Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com.Tá tú ag baint úsáide as leagan brabhsálaí a bhfuil tacaíocht CSS teoranta aige.Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó Mód Comhoiriúnachta a dhíchumasú in Internet Explorer).Ina theannta sin, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, taispeánann muid an suíomh gan stíleanna agus JavaScript.
Taispeánann sé timpeallán de thrí shleamhnán ag an am céanna.Bain úsáid as na cnaipí Roimhe agus Ar Aghaidh chun bogadh trí thrí shleamhnán ag an am, nó bain úsáid as na cnaipí sleamhnáin ag an deireadh chun bogadh trí thrí shleamhnán ag an am.
Le forbairt na n-ábhar ultra-bhog nua le haghaidh feistí leighis agus feidhmeanna bithleighis, tá tréithriú cuimsitheach a n-airíonna fisiceacha agus meicniúla tábhachtach agus dúshlánach araon.Cuireadh i bhfeidhm teicníc mionathraithe micreascópachta fórsa adamhach (AFM) chun modal dromchla an-íseal an lehfilcon nua Lionsa teagmhála hidrogel silicone bithimiméadach atá brataithe le sraith de struchtúir scuab polaiméire brainseach a shainiú.Ceadaíonn an modh seo pointí teagmhála a chinneadh go beacht gan éifeachtaí easbhrúite slaodach agus iad ag druidim le polaiméirí brainseach.Ina theannta sin, is féidir tréithe meicniúla na n-eilimintí scuab aonair a chinneadh gan éifeacht poroelasticity.Baintear é seo amach trí thaiscéalaí AFM a roghnú le dearadh (méid an tip, céimseata agus ráta earraigh) atá oiriúnach go háirithe chun airíonna ábhar bog agus samplaí bitheolaíocha a thomhas.Feabhsaíonn an modh seo íogaireacht agus cruinneas chun an t-ábhar an-bhog lehfilcon A a thomhas go cruinn, a bhfuil modulus an-íseal de leaisteachas ar an achar dromchla (suas le 2 kPa) agus leaisteachas an-ard sa timpeallacht uiscí inmheánach (beagnach 100%). .Ní hamháin gur léirigh torthaí an staidéir dromchla airíonna dromchla ultra-bhog an lionsa lehfilcon A, ach léirigh siad freisin go raibh modulus na scuaba polaiméire brainseach inchomparáide leis an tsubstráit sileacain-hidrigine.Is féidir an teicníc tréithrithe dromchla seo a chur i bhfeidhm ar ábhair ultra-bhog eile agus ar fheistí leighis.
Is minic a chinneann an timpeallacht bhitheolaíoch airíonna meicniúla ábhair atá deartha le haghaidh teagmháil dhíreach le fíochán beo.Cuidíonn meaitseáil foirfe na n-airíonna ábhair seo le tréithe cliniciúla inmhianaithe an ábhair a bhaint amach gan freagairtí díobhálacha ceallacha1,2,3 a chruthú.Maidir le mórchóir ábhar aonchineálach, tá sé sách éasca airíonna meicniúla a thréithriú mar gheall ar nósanna imeachta caighdeánacha agus modhanna tástála a bheith ar fáil (eg, microindentation4,5,6).Mar sin féin, maidir le hábhair ultra-bhog amhail glóthacha, hidrigéil, bithpholaiméirí, cealla beo, etc., ní bhíonn na modhanna tástála seo infheidhme go ginearálta mar gheall ar theorainneacha réitigh tomhais agus neamhaonchineálacht roinnt ábhar7.Thar na blianta, rinneadh modhanna eangaithe traidisiúnta a mhodhnú agus a oiriúnú chun raon leathan ábhar bog a thréithriú, ach tá go leor modhanna fós ag fulaingt ó easnaimh thromchúiseacha a chuireann teorainn lena n-úsáid8,9,10,11,12,13.Cuireann easpa modhanna tástála speisialaithe ar féidir tréithe meicniúla ábhar supersoft agus sraitheanna dromchla a shaintréithe go cruinn agus go hiontaofa a n-úsáid in iarratais éagsúla a theorannú go mór.
Inár gcuid oibre roimhe seo, thugamar isteach an lionsa teagmhála lehfilcon A (CL), ábhar bog ilchineálach leis na hairíonna dromchla ultra-bhog go léir a dhíorthaítear ó dhearaí a d'fhéadfadh a bheith bithmhiméadach spreagtha ag dromchla cornea na súl.Forbraíodh an bithábhar seo trí chiseal polaiméire brainseach, tras-nasctha de pholai(2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine (MPC)) (PMPC) a ghreamú ar hidreagall silicone (SiHy) 15 atá deartha le haghaidh feistí leighis bunaithe ar.Cruthaíonn an próiseas grafála seo ciseal ar an dromchla comhdhéanta de struchtúr scuab polaiméire brainseach an-bhog agus an-leaisteach.Dhearbhaigh ár n-obair roimhe seo go soláthraíonn struchtúr bithmhiméadach lehfilcon A CL airíonna dromchla níos fearr, mar shampla feabhas ar fhliuchadh agus ar shúchán a chosc, lubricity méadaithe, agus greamaitheacht laghdaithe cille agus baictéarach15,16.Ina theannta sin, tugann úsáid agus forbairt an ábhair bhithmhiomach seo le fios freisin go leathnófaí tuilleadh chuig gléasanna bithleighis eile.Dá bhrí sin, tá sé ríthábhachtach airíonna dromchla an ábhair ultra-bhog seo a shainiú agus a idirghníomhú meicniúil leis an tsúil a thuiscint chun bonn eolais cuimsitheach a chruthú chun tacú le forbairtí agus le hiarratais sa todhchaí.Tá an chuid is mó de lionsaí teagmhála SiHy atá ar fáil ar bhonn tráchtála comhdhéanta de mheascán aonchineálach de pholaiméirí hidreafaileacha agus hidreafóbach a fhoirmíonn struchtúr aonfhoirmeach ábhair17.Rinneadh roinnt staidéar chun imscrúdú a dhéanamh ar a n-airíonna meicniúla trí úsáid a bhaint as modhanna traidisiúnta tástála comhbhrú, teanntachta agus micreangaithe18,19,20,21.Mar sin féin, mar gheall ar dhearadh bithmhiméadach nua lehfilcon A CL, is ábhar ilchineálach uathúil é ina bhfuil difríocht shuntasach idir airíonna meicniúla na struchtúr scuab polaiméire brainseach agus iad siúd atá ag bunshraith SiHy.Dá bhrí sin, tá sé an-deacair na hairíonna seo a chainníochtú go cruinn trí úsáid a bhaint as modhanna traidisiúnta agus eangaithe.Úsáideann modh tuar dóchais inti an modh tástála nanoindentation a cuireadh i bhfeidhm i micreascópacht fórsa adamhach (AFM), modh a úsáideadh chun airíonna meicniúla ábhair viscoelastic bog a chinneadh, mar shampla cealla bitheolaíocha agus fíocháin, chomh maith le polaiméirí bog22,23,24,25. .,26,27,28,29,30.I nanaidentation AFM, déantar bunghnéithe na tástála nana-anainteachta a chomhcheangal leis an dul chun cinn is déanaí i dteicneolaíocht AFM chun íogaireacht mhéadaithe tomhais agus tástáil a sholáthar ar raon leathan ábhar sárbhog ó dhúchas31,32,33,34,35,36.Ina theannta sin, cuireann an teicneolaíocht buntáistí tábhachtacha eile trí úsáid a bhaint as geoiméadracht éagsúla.indenter agus taiscéalaí agus an fhéidearthacht tástáil a dhéanamh i meáin leachtacha éagsúla.
Is féidir nanoindentation AFM a roinnt go coinníollach i dtrí phríomhchuid: (1) trealamh (braiteoirí, brathadóirí, tóireadóirí, etc.);(2) paraiméadair tomhais (cosúil le fórsa, díláithriú, luas, méid rampaí, etc.);(3) Próiseáil sonraí (ceartú bunlíne, meastachán pointe tadhaill, feistiú sonraí, samhaltú, etc.).Fadhb shuntasach leis an modh seo is ea go dtuairiscíonn staidéir éagsúla sa litríocht a úsáideann nanaidentation AFM torthaí cainníochtúla an-difriúla don chineál sampla/cill/ábhar céanna37,38,39,40,41.Mar shampla, Lekka et al.Rinneadh staidéar agus comparáid ar thionchar céimseata taiscéalaithe AFM ar mhodal tomhaiste Young de shamplaí de hidrigil aonchineálach agus de chealla ilchineálacha.Tuairiscíonn siad go bhfuil luachanna modulus ag brath go mór ar roghnú cantilever agus cruth tip, leis an luach is airde do thaiscéalaí cruth pirimid agus an luach is ísle de 42 le haghaidh taiscéalaí sféarúil.Mar an gcéanna, Selhuber-Unkel et al.Tá sé léirithe conas a théann an luas indenter, méid fleasc agus tiús na samplaí polyacrylamide (PAAM) i bhfeidhm ar mhodal Young's arna thomhas ag ACM43 nanoindentation.Fachtóir casta eile is ea an easpa ábhar caighdeánach tástála modúil thar a bheith íseal agus nósanna imeachta tástála saor in aisce.Fágann sé seo go bhfuil sé an-deacair torthaí cruinne a fháil go muiníneach.Mar sin féin, tá an modh an-úsáideach le haghaidh tomhais choibhneasta agus meastóireachtaí comparáideacha idir cineálacha samplacha comhchosúla, mar shampla ag baint úsáide as AFM nanoindentation chun idirdhealú a dhéanamh ar chealla gnáth ó chealla ailse 44, 45 .
Nuair a bhíonn ábhair bhoga á dtástáil le nanaidentation AFM, is é an riail ghinearálta ná taiscéalaí le tairiseach lingeáin íseal (k) a úsáid a mheaitseálann go dlúth leis an modúl samplach agus le barr leathsféarúil/cruinn ionas nach gcuirfidh an chéad taiscéalaí na dromchlaí samplacha ar aghaidh. an chéad teagmháil le hábhair bhog.Tá sé tábhachtach freisin go mbeadh an comhartha sraonaidh ginte ag an taiscéalaí láidir go leor le go n-aimseoidh an córas braite léasair é24,34,46,47.I gcás cealla ilchineálacha ultra-bhog, fíocháin agus glóthacha, is dúshlán eile é an fórsa greamaitheach idir an probe agus an dromchla samplach a shárú chun tomhais in-atáirgthe agus iontaofa48,49,50 a chinntiú.Go dtí le déanaí, dhírigh an chuid is mó den obair ar naindentation AFM ar staidéar a dhéanamh ar iompar meicniúil cealla bitheolaíocha, fíocháin, glóthacha, hidrogels, agus bithmhóilíní ag baint úsáide as tóireadóirí sféarúla sách mór, ar a dtugtar tóireadóirí colóideach (CPanna) go coitianta., 47, 51, 52, 53, 54, 55. Tá ga 1 go 50 µm ag na leideanna seo agus déantar iad go coitianta as gloine borosilicate, methacrylate polymethyl (PMMA), polaistiréin (PS), dé-ocsaíd sileacain (SiO2) agus Diamond- cosúil le carbóin (DLC).Cé gur minic gurb é nanoindentation CP-AFM an chéad rogha le haghaidh tréithriú samplaí boga, tá a chuid fadhbanna agus teorainneacha féin aige.Méadaíonn úsáid leideanna sféarúla móra, micreanmhéide, limistéar teagmhála iomlán an rinn leis an sampla agus mar thoradh air sin caillteanas suntasach ar réiteach spásúil.I gcás eiseamail bhog, neamhaonchineálacha, áit a bhféadfadh difríocht shuntasach a bheith idir airíonna meicniúla na n-eilimintí áitiúla agus an meán thar limistéar níos leithne, is féidir le eangú CP aon neamhaonchineálacht in réadmhaoine ar scála áitiúil a cheilt52.Go hiondúil déantar tóireadóirí colóideach trí sféir cholóideacha miocrón a cheangal le ceantálaithe gan smál ag baint úsáide as greamacháin eapocsa.Tá an próiseas déantúsaíochta féin lán le go leor fadhbanna agus is féidir go dtiocfadh neamhréireachtaí sa phróiseas calabraithe taiscéalaithe dá bharr.Ina theannta sin, bíonn tionchar díreach ag méid agus mais na gcáithníní collóideach ar phríomhpharaiméadair chalabrú an cantilever, mar shampla minicíocht athshondach, stiffness earraigh, agus íogaireacht sraonaidh56,57,58.Mar sin, d’fhéadfadh sé nach soláthraíonn modhanna a úsáidtear go coitianta do tóireadóirí traidisiúnta AFM, amhail calabrú teochta, calabrú cruinn do CP, agus d’fhéadfadh go mbeadh gá le modhanna eile chun na ceartúcháin seo a dhéanamh57, 59, 60, 61. Úsáideann gnáth-turgnaimh eangaithe CP diallais mhóra ceantileabhra go staidéar a dhéanamh ar airíonna samplaí boga, rud a chruthaíonn fadhb eile agus iompar neamhlíneach an cantilever á chalabrú ag diallais sách mór62,63,64.De ghnáth cuireann modhanna eangaithe tóire collóideacha san áireamh céimseata an cantilever a úsáidtear chun an taiscéalaí a chalabrú, ach neamhaird a dhéanamh ar thionchar na gcáithníní collóideacha, rud a chruthaíonn éiginnteacht bhreise maidir le cruinneas an mhodha38,61.Mar an gcéanna, tá modúil leaisteacha arna ríomh trí fheistiú múnla teagmhála ag brath go díreach ar chéimseata an taiscéalaí eangaithe, agus d'fhéadfadh míchruinneas a bheith mar thoradh ar mhí-oiriúnú idir tréithe dromchla an rinn agus an tsampla27, 65, 66, 67, 68. Roinnt oibre le déanaí le Spencer et al.Aibhsítear na fachtóirí ar chóir a chur san áireamh agus scuaba polaiméire boga á n-úsáid ag baint úsáide as modh nana-naintínte CP-AFM.Thuairiscigh siad go dtagann méadú ar luchtú cloigeann de bharr sreabhán slaodach a choinneáil i scuaba polaiméire mar fheidhm luais agus mar sin déantar tomhais dhifriúla ar airíonna a bhraitheann ar luas30,69,70,71.
Sa staidéar seo, tá modulus dromchla an ábhair ultra-bhog an-leaisteach lehfilcon A CL ag baint úsáide as modh nanoindentation AFM modhnaithe.I bhfianaise airíonna agus struchtúr nua an ábhair seo, is léir nach leor raon íogaireachta an mhodha eangaithe traidisiúnta chun modulus an ábhair thar a bheith bog seo a shainiú, agus mar sin is gá modh nanoindentation AFM a úsáid le híogaireacht níos airde agus íogaireacht níos ísle.leibhéal.Tar éis athbhreithniú a dhéanamh ar easnaimh agus ar fhadhbanna na dteicnící nana-naindúnadh probe AFM collóideach atá ann cheana féin, léirímid cén fáth a roghnaigh muid taiscéalaí AFM níos lú, saincheaptha chun deireadh a chur le híogaireacht, torann cúlra, pointe teagmhála bioráin, modulus treoluas na n-ábhar bog ilchineálach cosúil le coinneáil sreabhán a thomhas. spleáchas.agus cainníochtú cruinn.Ina theannta sin, bhíomar in ann cruth agus toisí an rinn eangaithe a thomhas go cruinn, rud a chuir ar ár gcumas an tsamhail oiriúnach cón-sféar a úsáid chun modúl leaisteachas a chinneadh gan achar teagmhála an rinn leis an ábhar a mheasúnú.Is iad an dá bhonn tuisceana intuigthe a dhéantar a chainníochtú sa saothar seo ná airíonna an ábhair atá go hiomlán leaisteach agus an modúl doimhneacht eangaithe-neamhspleách.Ag baint úsáide as an modh seo, rinneamar tástáil ar chaighdeáin ultra-bhog ar dtús le modulus aitheanta chun an modh a chainníochtú, agus ansin úsáidamar an modh seo chun dromchlaí dhá ábhar lionsa tadhaill éagsúla a thréithriú.Táthar ag súil go mbeidh an modh seo chun dromchlaí nanandentation AFM le híogaireacht mhéadaithe a chur i bhfeidhm maidir le raon leathan ábhar ultrasoft ilchineálach bithimiméadach a d'fhéadfaí a úsáid i bhfeistí leighis agus in iarratais bhithleighis.
Roghnaíodh lionsaí tadhaill Lehfilcon A (Alcon, Fort Worth, Texas, SAM) agus a bhfoshraitheanna hidrogel silicone le haghaidh turgnaimh nana-anoindentation.Úsáideadh gléas lionsa deartha go speisialta sa turgnamh.Chun an lionsa a shuiteáil le haghaidh tástála, cuireadh go cúramach é ar an seastán cruinneachán-chruthach, ag cinntiú nach bhfuair aon boilgeoga aeir taobh istigh, agus ansin socraithe leis na himill.Soláthraíonn poll sa daingneán ag barr an tsealbhóra lionsa rochtain ar lár optúil an lionsa le haghaidh turgnaimh nana-anaintín agus an leacht a choinneáil in áit.Coinníonn sé seo na lionsaí go hiomlán hiodráitithe.Baineadh úsáid as 500 μl de réiteach pacáistithe lionsa tadhaill mar réiteach tástála.Chun na torthaí cainníochtúla a fhíorú, ullmhaíodh hidrogels polyacrylamide neamhghníomhaithe (PAAM) atá ar fáil go tráchtála ó chomhdhéanamh polyacrylamide-co-methylene-bisacrylamide (100 mm miasa Petrisoft Petri, Matrigen, Irvine, CA, SAM), modulus leaisteacha aitheanta de 1 kPa.Bain úsáid as 4-5 titeann (thart ar 125 µl) de shaile maolánach fosfáit (PBS ó Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, SAM) agus 1 titim de réiteach lionsa teagmhála Puremoist OPTI-SAOR IN AISCE (Alcon, Vaud, TX, USA).) ag comhéadan hidrogel-probe AFM.
Rinneadh samplaí d’fhoshraitheanna Lehfilcon A CL agus SiHy a léirshamhlú trí úsáid a bhaint as córas Mhicreascóip Scanadh Leictreonaic Astaíochta Allamuigh (FEG SEM) de chuid FEI Quanta 250 (FEG SEM) a bhí feistithe le brathadóir Leictreoin Tarchurtha Scanta (STEM).Chun na samplaí a ullmhú, nitear na lionsaí ar dtús le huisce agus gearradh iad i ndingeanna pie-chruthach.Chun codarsnacht dhifreálach a bhaint amach idir comhpháirteanna hidrofilic agus hidreafóbach na samplaí, baineadh úsáid as tuaslagán cobhsaithe 0.10% de RuO4 mar ruaim, ina ndearnadh na samplaí a thumadh ar feadh 30 min.Tá staining lehfilcon A CL RuO4 tábhachtach, ní hamháin chun codarsnacht dhifreálach feabhsaithe a bhaint amach, ach cuidíonn sé freisin le struchtúr na scuaba polaiméire brainseach a chaomhnú ina bhfoirm bhunaidh, atá le feiceáil ansin ar íomhánna STEM.Ansin nite agus díhiodráitíodh iad i sraith de mheascáin eatánóil/uisce agus méadú ar thiúchan eatánóil.Ansin caitheadh ​​na samplaí le epocsa EMBed 812/Araldite, a leigheas thar oíche ag 70°C.Gearradh bloic samplacha a fuarthas trí pholaiméiriú roisín le ultramicrotome, agus léiríodh na hailt tanaí mar thoradh air sin le brathadóir STEM i mód ísealfholús ag voltas luasghéaraithe de 30 kV.Baineadh úsáid as an gcóras SEM céanna chun tréithriú mionsonraithe a dhéanamh ar an taiscéalaí PFQNM-LC-A-CAL AFM (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, SAM).Fuarthas íomhánna SEM den taiscéalaí AFM i mód tipiciúil ardfholús le voltas luasghéaraithe de 30 kV.Faigh íomhánna ar uillinneacha éagsúla agus ar mhéaduithe éagsúla chun na sonraí go léir a thaifeadadh maidir le cruth agus méid bharr an taiscéalaithe AFM.Tomhaiseadh gach gné spéise sna híomhánna go digiteach.
Baineadh úsáid as micreascóp fórsa adamhach Dimension FastScan Bio Icon (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, SAM) le mód “PeakForce QNM in Sreabhán” chun samplaí lehfilcon A CL, SiHy, agus hidrogel PAAm a léirshamhlú agus a nanoindentate.Le haghaidh turgnaimh íomháithe, baineadh úsáid as taiscéalaí PEAKFORCE-HIRS-FA (Bruker) le ga tip ainmniúil de 1 nm chun íomhánna ardtaifeach den sampla a ghabháil ag ráta scanadh 0.50 Hz.Tógadh na híomhánna go léir i dtuaslagán uiscí.
Rinneadh turgnaimh nanoindentation AFM ag baint úsáide as taiscéalaí PFQNM-LC-A-CAL (Bruker).Tá tip sileacain ag an taiscéalaí AFM ar cheantiléar nítríde 345 nm tiubh, 54 µm ar fad agus 4.5 µm ar leithead le minicíocht athshondach 45 kHz.Tá sé deartha go sonrach chun tomhais nanamheicniúla cainníochtúla a thréithriú agus a dhéanamh ar shamplaí boga bitheolaíocha.Déantar na braiteoirí a chalabrú ina n-aonar sa mhonarcha le socruithe earraigh réamh-chalabraithe.Bhí tairisigh lingeáin na tóireadóirí a úsáideadh sa staidéar seo sa raon 0.05–0.1 N/m.Chun cruth agus méid an rinn a chinneadh go cruinn, baineadh úsáid as SEM go mion ar an taiscéalaí.Ar fig.Taispeánann Figiúr 1a micreagraf leictreon scanadh ardtaifeach, íseal-mhéadaithe den tóireadóir PFQNM-LC-A-CAL, ag soláthar radharc iomlánaíoch ar dhearadh an taiscéalaithe.Ar fig.Taispeánann 1b radharc méadaithe de bharr bharr an taiscéalaithe, ag tabhairt faisnéise faoi chruth agus faoi mhéid an rinn.Ag an deireadh mhór, is leathsféar é an tsnáthaid thart ar 140 nm ar trastomhas (Fíor 1c).Thíos seo, barrchaolaíonn an rinn i gcruth cónúil, ag baint amach fad tomhaiste de thart ar 500 nm.Lasmuigh den réigiún barrchaolaithe, tá an rinn sorcóireach agus críochnaíonn sé le fad rinn iomlán 1.18 µm.Is é seo an phríomhchuid feidhmiúil den bharr taiscéalaithe.Ina theannta sin, úsáideadh taiscéalaí mór polaistiréin sféarúil (PS) (Novascan Technologies, Inc., Boone, Iowa, USA) le trastomhas rinn de 45 µm agus tairiseach earraigh de 2 N/m freisin le haghaidh tástála mar thaiscéalaí collóideach.le PFQNM-LC-A-CAL 140 nm probe le haghaidh comparáide.
Tuairiscíodh gur féidir leacht a bheith gafa idir an taiscéalaí AFM agus an struchtúr scuab polaiméire le linn na nanoindentation, rud a chuirfidh fórsa aníos ar an taiscéalaí AFM sula mbainfidh sé teagmháil iarbhír leis an dromchla69.Is féidir leis an éifeacht easbhrúite slaodach seo mar gheall ar choinneáil sreabhán an pointe teagmhála dealraitheach a athrú, rud a chuireann isteach ar thomhais an mhodúil dromchla.Chun staidéar a dhéanamh ar éifeacht céimseata taiscéalaithe agus luas eangaithe ar choinneáil sreabhán, rinneadh cuair fórsa eangaithe a bhreacadh le haghaidh samplaí CL lehfilcon A ag baint úsáide as taiscéalaí trastomhas 140 nm ag rátaí díláithrithe tairiseacha 1 µm/s agus 2 µm/s.trastomhas taiscéalaithe 45 µm, socrú fórsa fosaithe 6 nN bainte amach ag 1 µm/s.Rinneadh turgnaimh le taiscéalaí 140 nm ar trastomhas ag luas eangaithe 1 µm/s agus fórsa socraithe 300 pN, a roghnaíodh chun brú teagmhála a chruthú laistigh den raon fiseolaíoch (1–8 kPa) den eyelid uachtair.brú 72. Tástáladh samplaí bog réidh de hidrogel PAA le brú 1 kPa le haghaidh fórsa eangaithe 50 pN ag luas 1 μm/s ag baint úsáide as taiscéalaí le trastomhas 140 nm.
Ós rud é go bhfuil fad an chuid chónúil de bharr an tóireadóir PFQNM-LC-A-CAL thart ar 500 nm, d'aon doimhneacht eangaithe < 500 nm is féidir glacadh leis go sábháilte go bhfanfaidh céimseata an taiscéalaí le linn eangaithe dílis dá cruth cón.Ina theannta sin, glactar leis go dtaispeánfaidh dromchla an ábhair atá faoi thástáil freagra leaisteacha inchúlaithe, a dheimhneofar sna hailt seo a leanas freisin.Dá bhrí sin, ag brath ar chruth agus méid an rinn, roghnaigh muid an tsamhail feistiú cón-sféar a d'fhorbair Briscoe, Sebastian agus Adams, atá ar fáil i mbogearraí an díoltóra, chun ár dturgnaimh nanoindentation AFM (NanoScope) a phróiseáil.Bogearraí anailíse sonraí deighilte, Bruker) 73. Déanann an tsamhail cur síos ar an ngaolmhaireacht fórsa-díláithriú F(δ) do chón a bhfuil fabht apex sféarúil air.Ar fig.Taispeánann Figiúr 2 an chéimseata teagmhála le linn idirghníomhú cón docht le tip sféarúil, áit a bhfuil R ga an rinn sféarúil, is é a an ga teagmhála, is é b an ga teagmhála ag deireadh an rinn sféarúil, is é δ an ga teagmhála.doimhneacht eangú, is é θ leathuillinn an chóin.Léiríonn íomhá SEM an taiscéalaí seo go soiléir go bhfuil an rinn sféarúil trastomhas 140 nm ag nascadh go tadhlaíoch isteach i gcón, mar sin ní shainítear anseo b ach trí R, ie b = R cos θ.Soláthraíonn na bogearraí a sholáthraíonn an díoltóir caidreamh cón-sféar chun luachanna modulus (E) Young a ríomh ó shonraí scaradh fórsa ag glacadh leis a > b.Gaol:
áit arb é F an fórsa eangaithe, is é E modulus Young, is é ν cóimheas Poisson.Is féidir an ga teagmhála a a mheas trí úsáid a bhaint as:
Scéim na céimseata teagmhála de chón docht le barr sféarúil brúite isteach in ábhar lionsa teagmhála Lefilcon le ciseal dromchla de scuaba polaiméire brainseach.
Más a ≤ b, laghdaítear an gaol leis an gcothromóid le haghaidh gnáthfhleasc sféarúil;
Creidimid go mbeidh an ga teagmhála a níos mó ná an ga teagmhála sféarúil b mar gheall ar idirghníomhaíocht an taiscéalaí eangaithe le struchtúr brainseach an scuab polaiméire PMPC.Mar sin, maidir le gach tomhas cainníochtúil ar an modúl leaisteacha a rinneadh sa staidéar seo, d'úsáideamar an spleáchas a fuarthas do chás a > b.
Rinneadh íomhánna cuimsitheacha ar na hábhair bhithmhiomacha ultrasoft a ndearnadh staidéar orthu sa staidéar seo agus úsáid á baint as micreascópacht leictreoin tarchurtha scanadh (STEM) den trasghearradh samplach agus micreascópacht fórsa adamhach (AFM) den dromchla.Rinneadh an tréithriú dromchla mionsonraithe seo mar shíneadh ar ár gcuid oibre a foilsíodh roimhe seo, inar chinneamar go raibh airíonna meicniúla comhchosúla ag an struchtúr scuab polaiméireach brainseach den dromchla lehfilcon A CL modhnaithe PMPC agus fíochán coirne dúchais 14 .Ar an ábhar sin, tagraimid do dhromchlaí lionsaí tadhaill mar ábhair bhithimiméadacha14.Ar fig.Taispeánann 3a,b tras-ailt de struchtúir scuabtha polaiméire brainseach PMPC ar dhromchla substráit lehfilcon A CL agus foshraith SiHy neamhchóireáilte, faoi seach.Rinneadh anailís bhreise ar dhromchlaí an dá shampla ag baint úsáide as íomhánna ardtaifigh AFM, a dheimhnigh tuilleadh torthaí na hanailíse STEM (Fíor 3c, d).Tógtha le chéile, tugann na híomhánna seo neasfhad struchtúr scuab polaiméire brainseach PMPC ag 300–400 nm, rud atá ríthábhachtach chun tomhais nana-anaint AFM a léirmhíniú.Is é príomhbhreithniú eile a fuarthas ó na híomhánna ná go bhfuil struchtúr dromchla iomlán an ábhair bhithmhiomach CL difriúil ó thaobh moirfeolaíochta de struchtúr an ábhair tsubstráit SiHy.Is féidir an difríocht seo ina mhoirfeolaíocht dromchla a bheith soiléir le linn a n-idirghníomhaíocht mheicniúil leis an tóireadóir AFM claonta agus ina dhiaidh sin sna luachanna modúil tomhaiste.
Íomhánna trasghearrtha STEM de (a) lehfilcon A CL agus (b) substráit SiHy.Barra scála, 500 nm.Íomhánna AFM de dhromchla an tsubstráit lehfilcon A CL (c) agus an tsubstráit SiHy bonn (d) (3 µm × 3 µm).
Tá polaiméirí bioinspired agus struchtúir scuab polaiméire bog ó dhúchas agus rinneadh staidéar forleathan orthu agus úsáidtear iad in iarratais bhithleighis éagsúla74,75,76,77.Dá bhrí sin, tá sé tábhachtach an modh nanoindentation AFM a úsáid, ar féidir leo a n-airíonna meicniúla a thomhas go cruinn agus go hiontaofa.Ach ag an am céanna, is minic a fhágann airíonna uathúla na n-ábhar ultra-bhog seo, mar shampla modulus leaisteacha thar a bheith íseal, ábhar ard leachtach agus ard-elasticity, go mbíonn sé deacair an t-ábhar ceart, cruth agus cruth an probe indenting a roghnú.méid.Tá sé seo tábhachtach ionas nach gcuirfidh an indenter isteach ar dhromchla bog an tsampla, rud a d’fhágfadh go mbeadh earráidí ann agus an pointe teagmhála leis an dromchla agus an limistéar teagmhála a chinneadh.
Chun seo, tá sé riachtanach tuiscint chuimsitheach ar mhoirfeolaíocht na n-ábhar bithmhiméadach ultra-bhog (lehfilcon A CL).Soláthraíonn faisnéis faoi mhéid agus struchtúr na scuaba polaiméire brainseach a fhaightear ag baint úsáide as an modh íomháithe an bonn le haghaidh tréithriú meicniúil an dromchla ag baint úsáide as teicnící nanoindentation AFM.In ionad tóireadóirí collóideacha sféarúla de mhéid miocrón, roghnaigh muid an taiscéalaí nítríde sileacain PFQNM-LC-A-CAL (Bruker) le trastomhas tip 140 nm, atá saindeartha le haghaidh mapáil chainníochtúil ar airíonna meicniúla samplaí bitheolaíocha 78, 79, 80 , 81, 82, 83, 84 Is féidir an réasúnaíocht chun tóireadóirí sách géar a úsáid i gcomparáid le tóireadóirí collóideacha traidisiúnta a mhíniú trí ghnéithe struchtúracha an ábhair.Ag comparáid idir an méid tip probe (~ 140 nm) leis na scuaba polaiméire brainseach ar dhromchla CL lehfilcon A, a thaispeántar i bhFíor 3a, is féidir a thabhairt i gcrích go bhfuil an rinn mór go leor chun teagmháil dhíreach a dhéanamh leis na struchtúir scuab seo, a laghdaíonn sé an seans go mbeidh an rinn ag polladh tríothu.Chun an pointe seo a léiriú, i bhFíor 4 tá íomhá STEM den lehfilcon A CL agus barr eangaithe an taiscéalaí AFM (tarraingthe de réir scála).
Scéimreach ag taispeáint íomhá STEM de lehfilcon A CL agus taiscéalaí eangaithe ACM (tarraingthe de réir scála).
Ina theannta sin, tá an méid tip de 140 nm beag go leor chun an baol a bhaineann le haon cheann de na héifeachtaí easbhrúite greamaitheacha a tuairiscíodh roimhe seo le haghaidh scuaba polaiméire a tháirgtear trí mhodh nanoindentation CP-AFM69,71 a sheachaint.Glacaimid leis, mar gheall ar chruth speisialta cón-sféarúil agus méid réasúnta beag an rinn AFM seo (Fíor 1), nach mbeidh nádúr an chuar fórsa a ghineann lehfilcon A naoindentation CL ag brath ar an luas eangaithe nó ar an luas luchtaithe / díluchtaithe. .Dá bhrí sin, níl tionchar ag éifeachtaí poroelastic air.Chun an hipitéis seo a thástáil, rinneadh samplaí lehfilcon A CL a eangú ag uasfhórsa seasta ag baint úsáide as taiscéalaí PFQNM-LC-A-CAL, ach ag dhá threoluas dhifriúla, agus baineadh úsáid as na cuair fórsa teanntachta agus aistarraingthe mar thoradh air sin chun an fórsa a bhreacadh (nN). sa deighilt (µm) i bhFíor 5a.Tá sé soiléir go bhfuil na cuair fórsa le linn luchtú agus díluchtaithe go hiomlán forluí, agus níl aon fhianaise shoiléir ann go n-ardóidh an lomadh fórsa ag doimhneacht eangaithe náid le luas eangaithe san fhigiúr, rud a thugann le tuiscint go raibh na heilimintí scuab aonair tréithrithe gan éifeacht poroelastic.I gcodarsnacht leis sin, tá éifeachtaí coinneála sreabhán (éifeachtaí easbhrúite slaodach agus poroelasticity) le feiceáil don tóireadóir AFM trastomhas 45 µm ag an luas eangaithe céanna agus aibhsítear iad ag an hysteresis idir na cuair stráice agus aistarraingthe, mar a léirítear i bhFíor 5b.Tacaíonn na torthaí seo leis an hipitéis agus tugann siad le tuiscint gur rogha mhaith iad tóireadóirí trastomhas 140 nm chun dromchlaí boga den sórt sin a thréithriú.
lehfilcon A CL cuair fórsa eangaithe ag baint úsáide as ACM;(a) úsáid a bhaint as taiscéalaí a bhfuil trastomhas 140 nm aige ag dhá ráta lódála, a thaispeánann nach bhfuil éifeacht phó-leaisteach le linn eangú dromchla;(b) ag baint úsáide as tóireadóirí a bhfuil trastomhas 45 µm agus 140 nm acu.s taispeántar na héifeachtaí atá ag easbhrúite slaodach agus poroelasticity le haghaidh tóireadóirí móra i gcomparáid le tóireadóirí níos lú.
Chun dromchlaí ultrasoft a thréithriú, ní mór go mbeadh an taiscéalaí is fearr ag modhanna nanoindentation AFM chun staidéar a dhéanamh ar airíonna an ábhair atá faoi staidéar.Chomh maith le cruth agus méid an tip, tá ról tábhachtach ag íogaireacht an chórais braite AFM, íogaireacht sraonadh tip sa timpeallacht tástála, agus stiffness cantilever maidir le cruinneas agus iontaofacht na nanoindentation a chinneadh.tomhais.Maidir lenár gcóras AFM, is é an teorainn braite Brathadóir Suímh-Íogaire (PSD) ná thart ar 0.5 mV agus tá sé bunaithe ar an ráta earraigh réamh-chalabraithe agus íogaireacht sraonadh sreabhán ríofa an tóireadóir PFQNM-LC-A-CAL, a fhreagraíonn don íogaireacht ualach teoiriciúil.níos lú ná 0.1 pN.Dá bhrí sin, ceadaíonn an modh seo fórsa eangaithe íosta ≤ 0.1 pN a thomhas gan aon chomhpháirt torainn imeallach.Mar sin féin, tá sé beagnach dodhéanta do chóras AFM torann imeallach a laghdú go dtí an leibhéal seo mar gheall ar fhachtóirí mar chreathadh meicniúil agus dinimic sreabhach.Cuireann na fachtóirí seo teorainn le híogaireacht iomlán an mhodha nanoindentation AFM agus bíonn comhartha torainn chúlra de thart ar ≤ 10 pN mar thoradh orthu freisin.Le haghaidh tréithriú dromchla, rinneadh samplaí tsubstráit lehfilcon A CL agus SiHy a eangú faoi choinníollacha hiodráitithe go hiomlán ag baint úsáide as taiscéalaí 140 nm le haghaidh tréithriú SEM, agus forshuiteadh na cuair fhórsa mar thoradh air sin idir fórsa (pN) agus brú.Taispeántar an ceap deighilte (µm) i bhFíor 6a.I gcomparáid leis an tsubstráit bonn SiHy, léiríonn cuar fórsa lehfilcon A CL go soiléir céim idirthréimhseach ag tosú ag an bpointe teagmhála leis an scuab polaiméire forked agus ag críochnú le hathrú géar ar theagmháil marcála fána an rinn leis an ábhar bunúsach.Leagann an chuid idirthréimhseach seo den chuar fórsa béim ar iompar fíor-leaisteach an scuab polaiméire brainseach ar an dromchla, mar is léir ón gcuar comhbhrú go dlúth tar éis an cuar teannas agus an chodarsnacht in airíonna meicniúla idir an struchtúr scuab agus ábhar toirtiúil SiHy.Nuair a dhéantar comparáid lefilcon.Scaradh meánfhad scuab polaiméire brainseach san íomhá STEM den PCS (Fíor 3a) agus cuar a fhórsa feadh an abscissa i bhFíor 3a.Léiríonn 6a go bhfuil an modh in ann an rinn agus an polaiméir brainseach a bhaint amach ag barr an dromchla a bhrath.Teagmháil idir struchtúir scuab.Ina theannta sin, léiríonn forluí dlúth ar chuair an fhórsa nach bhfuil aon éifeacht coinneála leachta.Sa chás seo, níl aon greamaitheacht idir an tsnáthaid agus dromchla an tsampla.Forluíonn na codanna uachtaracha de chuair an fhórsa don dá shampla, rud a léiríonn cosúlacht airíonna meicniúla ábhar an tsubstráit.
(a) Cuair fórsa nana-anaint AFM le haghaidh fhoshraitheanna lehfilcon A CL agus foshraitheanna SiHy, (b) cuair fhórsa a thaispeánann meastachán pointe teagmhála ag baint úsáide as modh na tairsí torainn chúlra.
Chun staidéar a dhéanamh ar mhionsonraí cuar an fhórsa, déantar cuar teannais an tsampla lehfilcon A CL a athphlotáil i bhFíor 6b le fórsa uasta 50 pN feadh an y-ais.Soláthraíonn an graf seo faisnéis thábhachtach faoin torann cúlra bunaidh.Tá an torann sa raon ±10 pN, a úsáidtear chun an pointe teagmhála a chinneadh go cruinn agus an doimhneacht eangaithe a ríomh.Mar a tuairiscíodh sa litríocht, tá sé ríthábhachtach pointí teagmhála a aithint chun airíonna ábharacha amhail modulus85 a mheas go cruinn.Léiríonn cur chuige a bhaineann le próiseáil uathoibríoch ar shonraí chuair an fhórsa go bhfuil feistiú níos fearr idir feistiú sonraí agus tomhais chainníochtúla d’ábhair bhoga86.San obair seo, tá ár rogha pointí teagmhála sách simplí agus oibiachtúil, ach tá teorainneacha leis.D’fhéadfadh go n-eascródh luachanna modulus beagán rómheasta ar dhoimhneachtaí eangaithe níos lú (< 100 nm) mar gheall ar ár gcur chuige coimeádach chun an pointe teagmhála a chinneadh.D’fhéadfadh úsáid braite pointe tadhaill bunaithe ar algartam agus próiseáil sonraí uathoibrithe a bheith mar leanúint den obair seo amach anseo chun ár modh a fheabhsú tuilleadh.Mar sin, le haghaidh torainn chúlra intreach ar ord ±10 pN, sainmhínímid an pointe teagmhála mar an chéad phointe sonraí ar an x-ais i bhFíor 6b le luach ≥10 pN.Ansin, de réir na tairsí torainn de 10 pN, marcálann líne ingearach ag an leibhéal ~ 0.27 µm an pointe teagmhála leis an dromchla, agus ina dhiaidh sin leanann an cuar síneadh go dtí go gcomhlíonann an tsubstráit an doimhneacht eangaithe de ~ 270 nm.Suimiúil go leor, bunaithe ar mhéid na gnéithe scuab polaiméire brainseach (300-400 nm) arna dtomhas ag baint úsáide as an modh íomháithe, tá doimhneacht eangú an CL lehfilcon sampla a breathnaíodh ag baint úsáide as an modh tairseach torann cúlra thart ar 270 nm, atá an-gar do an méid tomhais le STEM.Deimhníonn na torthaí seo freisin comhoiriúnacht agus infheidhmeacht chruth agus mhéid an tip taiscéalaithe AFM le haghaidh eangú an struchtúir scuab polaiméire brainseach seo atá an-bhog agus an-leaisteach.Soláthraíonn na sonraí seo fianaise láidir freisin chun tacú lenár modh chun torann cúlra a úsáid mar thairseach chun pointí teagmhála a aimsiú.Mar sin, ba cheart go mbeadh aon torthaí cainníochtúla a fhaightear ó shamhaltú matamaitice agus feistiú cuar an fhórsa sách cruinn.
Tá tomhais chainníochtúla trí mhodhanna nana-naint AFM ag brath go hiomlán ar na samhlacha matamaitice a úsáidtear chun sonraí a roghnú agus chun anailís a dhéanamh ina dhiaidh sin.Dá bhrí sin, tá sé tábhachtach breithniú a dhéanamh ar na fachtóirí go léir a bhaineann le rogha an indenter, airíonna ábhartha agus meicnic a n-idirghníomhaíochta sula roghnaíonn tú samhail áirithe.Sa chás seo, bhí an geoiméadracht tip tréithrithe go cúramach ag baint úsáide as micreagraif SEM (Fíor 1), agus bunaithe ar na torthaí, is rogha maith é an tóireadóir nanoindenting AFM trastomhas 140 nm le cón crua agus céimseata tip sféarúil chun tréithriú a dhéanamh ar shamplaí lehfilcon A CL79. .Fachtóir tábhachtach eile nach mór a mheas go cúramach ná elasticity an ábhair polaiméire atá á thástáil.Cé go dtugann sonraí tosaigh na nanoindentation (Fíor 5a agus 6a) breac-chuntas go soiléir ar na gnéithe a bhaineann le forluí na gcuar teannas agus comhbhrú, ie, aisghabháil iomlán leaisteach an ábhair, tá sé thar a bheith tábhachtach nádúr leaisteach íon na dteagmhálacha a dhearbhú. .Chuige sin, rinneadh dhá eangú as a chéile ag an suíomh céanna ar dhromchla an tsampla lehfilcon A CL ag ráta eangaithe 1 µm/s faoi choinníollacha hiodráitithe iomlána.Taispeántar na sonraí cuar fórsa mar thoradh air i bhfíor.7 agus, de réir mar a bhíothas ag súil leis, tá curves leathnú agus comhbhrú an dá phrionta beagnach comhionann, ag cur béime ar ard-elasticity an struchtúir scuab polaiméire brainseach.
Léiríonn dhá chuar fórsa eangaithe ag an suíomh céanna ar dhromchla lehfilcon A CL leaisteachas idéalach dhromchla an lionsa.
Bunaithe ar fhaisnéis a fuarthas ó íomhánna SEM agus STEM den tip probe agus dromchla lehfilcon A CL, faoi seach, is léiriú matamaitice réasúnta é an tsamhail cón-sféar ar an idirghníomhú idir rinn an probe AFM agus an t-ábhar bog polaiméire atá á thástáil.Ina theannta sin, don tsamhail sféar cón seo, tá na boinn tuisceana bunúsacha maidir le hairíonna leaisteacha an ábhair phriontáilte fíor don ábhar bithmhiméadach nua seo agus úsáidtear iad chun an modal leaisteach a chainníochtú.
Tar éis meastóireacht chuimsitheach ar an modh nanoindentation AFM agus a chomhpháirteanna, lena n-áirítear airíonna probe eangú (cruth, méid, agus stiffness earraigh), íogaireacht (torann cúlra agus meastachán pointe teagmhála), agus samhlacha feistiú sonraí (tomhais modulus cainníochtúla), bhí an modh úsáidtear.tréithriú a dhéanamh ar shamplaí ultra-bhog atá ar fáil go tráchtála chun torthaí cainníochtúla a fhíorú.Tástáladh hidrogel polaacrylamide tráchtála (PAAM) le modulus leaisteach de 1 kPa faoi choinníollacha hiodráitithe ag baint úsáide as taiscéalaí 140 nm.Tá sonraí maidir le tástáil modúil agus ríomhanna ar fáil san Fhaisnéis Bhreise.Léirigh na torthaí gurb é 0.92 kPa an meán-modal a tomhaiseadh, agus bhí an diall %RSD agus céatadán (%) ón modulus aitheanta níos lú ná 10%.Deimhníonn na torthaí seo cruinneas agus in-atáirgtheacht an mhodha nanoindentation AFM a úsáidtear san obair seo chun modúil na n-ábhar ultrasoft a thomhas.Rinneadh dromchlaí na samplaí lehfilcon A CL agus an tsubstráit bonn SiHy a shaintréithe tuilleadh ag baint úsáide as an modh nanoindentation AFM céanna chun staidéar a dhéanamh ar mhodal teagmhála dealraitheach an dromchla ultrasoft mar fheidhm doimhneacht eangaithe.Gineadh cuair deighilte fórsa eangaithe do thrí eiseamal de gach cineál (n = 3; eangú amháin in aghaidh an eiseamail) ag fórsa 300 pN, luas 1 µm/s, agus hiodráitiú iomlán.Rinneadh cuar comhroinnte an fhórsa eangaithe a neasú ag baint úsáide as samhail sféar cón.Chun modulus a fháil ag brath ar dhoimhneacht eangaithe, socraíodh cuid ar leithead 40 nm den chuar fórsa ag gach incrimint de 20 nm ag tosú ón bpointe teagmhála, agus luachanna tomhaiste an mhodúil ag gach céim den chuar fórsa.Tá spin Cy et al.Baineadh úsáid as cur chuige comhchosúil chun an grádán modulus de scuaba polaiméire pola(lauryl methacrylate) (P12MA) a shaintréithe ag baint úsáide as nana-anaint probe AFM collóideach, agus tá siad comhsheasmhach le sonraí a úsáideann múnla teagmhála Hertz.Soláthraíonn an cur chuige seo breacadh de mhodúil teagmhála dealraitheach (kPa) in aghaidh doimhneacht eangaithe (nm), mar a thaispeántar i bhFíor 8, a léiríonn an modúl teagmhála dealraitheach/grádaithe doimhne.Tá modúl leaisteach ríofa an sampla CL lehfilcon A sa raon 2–3 kPa laistigh den 100 nm uachtarach den sampla, agus níos faide ná sin tosaíonn sé ag méadú le doimhneacht.Ar an láimh eile, nuair a dhéantar tástáil ar an tsubstráit bonn SiHy gan scannán cosúil le scuab ar an dromchla, tá an doimhneacht eangaithe uasta a bhaintear amach ag fórsa 300 pN níos lú ná 50 nm, agus tá an luach modulus a fhaightear ó na sonraí thart ar 400 kPa , atá inchomparáide le luachanna modulus Young le haghaidh mór-ábhair.
Modal teagmhála dealraitheach (kPa) vs. doimhneacht eangaithe (nm) le haghaidh foshraitheanna lehfilcon A CL agus SiHy ag baint úsáide as modh nana-naint AFM le céimseata cón-sféar chun modulus a thomhas.
Léiríonn an dromchla uachtair den struchtúr scuab polaiméire brainseach nua-bhrainseach modúlach leaisteachas an-íseal (2-3 kPa).Beidh sé seo ag teacht le deireadh crochta saor in aisce an scuab polaiméire forked mar a thaispeántar san íomhá STEM.Cé go bhfuil roinnt fianaise ann go bhfuil grádán modulus ar imeall seachtrach an CL, is mó tionchair atá ag an bpríomhshubstráit ard-mhodúil.Mar sin féin, tá an 100 nm barr den dromchla laistigh de 20% d'fhad iomlán an scuab polaiméire brainseach, agus mar sin tá sé réasúnta glacadh leis go bhfuil luachanna tomhaiste an modulus sa raon doimhneacht eangaithe seo sách cruinn agus nach bhfuil siad go láidir. ag brath ar éifeacht an réad bun.
Mar gheall ar dhearadh bithmhiméadach uathúil lionsaí teagmhála lehfilcon A, comhdhéanta de struchtúir scuab polaiméire brainseach PMPC grafite ar dhromchla foshraitheanna SiHy, tá sé an-deacair airíonna meicniúla a struchtúr dromchla a shainiú go hiontaofa ag baint úsáide as modhanna tomhais traidisiúnta.Anseo cuirimid i láthair modh nanandentation AFM chun cinn chun ábhair ultra-bhog cosúil le lefilcon A a shaintréithe go cruinn a bhfuil cion ard uisce agus leaisteachas an-ard acu.Tá an modh seo bunaithe ar úsáid a bhaint as taiscéalaí AFM a roghnaítear a mhéid tip agus a chéimseata go cúramach chun toisí struchtúracha na ngnéithe dromchla ultra-bhog atá le priontáil a mheaitseáil.Soláthraíonn an meascán toisí seo idir taiscéalaí agus struchtúr íogaireacht mhéadaithe, rud a ligeann dúinn an modulus íseal agus airíonna leaisteacha dúchasacha na n-eilimintí scuabtha polaiméire brainseach a thomhas, beag beann ar éifeachtaí poroelastic.Léirigh na torthaí go raibh modulus leaisteach an-íseal (suas le 2 kPa) agus leaisteachas an-ard (beagnach 100%) ag na scuaba polaiméire PMPC brainseach uathúla arb iad is sainairíonna iad dromchla an lionsa nuair a thástáiltear iad i dtimpeallacht uiscí.Cheadaigh torthaí na nanoindentation AFM dúinn freisin an modúl teagmhála dealraitheach/grádán doimhneachta (30 kPa/200 nm) de dhromchla an lionsa bithmhiméadach a shainiú.Féadfaidh an grádán seo a bheith mar gheall ar an difríocht modulus idir na scuaba polaiméire brainseach agus an tsubstráit SiHy, nó struchtúr brainseach/dlús na scuaba polaiméire, nó teaglaim díobh.Mar sin féin, tá gá le tuilleadh staidéir dhomhain chun an gaol idir struchtúr agus airíonna a thuiscint go hiomlán, go háirithe éifeacht brainse scuab ar airíonna meicniúla.Is féidir le tomhais den chineál céanna cuidiú le hairíonna meicniúla dhromchla ábhair ultra-bhog eile agus feistí leighis a thréithriú.
Tá tacair sonraí arna gineadh agus/nó arna n-anailísiú le linn an staidéir reatha ar fáil ó na húdair faoi seach ar iarratas réasúnach.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. agus Haugen, HJ Imoibrithe bitheolaíocha ar airíonna fisiceacha agus ceimiceacha dromchlaí bithábhair.Ceimiceach.sochaí.Ed.49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM agus Liu, X. Feabhsú ar bhithábhair a dhíorthaítear ón duine le haghaidh innealtóireacht fíocháin.ríomhchlárú.polaiméir.an eolaíocht.53, 86 (2016).
Sadtler, K. et al.Dearadh, cur i bhfeidhm cliniciúil, agus freagairt imdhíonachta bithábhair sa leigheas athghiniúnach.Náisiúnta Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK agus Farr GM Modh feabhsaithe chun cruas agus modulus leaisteacha a chinneadh trí úsáid a bhaint as turgnaimh eangaithe le tomhais ualaigh agus díláithriúcháin.J. Alma mater.umar stórála.7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Bunús stairiúil na tástála cruas eangaithe.alma mater.an eolaíocht.teicneolaíochtaí.28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Tomhais Cruas eangaithe ag an Macra-, Micrea-, agus Nana-scála: Athbhreithniú Criticiúil.treibh.Wright.65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD agus Clapperich, SM Mar thoradh ar earráidí braite dromchla tá rómheastachán modulus i nanoindentation ábhar bog.J. Mecha.Iompar.Eolaíocht Bhithleighis.alma mater.2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollahi MR, Bushroa AR agus Yahya M.Yu.Meastóireacht ar an modh nanandentation chun Saintréithe meicniúla nana-chomhábhair ilchineálach a chinneadh ag baint úsáide as modhanna turgnamhacha agus ríomhaireachtúla.an eolaíocht.Teach 9, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR, agus Owart, TS Tréithriú meicniúil glóthacha bog viscoelastic trí eangú agus anailís ar eilimint inbhéartach inbhéartach bunaithe ar bharrfheabhsú.J. Mecha.Iompar.Eolaíocht Bhithleighis.alma mater.2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J agus Chaneler D. Cinneadh slaodachta a bharrfheabhsú ag baint úsáide as córais tomhais comhoiriúnacha.Ábhar Bog 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. agus Pellillo, E. Nanoindentation dromchlaí polaiméire.J. Fisic.D. Déan iarratas ar fhisic.31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. agus Van Vliet KJ Tréithriú airíonna meicniúla viscoelastic de pholaiméirí an-leaisteach agus d'fhíocháin bhitheolaíocha ag baint úsáide as eangú turrainge.Iris na Bithábhair.71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Meastóireacht ar obair mhodúil leaisteacha agus greamaitheachta na n-ábhar bog ag baint úsáide as modh leathnaithe Borodich-Galanov (BG) agus eangú domhain.fionnadh.alma mater.129, 198–213 (2019).
Shi, X. et al.Mhoirfeolaíocht nanascála agus airíonna meicniúla dromchlaí polaiméire bithimiméadacha de lionsaí tadhaill hidrogel silicone.Langmuir 37, 13961–13967 (2021).