẹbi isọdọtun iwọn otutu, le ma pese isọdọtun deede fun CP, ati pe awọn ọna miiran le nilo lati ṣe awọn atunṣe wọnyi57, 59, 60, 61. Awọn adanwo indentation CP aṣoju lo awọn iyapa nla si cantilever si ṣe iwadi awọn ohun-ini ti awọn apẹẹrẹ rirọ, eyiti o ṣẹda iṣoro miiran nigbati o ba ṣe iwọn ihuwasi ti kii ṣe laini ti cantilever ni awọn iyapa ti o tobi pupọ62,63,64.Awọn ọna indentation colloidal ode oni maa n ṣe akiyesi jiometirika ti cantilever ti a lo lati ṣe iwọn iwadii naa, ṣugbọn foju kọ ipa ti awọn patikulu colloidal, eyiti o ṣẹda aidaniloju afikun ni deede ti ọna38,61.Bakanna, rirọ moduli ti a ṣe iṣiro nipasẹ ibamu awoṣe olubasọrọ jẹ igbẹkẹle taara lori geometry ti iwadii indentation, ati ibaamu laarin sample ati awọn abuda dada ayẹwo le ja si awọn aiṣedeede27, 65, 66, 67, 68. Diẹ ninu awọn iṣẹ aipẹ nipasẹ Spencer et al.Awọn ifosiwewe ti o yẹ ki o ṣe akiyesi nigbati o ba n ṣe afihan awọn gbọnnu polima rirọ nipa lilo ọna nanoindentation CP-AFM jẹ afihan.Wọn royin pe idaduro omi viscous ninu awọn gbọnnu polima gẹgẹbi iṣẹ ti awọn abajade iyara ni ilosoke ninu ikojọpọ ori ati nitorinaa awọn iwọn oriṣiriṣi ti awọn ohun-ini ti o gbẹkẹle iyara30,69,70,71.
Ninu iwadi yii, a ti ṣe afihan modulus dada ti ohun elo rirọ pupọ ti ultra-soft lehfilcon A CL nipa lilo ọna nanoindentation AFM ti a ti yipada.Fi fun awọn ohun-ini ati eto tuntun ti ohun elo yii, ibiti ifamọ ti ọna indentation ibile jẹ kedere ko to lati ṣe afihan modulus ti ohun elo rirọ pupọ, nitorinaa o jẹ dandan lati lo ọna nanoindentation AFM pẹlu ifamọ giga ati ifamọ kekere.ipele.Lẹhin atunwo awọn ailagbara ati awọn iṣoro ti awọn ilana imọ-ẹrọ nanoindentation ti colloidal AFM ti o wa tẹlẹ, a fihan idi ti a fi yan kekere kan, aṣawakiri AFM ti a ṣe apẹrẹ lati yọkuro ifamọ, ariwo ẹhin, aaye ifọkansi, wiwọn awọn modulu iyara ti awọn ohun elo oriṣiriṣi rirọ gẹgẹbi idaduro omi. igbẹkẹle.ati ki o deede pipo.Ni afikun, a ni anfani lati ṣe iwọn apẹrẹ ati awọn iwọn ti sample indentation, gbigba wa laaye lati lo awoṣe ibamu cone-Sphere lati pinnu modulu ti rirọ laisi iṣiro agbegbe olubasọrọ ti sample pẹlu ohun elo naa.Awọn ero inu ifarakanra meji ti o jẹ iwọn ninu iṣẹ yii jẹ awọn ohun-ini ohun elo rirọ ni kikun ati modulus ominira-ijinle indentation.Lilo ọna yii, a kọkọ ṣe idanwo awọn iṣedede rirọ ultra pẹlu modulus ti a mọ lati ṣe iwọn ọna naa, ati lẹhinna lo ọna yii lati ṣe apejuwe awọn oju ti awọn ohun elo lẹnsi olubasọrọ meji oriṣiriṣi.Ọna yii ti ijuwe awọn ipele ti nanoindentation AFM pẹlu ifamọ pọ si ni a nireti lati wulo si ọpọlọpọ awọn ohun elo ultrasoft biomimetic orisirisi pẹlu lilo agbara ni awọn ẹrọ iṣoogun ati awọn ohun elo biomedical.
Lehfilcon A awọn lẹnsi olubasọrọ (Alcon, Fort Worth, Texas, USA) ati awọn sobusitireti silikoni hydrogel wọn ni a yan fun awọn adanwo nanoindentation.Oke lẹnsi ti a ṣe apẹrẹ pataki ni a lo ninu idanwo naa.Lati fi lẹnsi naa sori ẹrọ fun idanwo, o ti farabalẹ gbe sori iduro ti o ni irisi dome, ni idaniloju pe ko si awọn nyoju afẹfẹ ti o wọ inu, ati lẹhinna ti o wa titi pẹlu awọn egbegbe.Ihò kan ninu imuduro ni oke dimu lẹnsi n pese iraye si aarin opiti ti lẹnsi fun awọn idanwo nanoindentation lakoko ti o di omi mu ni aaye.Eyi ntọju awọn lẹnsi ni kikun omi.500 μl ti ojutu iṣakojọpọ lẹnsi olubasọrọ ni a lo bi ojutu idanwo kan.Lati mọ daju awọn abajade pipo, awọn hydrogels polyacrylamide ti kii ṣiṣẹ ni iṣowo ti o wa ni iṣowo ti pese sile lati inu akojọpọ polyacrylamide-co-methylene-bisacrylamide (100 mm Petrisoft Petri awopọ, Matrigen, Irvine, CA, USA), modulus rirọ ti a mọ ti 1 kPa.Lo 4-5 silė (isunmọ 125 µl) ti fosifeti buffered saline (PBS lati Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, USA) ati 1 ju ti OPTI-FREE Puremoist ojutu lẹnsi olubasọrọ (Alcon, Vaud, TX, USA).) ni wiwo AFM hydrogel-probe.
Awọn apẹẹrẹ ti Lehfilcon A CL ati awọn sobusitireti SiHy ni a fi oju wo ni lilo FEI Quanta 250 Field Emission Scanning Electron Maikirosikopu (FEG SEM) ti o ni ipese pẹlu aṣawari Gbigbọn Electron Maikirosikopu (STEM).Lati ṣeto awọn ayẹwo, awọn lẹnsi naa ni a kọkọ wẹ pẹlu omi ati ge sinu awọn ege ti o ni apẹrẹ.Lati ṣe aṣeyọri iyatọ iyatọ laarin awọn ohun elo hydrophilic ati hydrophobic ti awọn ayẹwo, 0.10% ojutu iduroṣinṣin ti RuO4 ni a lo bi awọ, ninu eyiti awọn apẹẹrẹ ti wa ni immersed fun 30 min.Lehinfilcon A CL RuO4 idoti jẹ pataki kii ṣe lati ṣe aṣeyọri iyatọ iyatọ ti o ni ilọsiwaju, ṣugbọn tun ṣe iranlọwọ lati ṣetọju eto ti awọn gbọnnu polima ti eka ni fọọmu atilẹba wọn, eyiti o han lẹhinna lori awọn aworan STEM.Wọn fọ wọn ati ki o gbẹ ni lẹsẹsẹ ti ethanol / awọn idapọ omi pẹlu alekun ifọkansi ethanol.Awọn ayẹwo naa ni a sọ pẹlu EMBed 812/Araldite epoxy, eyiti o ṣe arowoto moju ni 70°C.Awọn bulọọki apẹẹrẹ ti a gba nipasẹ polymerization resini ni a ge pẹlu ultramicrome kan, ati pe awọn apakan tinrin ti o yọrisi ni a foju ri pẹlu aṣawari STEM ni ipo igbale kekere ni foliteji isare ti 30 kV.Eto SEM kanna ni a lo fun isọdi alaye ti iwadii PFQNM-LC-A-CAL AFM (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA).Awọn aworan SEM ti iwadii AFM ni a gba ni ipo igbale giga ti aṣoju pẹlu foliteji isare ti 30 kV.Gba awọn aworan ni awọn igun oriṣiriṣi ati awọn titobi lati ṣe igbasilẹ gbogbo awọn alaye ti apẹrẹ ati iwọn ti imọran iwadii AFM.Gbogbo awọn iwọn imọran ti iwulo ninu awọn aworan ni a wọn ni oni-nọmba.
A Dimension FastScan Bio Aami atomiki agbara microscope (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA) pẹlu ipo “PeakForce QNM ninu Fluid” ni a lo lati wo oju ati nanoindentate lehfilcon A CL, SiHy sobusitireti, ati awọn ayẹwo PAAm hydrogel.Fun awọn adanwo aworan, iwadii PEAKFORCE-HIRS-FA kan (Bruker) pẹlu radius aropin ti 1 nm ni a lo lati yaworan awọn aworan ti o ga ti ayẹwo ni iwọn ọlọjẹ ti 0.50 Hz.Gbogbo awọn aworan ni a ya ni ojutu olomi.
Awọn adanwo nanoindentation AFM ni a ṣe ni lilo iwadi PFQNM-LC-A-CAL (Bruker).Iwadii AFM ni itọsi silikoni kan lori nitride cantilever 345 nm nipọn, 54 µm gigun ati 4.5 µm fife pẹlu igbohunsafẹfẹ resonant ti 45 kHz.O jẹ apẹrẹ ni pataki lati ṣe apejuwe ati ṣe awọn wiwọn nanomechanical pipo lori awọn ayẹwo ti ibi-ara rirọ.Awọn sensosi ti wa ni iwọn ni ẹyọkan ni ile-iṣẹ pẹlu awọn eto orisun omi ti a ti ṣaju iṣaju.Awọn iduro orisun omi ti awọn iwadii ti a lo ninu iwadi yii wa ni iwọn 0.05-0.1 N / m.Lati pinnu ni deede apẹrẹ ati iwọn ti sample, a ṣe afihan iwadii naa ni awọn alaye nipa lilo SEM.Lori ọpọtọ.Olusin 1a ṣe afihan ipinnu giga kan, micrograph elekitironi ti n ṣe atunwo iwọn kekere ti iwadii PFQNM-LC-A-CAL, n pese iwoye pipe ti apẹrẹ iwadii naa.Lori ọpọtọ.1b ṣe afihan iwo ti o tobi si oke ti imọran iwadii, pese alaye nipa apẹrẹ ati iwọn ti sample.Ni ipari ti o pọju, abẹrẹ naa jẹ agbedemeji nipa 140 nm ni iwọn ila opin (Fig. 1c).Ni isalẹ eyi, awọn sample tẹ sinu apẹrẹ conical, ti o de ipari gigun ti isunmọ 500 nm.Ni ita agbegbe tapering, sample jẹ iyipo o si fopin si ni ipari ipari ipari ti 1.18 µm.Eyi ni apakan iṣẹ-ṣiṣe akọkọ ti imọran iwadii.Ni afikun, iwadii polystyrene iyipo nla kan (PS) (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, AMẸRIKA) pẹlu iwọn ila opin kan ti 45 µm ati igbagbogbo orisun omi ti 2 N/m ni a tun lo fun idanwo bi iwadii colloidal.pẹlu PFQNM-LC-A-CAL 140 nm ibere fun lafiwe.
O ti royin pe omi le wa ni idẹkùn laarin iwadii AFM ati ilana fẹlẹ polymer lakoko nanoindentation, eyiti yoo ṣe ipa oke kan lori iwadii AFM ṣaaju ki o to fọwọkan dada69 gangan.Ipa extrusion viscous yii nitori idaduro omi le yi aaye olubasọrọ ti o han, nitorinaa ni ipa lori awọn wiwọn modulus dada.Lati ṣe iwadi ipa ti jiometirika iwadii ati iyara indentation lori idaduro omi, awọn iṣipa agbara indentation ni a gbero fun awọn ayẹwo lehfilcon A CL ni lilo iwadii iwọn ila opin 140 nm ni awọn iwọn gbigbe nigbagbogbo ti 1 µm/s ati 2 µm/s.iwọn ila opin iwadii 45 µm, eto agbara ti o wa titi 6 nN ṣaṣeyọri ni 1 µm/s.Awọn idanwo pẹlu iwadii 140 nm ni iwọn ila opin ni a ṣe ni iyara indentation ti 1 µm/s ati agbara ṣeto ti 300 pN, ti a yan lati ṣẹda titẹ olubasọrọ kan laarin iwọn ẹkọ ẹkọ-ara (1-8 kPa) ti ipenpeju oke.titẹ 72. Awọn apẹẹrẹ ti a ti ṣetan ti o rọrun ti PAA hydrogel pẹlu titẹ ti 1 kPa ni idanwo fun agbara indentation ti 50 pN ni iyara ti 1 μm / s nipa lilo wiwa pẹlu iwọn ila opin ti 140 nm.
Niwọn igba ti ipari ti apakan conical ti sample ti PFQNM-LC-A-CAL iwadi jẹ isunmọ 500 nm, fun eyikeyi ijinle indentation <500 nm o le ni idaniloju pe jiometirika ti iwadii lakoko titẹ sii yoo wa ni otitọ si rẹ. konu apẹrẹ.Ni afikun, a ro pe oju ohun elo ti o wa labẹ idanwo yoo ṣe afihan idahun rirọ iyipada, eyiti yoo tun jẹrisi ni awọn apakan atẹle.Nitorina, ti o da lori apẹrẹ ati iwọn ti sample, a yan awoṣe fitting cone-sphere ti o ni idagbasoke nipasẹ Briscoe, Sebastian ati Adams, ti o wa ninu sọfitiwia olutaja, lati ṣe ilana awọn adanwo nanoindentation AFM wa (NanoScope).Sọfitiwia itupalẹ data iyapa, Bruker) 73. Awoṣe naa ṣe apejuwe ibatan ipa-pada F (δ) fun konu pẹlu abawọn apex ti iyipo.Lori ọpọtọ.Nọmba 2 ṣe afihan jiometirika olubasọrọ lakoko ibaraenisepo ti konu lile kan pẹlu aaye iyipo, nibiti R jẹ rediosi ti aaye iyipo, a jẹ redio olubasọrọ, b jẹ redio olubasọrọ ni opin aaye iyipo, δ ni rediosi olubasọrọ.ijinle indentation, θ ni idaji-igun ti konu.Aworan SEM ti iwadii yii fihan ni kedere pe 140 nm iwọn ila opin iyipo iyipo dapọ mọra sinu konu kan, nitorinaa ibi b jẹ asọye nikan nipasẹ R, ie b = R cos θ.Sọfitiwia ti olutaja ti n pese n pese ibatan koni-apakan lati ṣe iṣiro awọn iye modulus Ọdọmọde (E) lati data iyapa ipa ti o ro a> b.Ibasepo:
nibiti F ti jẹ agbara indentation, E jẹ modulus ọdọ, ν jẹ ipin Poisson.Radius olubasọrọ a le ṣe iṣiro nipa lilo:
Ero ti jiometirika olubasọrọ ti konu kosemi kan ti a tẹ sinu ohun elo ti lẹnsi olubasọrọ Lefilcon kan pẹlu ipele oju ilẹ ti awọn gbọnnu polima ti ẹka.
Ti o ba jẹ ≤ b, ibatan naa dinku si idogba fun olutọka iyipo ti aṣa;
A gbagbo wipe ibaraenisepo ti awọn indenting ibere pẹlu awọn branched be ti PMPC polima fẹlẹ yoo fa awọn olubasọrọ rediosi a lati wa ni tobi ju ti iyipo olubasọrọ rediosi b.Nitorinaa, fun gbogbo awọn wiwọn pipo ti modulu rirọ ti a ṣe ninu iwadii yii, a lo igbẹkẹle ti a gba fun ọran a> b.
Awọn ohun elo biomimetic ultrasoft ti a ṣe iwadi ninu iwadi yii ni a ṣe aworan ni kikun nipa lilo ohun elo elekitironi gbigbe ọlọjẹ (STEM) ti apakan agbelebu ayẹwo ati microscopy agbara atomiki (AFM) ti dada.Isọdi dada alaye yii ni a ṣe bi itẹsiwaju ti iṣẹ ti a tẹjade tẹlẹ, ninu eyiti a pinnu pe ẹya-ara fẹlẹ polymeric ti o ni agbara ti PMPC-ti a yipada lehfilcon A CL dada ṣe afihan awọn ohun-ini ẹrọ ti o jọra si ara corneal abinibi 14.Fun idi eyi, a tọka si awọn oju oju lẹnsi olubasọrọ bi awọn ohun elo biomimetic14.Lori ọpọtọ.3a,b ṣe afihan awọn apakan agbelebu ti awọn ẹya fẹlẹfẹlẹ PMPC polima ti eka lori oke ti lehfilcon A CL sobusitireti ati sobusitireti SiHy ti ko ṣe itọju, ni atele.Awọn ipele ti awọn ayẹwo mejeeji ni a ṣe ayẹwo siwaju sii nipa lilo awọn aworan AFM ti o ga-giga, eyi ti o tun jẹrisi awọn esi ti STEM onínọmbà (Fig. 3c, d).Ti a mu papọ, awọn aworan wọnyi funni ni ipari isunmọ ti PMPC ti eka fẹlẹfẹlẹ polymer ni 300-400 nm, eyiti o ṣe pataki fun itumọ awọn wiwọn nanoindentation AFM.Akiyesi bọtini miiran ti o gba lati awọn aworan ni pe igbekalẹ dada gbogbogbo ti ohun elo biomimetic CL yatọ si ara-ara si ti ohun elo sobusitireti SiHy.Iyatọ yii ninu imọ-jinlẹ dada wọn le han gbangba lakoko ibaraenisepo ẹrọ wọn pẹlu iwadii AFM indenting ati ni atẹle ni awọn iye iwọn modulus.
Awọn aworan STEM-apapọ ti (a) lehfilcon A CL ati (b) SiHy sobusitireti.Pẹpẹ iwọn, 500 nm.Awọn aworan AFM ti oju ilẹ ti lehfilcon A CL sobusitireti (c) ati ipilẹ SiHy sobusitireti (d) (3 µm × 3 µm).
Awọn polima ati awọn ẹya fẹlẹ polima jẹ rirọ ti ara ati pe a ti ṣe iwadi lọpọlọpọ ati lilo ni ọpọlọpọ awọn ohun elo biomedical74,75,76,77.Nitorina, o ṣe pataki lati lo ọna AFM nanoindentation, eyi ti o le ṣe deede ati ni igbẹkẹle awọn ohun-ini ẹrọ wọn.Ṣugbọn ni akoko kanna, awọn ohun-ini alailẹgbẹ ti awọn ohun elo rirọ ultra, gẹgẹbi iwọn rirọ kekere pupọ, akoonu omi giga ati rirọ giga, nigbagbogbo jẹ ki o nira lati yan ohun elo to tọ, apẹrẹ ati apẹrẹ ti iwadii indenting.iwọn.Eyi ṣe pataki ki olutẹtisi ko ba gun dada rirọ ti apẹẹrẹ, eyiti yoo ja si awọn aṣiṣe ni ṣiṣe ipinnu aaye olubasọrọ pẹlu aaye ati agbegbe ti olubasọrọ.
Fun eyi, oye okeerẹ ti mofoloji ti awọn ohun elo biomimetic ultra-soft (lehfilcon A CL) jẹ pataki.Alaye nipa iwọn ati eto ti awọn gbọnnu polima ti eka ti a gba nipa lilo ọna aworan pese ipilẹ fun isọdi ẹrọ ti dada nipa lilo awọn imuposi nanoindentation AFM.Dipo awọn iwadii colloidal iyipo ti iwọn micron, a yan PFQNM-LC-A-CAL silicon nitride probe (Bruker) pẹlu iwọn ila opin kan ti 140 nm, ti a ṣe apẹrẹ pataki fun aworan agbaye pipo ti awọn ohun-ini ẹrọ ti awọn ayẹwo ti ibi 78, 79, 80 , 81, 82, 83, 84 Awọn idi fun lilo jo didasilẹ wadi akawe si mora colloidal wadi le ti wa ni salaye nipa awọn ẹya ara ẹrọ ti awọn ohun elo.Ti a ṣe afiwe iwọn itọsi iwadii (~ 140 nm) pẹlu awọn gbọnnu polima ti eka lori dada ti CL lehfilcon A, ti o han ni Ọpọtọ. din ni anfani ti awọn sample lilu nipasẹ wọn.Lati ṣe apejuwe aaye yii, ni aworan 4 jẹ aworan STEM ti lehfilcon A CL ati itọka indenting ti iwadi AFM (ti a fa si iwọn).
Sikematiki nfihan aworan STEM ti lehfilcon A CL ati iwadii indentation ACM kan (ti ya si iwọn).
Ni afikun, awọn sample iwọn ti 140 nm jẹ kekere to lati yago fun awọn ewu ti eyikeyi ninu awọn alalepo extrusion ipa tẹlẹ royin fun polima brushes ti a ṣe nipasẹ CP-AFM nanoindentation method69,71.A ro pe nitori apẹrẹ cone-spherical ti o ni pataki ati iwọn kekere ti o ni imọran AFM yii (Fig 1), iseda ti iṣipopada agbara ti ipilẹṣẹ nipasẹ lehfilcon A CL nanoindentation kii yoo dale lori iyara indentation tabi iyara ikojọpọ / ikojọpọ. .Nitorinaa, ko ni ipa nipasẹ awọn ipa poroelastic.Lati ṣe idanwo idawọle yii, awọn ayẹwo lehfilcon A CL ni a fi sii ni agbara ti o pọju ti o wa titi nipa lilo iwadii PFQNM-LC-A-CAL, ṣugbọn ni awọn iyara oriṣiriṣi meji, ati pe abajade fifẹ ati ifasilẹ ipadasẹhin ni a lo lati gbero agbara naa (nN) ni Iyapa (µm) han ni Nọmba 5a.O han gbangba pe awọn iṣipopada agbara lakoko ikojọpọ ati ikojọpọ ni kikun, ati pe ko si ẹri ti o han gbangba pe irẹrun agbara ni ijinle indentation odo pọ si pẹlu iyara indentation ninu eeya naa, ni iyanju pe awọn eroja fẹlẹ kọọkan ni a ṣe afihan laisi ipa poroelastic kan.Ni idakeji, awọn ipa idaduro omi (extrusion viscous ati awọn ipa poroelasticity) han gbangba fun 45 µm iwọn ila opin AFM ni iyara indentation kanna ati pe a ṣe afihan nipasẹ hysteresis laarin awọn isan ati ifasilẹ, bi a ṣe han ni Figure 5b.Awọn abajade wọnyi ṣe atilẹyin idawọle ati daba pe awọn iwadii iwọn ila opin 140 nm jẹ yiyan ti o dara fun sisọ iru awọn aaye rirọ.
lehfilcon A CL indentation agbara ekoro lilo ACM;(a) lilo iwadii kan pẹlu iwọn ila opin ti 140 nm ni awọn oṣuwọn ikojọpọ meji, ti n ṣe afihan isansa ti ipa-ipa poroelastic lakoko gbigbe oju ilẹ;(b) lilo awọn iwadii pẹlu iwọn ila opin ti 45 µm ati 140 nm.s ṣe afihan awọn ipa ti extrusion viscous ati poroelasticity fun awọn iwadii nla ni akawe si awọn iwadii kekere.
Lati ṣe apejuwe ultrasoft roboto, awọn ọna AFM nanoindentation gbọdọ ni iwadii ti o dara julọ lati ṣe iwadi awọn ohun-ini ti ohun elo ti o wa labẹ ikẹkọ.Ni afikun si apẹrẹ apẹrẹ ati iwọn, ifamọ ti eto aṣawari AFM, ifamọ si itọpa itọpa ni agbegbe idanwo, ati lile cantilever ṣe ipa pataki ninu ṣiṣe ipinnu deede ati igbẹkẹle ti nanoindentation.iwọn.Fun eto AFM wa, Awari Sensitive Sensitive (PSD) opin wiwa jẹ isunmọ 0.5 mV ati pe o da lori oṣuwọn orisun omi ti a ti ṣaju-ṣaaju ati ifamọ ifamọ ito ito ti iwadii PFQNM-LC-A-CAL, eyiti o baamu si o tumq si fifuye ifamọ.O kere ju 0.1 pN.Nitorinaa, ọna yii ngbanilaaye wiwọn agbara indentation ti o kere ju ≤ 0.1 pN laisi paati ariwo agbeegbe eyikeyi.Sibẹsibẹ, o fẹrẹ jẹ pe ko ṣee ṣe fun eto AFM lati dinku ariwo agbeegbe si ipele yii nitori awọn okunfa bii gbigbọn ẹrọ ati awọn iyipada omi.Awọn ifosiwewe wọnyi ṣe opin ifamọ gbogbogbo ti ọna nanoindentation AFM ati tun ja si ifihan ariwo abẹlẹ ti isunmọ ≤ 10 pN.Fun ijuwe ti oju, lehfilcon A CL ati awọn ayẹwo sobusitireti SiHy ti wa ni indented labẹ awọn ipo omimimu ni kikun nipa lilo iwadii 140 nm kan fun isọdi SEM, ati awọn iṣipopada agbara ti o yọrisi ni a fi agbara mu laarin agbara (pN) ati titẹ.Idite iyapa (µm) han ni Nọmba 6a.Ti a ṣe afiwe si sobusitireti ipilẹ SiHy, ipa ipa ti lehfilcon A CL ṣe afihan ni kedere ipele iyipada kan ti o bẹrẹ ni aaye olubasọrọ pẹlu fẹlẹ polymer orita ati ipari pẹlu iyipada didasilẹ ni olubasọrọ isamisi ite ti sample pẹlu ohun elo ti o wa ni abẹlẹ.Apakan iyipada yii ti ohun ti tẹ agbara ṣe afihan ihuwasi rirọ nitootọ ti fẹlẹ polima ti eka lori dada, bi a ti jẹri nipasẹ titẹ funmorawon ni pẹkipẹki atẹle ti tẹ ẹdọfu ati iyatọ ninu awọn ohun-ini ẹrọ laarin ilana fẹlẹ ati ohun elo SiHy nla.Nigbati o ba ṣe afiwe lefilcon.Iyapa ti aropin ipari ti fẹlẹ polymer ti ẹka ni aworan STEM ti PCS (Fig. 3a) ati ipa ipa rẹ lẹgbẹẹ abscissa ni aworan 3a.6a fihan pe ọna naa ni anfani lati rii sample ati polima ti o ni ẹka ti o de oke oke ti dada.Olubasọrọ laarin fẹlẹ ẹya.Ni afikun, isunmọ isunmọ ti awọn iyipo agbara tọkasi ko si ipa idaduro omi.Ni idi eyi, ko si ifaramọ rara laarin abẹrẹ ati oju ti ayẹwo naa.Awọn apakan ti o ga julọ ti awọn iyipo agbara fun awọn ayẹwo meji ni lqkan, ti n ṣe afihan ibajọra ti awọn ohun-ini ẹrọ ti awọn ohun elo sobusitireti.
(a) AFM nanoindentation agbara ekoro fun lehfilcon A CL sobsitireti ati SiHy sobsitireti, (b) ipa ekoro ti o nfihan ifoju ojuami olubasọrọ lilo awọn isale ariwo ala ọna.
Lati le ṣe iwadi awọn alaye ti o dara julọ ti iṣipopada agbara, igbiyanju ẹdọfu ti lehfilcon A CL ayẹwo ni a tun ṣe ipinnu ni Ọpọtọ 6b pẹlu agbara ti o pọju ti 50 pN pẹlu y-axis.Iyaworan yii n pese alaye pataki nipa ariwo isale atilẹba.Ariwo naa wa ni iwọn ± 10 pN, eyiti o lo lati pinnu deede aaye olubasọrọ ati ṣe iṣiro ijinle indentation.Gẹgẹbi a ti royin ninu awọn iwe-kikọ, idanimọ awọn aaye olubasọrọ jẹ pataki lati ṣe iṣiro deede awọn ohun-ini ohun elo bii modulus85.Ọna kan ti o kan sisẹ adaṣe ti data ipipa agbara ti ṣe afihan imudara ilọsiwaju laarin ibamu data ati awọn wiwọn pipo fun awọn ohun elo rirọ86.Ninu iṣẹ yii, yiyan awọn aaye ti olubasọrọ jẹ rọrun ati ohun to, ṣugbọn o ni awọn idiwọn rẹ.Ọna Konsafetifu wa lati pinnu aaye olubasọrọ le ja si awọn iye modulus aṣeju die-die fun awọn ijinle indentation kekere (<100 nm).Lilo wiwa ibi-ifọwọkan orisun-allugoridimu ati sisẹ data adaṣe le jẹ itesiwaju iṣẹ yii ni ọjọ iwaju lati ni ilọsiwaju ọna wa siwaju.Bayi, fun ariwo abẹlẹ inu lori aṣẹ ti ± 10 pN, a ṣe alaye aaye olubasọrọ bi aaye data akọkọ lori x-axis ni Nọmba 6b pẹlu iye ti ≥10 pN.Lẹhinna, ni ibamu pẹlu ẹnu-ọna ariwo ti 10 pN, laini inaro ni ipele ti ~ 0.27 µm samisi aaye ti olubasọrọ pẹlu dada, lẹhin eyi ti iha gigun tẹsiwaju titi ti sobusitireti yoo pade ijinle indentation ti ~ 270 nm.O yanilenu, ti o da lori iwọn awọn ẹya ara ẹrọ fẹlẹ polymer ti eka (300-400 nm) ti a ṣe iwọn lilo ọna aworan, ijinle indentation ti CL lehfilcon Ayẹwo ti a ṣe akiyesi nipa lilo ọna ẹnu-ọna ariwo isale jẹ nipa 270 nm, eyiti o sunmọ pupọ si iwọn wiwọn pẹlu STEM.Awọn abajade wọnyi siwaju sii jẹrisi ibamu ati iwulo ti apẹrẹ ati iwọn ti imọran iwadii AFM fun indentation ti rirọ pupọ ati rirọ ti o ga julọ ti eka fẹlẹ polymer.Data yii tun pese ẹri ti o lagbara lati ṣe atilẹyin ọna wa ti lilo ariwo isale bi iloro fun awọn aaye olubasọrọ pinpoint.Nitorinaa, eyikeyi awọn abajade pipo ti o gba lati inu awoṣe mathematiki ati ibamu ohun ti tẹ yẹ yẹ ki o jẹ deede.
Awọn wiwọn pipo nipasẹ awọn ọna nanoindentation AFM jẹ igbẹkẹle patapata lori awọn awoṣe mathematiki ti a lo fun yiyan data ati itupalẹ atẹle.Nitorinaa, o ṣe pataki lati gbero gbogbo awọn ifosiwewe ti o ni ibatan si yiyan ti indinter, awọn ohun-ini ohun elo ati awọn ẹrọ ti ibaraenisepo wọn ṣaaju yiyan awoṣe kan pato.Ni ọran yii, geometry sample ti ṣe akiyesi ni pẹkipẹki nipa lilo awọn micrographs SEM (Fig. 1), ati da lori awọn abajade, 140 nm iwọn ila opin AFM nanoindenting pẹlu konu lile ati geometry iyipo iyipo jẹ yiyan ti o dara fun sisọ awọn apẹẹrẹ lehfilcon A CL79 .Ohun pataki miiran ti o nilo lati ṣe ayẹwo ni pẹkipẹki ni rirọ ti ohun elo polima ti n ṣe idanwo.Botilẹjẹpe data akọkọ ti nanoindentation (Figs. 5a ati 6a) ṣe alaye kedere awọn ẹya ara ẹrọ ti agbekọja ti ẹdọfu ati awọn iha titẹ, ie, imularada rirọ pipe ti ohun elo, o ṣe pataki pupọ julọ lati jẹrisi iseda rirọ mimọ ti awọn olubasọrọ. .Ni ipari yii, awọn indentations itẹlera meji ni a ṣe ni ipo kanna lori oju ti ayẹwo lehfilcon A CL ni iwọn indentation ti 1 µm/s labẹ awọn ipo hydration ni kikun.Abajade agbara tẹ data ti han ni ọpọtọ.7 ati, bi o ti ṣe yẹ, awọn imugboroja ati awọn iṣipopada titẹkuro ti awọn atẹjade meji naa fẹrẹ jẹ aami kanna, ti n ṣe afihan rirọ giga ti ẹya-ara fẹlẹfẹlẹ polymer.
Awọn igun ipa indentation meji ni ipo kanna ni oke ti lehfilcon A CL ṣe afihan rirọ ti o dara julọ ti dada lẹnsi.
Da lori alaye ti a gba lati awọn aworan SEM ati STEM ti imọran iwadii ati lehfilcon A CL dada, ni atele, awoṣe cone-Sphere jẹ aṣoju mathematiki ti o ni oye ti ibaraenisepo laarin imọran iwadii AFM ati ohun elo polymer rirọ ti a ni idanwo.Ni afikun, fun awoṣe konu-Sphere yii, awọn arosinu ipilẹ nipa awọn ohun-ini rirọ ti ohun elo ti a tẹjade jẹ otitọ fun ohun elo biomimetic tuntun ati pe a lo lati ṣe iwọn modulus rirọ.
Lẹhin igbelewọn okeerẹ ti ọna nanoindentation AFM ati awọn paati rẹ, pẹlu awọn ohun-ini iwadii indentation (apẹrẹ, iwọn, ati lile orisun omi), ifamọ (ariwo ẹhin ati iṣiro aaye olubasọrọ), ati awọn awoṣe ibamu data (awọn wiwọn modulus pipo), ọna naa jẹ lo.ṣe apejuwe awọn ayẹwo rirọ ultra ti o wa ni iṣowo lati jẹrisi awọn abajade iwọn.Polyacrylamide ti iṣowo (PAAM) hydrogel pẹlu modulus rirọ ti 1 kPa ni idanwo labẹ awọn ipo omimimi nipa lilo iwadii 140 nm kan.Awọn alaye ti idanwo module ati awọn iṣiro ni a pese ni Alaye Afikun.Awọn abajade fihan pe iwọn iwọn apapọ jẹ 0.92 kPa, ati% RSD ati ipin ogorun (%) lati inu modulus ti a mọ jẹ kere ju 10%.Awọn abajade wọnyi jẹrisi deede ati atunṣe ti ọna AFM nanoindentation ti a lo ninu iṣẹ yii lati wiwọn moduli ti awọn ohun elo ultrasoft.Awọn ipele ti awọn ayẹwo lehfilcon A CL ati sobusitireti ipilẹ SiHy ni a ṣe afihan siwaju ni lilo ọna AFM nanoindentation kanna lati ṣe iwadi modulus olubasọrọ ti o han ti dada ultrasoft gẹgẹbi iṣẹ ti ijinle indentation.Awọn iṣipa iyapa agbara indentation ni ipilẹṣẹ fun awọn apẹẹrẹ mẹta ti iru kọọkan (n = 3; indentation fun apẹẹrẹ) ni agbara 300 pN, iyara ti 1 µm/s, ati hydration ni kikun.Igi pinpin ipa indentation jẹ isunmọ nipa lilo awoṣe konu-Sphere.Lati gba modulus ti o da lori ijinle indentation, ipin 40 nm jakejado ti ohun ti tẹ agbara ni a ṣeto ni ilosoke kọọkan ti 20 nm ti o bẹrẹ lati aaye ti olubasọrọ, ati awọn iye iwọn ti modulus ni igbesẹ kọọkan ti titẹ agbara.Spin Cy et al.Ọna ti o jọra ni a ti lo lati ṣe afihan iwọn iwọn modulus ti poly(lauryl methacrylate) (P12MA) awọn gbọnnu polima nipa lilo imudani AFM colloidal nanoindentation, ati pe wọn wa ni ibamu pẹlu data nipa lilo awoṣe olubasọrọ Hertz.Ọna yii n pese idite kan ti modulus olubasọrọ ti o han gbangba (kPa) dipo ijinle indentation (nm), bi o ṣe han ni Nọmba 8, eyiti o ṣe afihan ifarahan olubasọrọ modulus/ijinlẹ ijinle.Iwọn rirọ iṣiro ti CL lehfilcon Ayẹwo Ayẹwo wa ni iwọn 2-3 kPa laarin oke 100 nm ti apẹẹrẹ, kọja eyiti o bẹrẹ lati pọ si pẹlu ijinle.Ni apa keji, nigba idanwo sobusitireti ipilẹ SiHy laisi fiimu ti o dabi fẹlẹ lori dada, ijinle indentation ti o pọju ti o waye ni agbara ti 300 pN kere ju 50 nm, ati pe iye modulus ti a gba lati inu data jẹ nipa 400 kPa. , eyiti o jẹ afiwera si awọn iye ti modulus ọdọ fun awọn ohun elo olopobobo.
Mọdusi olubasọrọ ti o han gbangba (kPa) vs. ijinle indentation (nm) fun lehfilcon A CL ati awọn sobusitireti SiHy ni lilo ọna nanoindentation AFM pẹlu geometry konu-sphere lati wiwọn modulus.
Ilẹ ti o ga julọ ti aramada biomimetic ti ẹka fẹlẹ polima ṣe afihan modulus kekere ti rirọ (2–3 kPa).Eyi yoo baramu opin ikele ọfẹ ti fẹlẹ polymer orita bi a ṣe han ninu aworan STEM.Lakoko ti ẹri diẹ wa ti gradient modulus ni eti ita ti CL, sobusitireti modulus giga akọkọ jẹ ipa diẹ sii.Bibẹẹkọ, oke 100 nm ti dada wa laarin 20% ti ipari lapapọ ti fẹlẹ polima ti ẹka, nitorinaa o jẹ oye lati ro pe awọn iye wiwọn ti modulus ni iwọn ijinle indentation yii jẹ deede ati pe ko ni agbara da lori ipa ti nkan isale.
Nitori apẹrẹ biomimetic alailẹgbẹ ti awọn lẹnsi olubasọrọ ti lehfilcon A, ti o ni awọn ẹya PMPC polima ti o ni awọn ẹya ti a tirun sori dada ti awọn sobusitireti SiHy, o nira pupọ lati ni igbẹkẹle awọn ohun-ini ẹrọ ti awọn ẹya dada wọn nipa lilo awọn ọna wiwọn ibile.Nibi a ṣe afihan ọna AFM to ti ni ilọsiwaju nanoindentation fun ṣiṣe deede awọn ohun elo rirọ ultra bi lefilcon A pẹlu akoonu omi ti o ga ati rirọ giga julọ.Ọna yii da lori lilo iwadii AFM kan ti iwọn ipari rẹ ati jiometirika ni a yan ni pẹkipẹki lati baamu awọn iwọn igbekalẹ ti awọn ẹya dada rirọ ultra lati wa ni titẹ.Ijọpọ ti awọn iwọn laarin iwadii ati igbekalẹ n pese ifamọ pọ si, gbigba wa laaye lati wiwọn modulus kekere ati awọn ohun-ini rirọ ti awọn eroja fẹlẹ polima ti ẹka, laibikita awọn ipa poroelastic.Awọn abajade fihan pe awọn gbọnnu polima PMPC alailẹgbẹ ti o jẹ ihuwasi ti dada lẹnsi ni modulus rirọ kekere pupọ pupọ (to 2 kPa) ati rirọ giga pupọ (o fẹrẹ to 100%) nigba idanwo ni agbegbe olomi.Awọn abajade ti AFM nanoindentation tun gba wa laaye lati ṣe apejuwe modulus olubasọrọ ti o han gbangba / gradient ijinle (30 kPa/200 nm) ti oju lẹnsi biomimetic.Gidiẹdi yii le jẹ nitori iyatọ modulus laarin awọn gbọnnu polima ti eka ati sobusitireti SiHy, tabi ọna ti eka / iwuwo ti awọn gbọnnu polima, tabi apapo rẹ.Bibẹẹkọ, awọn iwadii ijinlẹ siwaju ni a nilo lati loye ni kikun ibatan laarin eto ati awọn ohun-ini, ni pataki ipa ti ẹka fẹlẹ lori awọn ohun-ini ẹrọ.Awọn wiwọn ti o jọra le ṣe iranlọwọ ṣe apejuwe awọn ohun-ini ẹrọ ti dada ti awọn ohun elo rirọ ultra miiran ati awọn ẹrọ iṣoogun.
Awọn ipilẹ data ti ipilẹṣẹ ati/tabi atupale lakoko iwadii lọwọlọwọ wa lati ọdọ awọn onkọwe oniwun lori ibeere ti o tọ.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. ati Haugen, HJ Awọn aati ti ara si awọn ohun-ini ti ara ati kemikali ti awọn ipele ti biomaterials.Kemikali.awujo.Ed.Ọdun 49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM ati Liu, X. Imudara ti awọn ohun elo ti ara ẹni ti eniyan fun imọ-ẹrọ ti ara.siseto.polima.ijinle sayensi.53, 86 (2016).
Sadtler, K. et al.Apẹrẹ, imuse ile-iwosan, ati idahun ajẹsara ti awọn ohun elo biomaterials ni oogun isọdọtun.Orile-ede Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK ati Farr GM Ọna ilọsiwaju fun ṣiṣe ipinnu líle ati modulu rirọ nipa lilo awọn adanwo indentation pẹlu fifuye ati awọn wiwọn gbigbe.J. Alma mater.ojò ipamọ.Ọdun 7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Awọn ipilẹṣẹ itan ti idanwo líle indentation.omo ile iwe.ijinle sayensi.awọn imọ-ẹrọ.28, 1028-1044 (2012).
Broitman, E. Awọn wiwọn Lile Indentation ni Macro-, Micro-, ati Nanoscale: Atunwo Ipilẹ.ẹyà.Wright.65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD ati Clapperich, Awọn aṣiṣe wiwa dada SM yori si iwọn apọju modulus ni nanoindentation ti awọn ohun elo rirọ.J. Mecha.Iwa.Biomedical Imọ.omo ile iwe.2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollakhi MR, Bushroa AR ati Yahya M.Yu.Iṣiroye ọna nanoindentation fun ṣiṣe ipinnu awọn abuda ẹrọ ti awọn nanocomposites orisirisi nipa lilo awọn ọna idanwo ati iṣiro.ijinle sayensi.Ile 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, ati Owart, TS Mechanical karakitariasesonu ti rirọ viscoelastic gels nipa indentation ati ti o dara ju-orisun onidakeji opin eroja.J. Mecha.Iwa.Biomedical Imọ.omo ile iwe.2, 355-363 (2009).
Andrews JW, Bowen J ati Chaneler D. Imudara ti ipinnu viscoelasticity nipa lilo awọn ọna wiwọn ibaramu.Ọrọ asọ 9, 5581-5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. ati Pellillo, E. Nanoindentation ti awọn ipele polymeric.J. Fisiksi.D. Waye fun fisiksi.31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. ati Van Vliet KJ Iwa ti awọn ohun-ini ẹrọ viscoelastic ti awọn polima rirọ ti o ga julọ ati awọn tissu ti ibi nipa lilo indentation mọnamọna.Iwe akosile ti Biomaterials.71, 388-397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Igbelewọn ti rirọ modulus ati iṣẹ adhesion ti awọn ohun elo rirọ lilo awọn gbooro Borodich-Galanov (BG) ọna ati ki o jin indentation.onírun.omo ile iwe.Ọdun 129, 198–213 (2019).
Shi, X. et al.Mofoloji Nanoscale ati awọn ohun-ini ẹrọ ti awọn roboto biomimetic polymeric ti awọn lẹnsi olubasọrọ silikoni hydrogel.Langmuir 37, 13961–13967 (2021).