Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojate naršyklės versiją su ribotu CSS palaikymu.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Be to, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stilių ir JavaScript.
Vienu metu rodoma trijų skaidrių karuselė.Naudokite mygtukus Ankstesnis ir Kitas, kad vienu metu pereitumėte per tris skaidres, arba naudokite slankiklio mygtukus, esančius pabaigoje, norėdami pereiti per tris skaidres vienu metu.
Kuriant naujas itin minkštas medžiagas medicinos prietaisams ir biomedicinos reikmėms, visapusiškas jų fizinių ir mechaninių savybių apibūdinimas yra svarbus ir sudėtingas.Naujojo lehfilcon A biomimetinio silikono hidrogelio kontaktinio lęšio, padengto šakotų polimerinių šepečių struktūrų sluoksniu, itin žemam paviršiaus moduliui apibūdinti buvo pritaikyta modifikuotos atominės jėgos mikroskopijos (AFM) nanoįtraukimo technika.Šis metodas leidžia tiksliai nustatyti sąlyčio taškus be klampios ekstruzijos poveikio artėjant prie šakotų polimerų.Be to, tai leidžia nustatyti atskirų šepečio elementų mechanines charakteristikas be poroelastingumo poveikio.Tai pasiekiama parenkant AFM zondą, kurio konstrukcija (antgalio dydis, geometrija ir spyruoklės greitis) ypač tinka minkštų medžiagų ir biologinių mėginių savybėms matuoti.Šis metodas pagerina jautrumą ir tikslumą tiksliai matuojant labai minkštą medžiagą lehfilcon A, kurios elastingumo modulis yra itin mažas paviršiaus plote (iki 2 kPa) ir itin didelis elastingumas vidinėje (beveik 100%) vandeninėje aplinkoje. .Paviršiaus tyrimo rezultatai atskleidė ne tik itin minkšto lehfilcon A lęšio paviršiaus savybes, bet ir parodė, kad šakotų polimerinių šepetėlių modulis buvo panašus į silicio-vandenilio substrato modulį.Šis paviršiaus apibūdinimo metodas gali būti taikomas kitoms ypač minkštoms medžiagoms ir medicinos prietaisams.
Medžiagų, skirtų tiesioginiam sąlyčiui su gyvu audiniu, mechanines savybes dažnai lemia biologinė aplinka.Tobulas šių medžiagų savybių derinys padeda pasiekti norimas klinikines medžiagos charakteristikas, nesukeliant neigiamų ląstelių atsakų1,2,3.Birių vienarūšių medžiagų mechanines savybes gana lengva apibūdinti, nes yra standartinių procedūrų ir bandymo metodų (pvz., mikroįdubimas4,5,6).Tačiau ypač minkštoms medžiagoms, tokioms kaip geliai, hidrogeliai, biopolimerai, gyvos ląstelės ir kt., šie bandymo metodai paprastai netaikomi dėl matavimo skiriamosios gebos apribojimų ir kai kurių medžiagų nehomogeniškumo7.Per daugelį metų tradiciniai įspaudimo metodai buvo modifikuoti ir pritaikyti įvairioms minkštoms medžiagoms apibūdinti, tačiau daugelis metodų vis dar turi rimtų trūkumų, ribojančių jų naudojimą8,9,10,11,12,13.Specializuotų bandymo metodų, galinčių tiksliai ir patikimai apibūdinti itin minkštų medžiagų ir paviršiaus sluoksnių mechanines savybes, trūkumas labai riboja jų naudojimą įvairiose srityse.
Ankstesniame darbe pristatėme kontaktinį lęšį lehfilcon A (CL) – minkštą nevienalytę medžiagą su visomis itin minkšto paviršiaus savybėmis, gautomis iš potencialiai biomimetinių dizainų, įkvėptų akies ragenos paviršiaus.Ši biomedžiaga buvo sukurta skiepijant šakotą, susietą polimerinį poli(2-metakriloiloksietilfosforilcholino (MPC)) (PMPC) sluoksnį ant silikono hidrogelio (SiHy) 15, skirto medicinos prietaisams, kurių pagrindą sudaro.Šio skiepijimo proceso metu ant paviršiaus susidaro sluoksnis, sudarytas iš labai minkštos ir labai elastingos šakotos polimerinės šepečio struktūros.Ankstesnis mūsų darbas patvirtino, kad biomimetinė lehfilcon A CL struktūra užtikrina puikias paviršiaus savybes, tokias kaip geresnė drėkinimo ir užsiteršimo prevencija, padidintas tepimas ir sumažintas ląstelių bei bakterijų sukibimas15,16.Be to, šios biomimetinės medžiagos naudojimas ir tobulinimas taip pat rodo tolesnę plėtrą į kitus biomedicinos prietaisus.Todėl labai svarbu apibūdinti šios itin minkštos medžiagos paviršiaus savybes ir suprasti jos mechaninę sąveiką su akimi, kad būtų sukurta visapusiška žinių bazė, kuri remtų būsimą plėtrą ir pritaikymą.Dauguma parduodamų SiHy kontaktinių lęšių yra sudaryti iš homogeninio hidrofilinių ir hidrofobinių polimerų mišinio, kurie sudaro vienodą medžiagos struktūrą17.Buvo atlikti keli tyrimai, siekiant ištirti jų mechanines savybes, naudojant tradicinius suspaudimo, tempimo ir mikroįspaudimo bandymo metodus18,19,20,21.Tačiau naujas biomimetinis lehfilcon A CL dizainas daro jį unikalia nevienalyte medžiaga, kurioje šakotų polimerinių šepečių struktūrų mechaninės savybės labai skiriasi nuo SiHy pagrindo substrato.Todėl labai sunku tiksliai įvertinti šias savybes naudojant įprastinius ir įdubimo metodus.Perspektyviam metodui naudojamas nanoįdubimo bandymo metodas, įdiegtas atominės jėgos mikroskopijoje (AFM), metodas, kuris buvo naudojamas minkštų viskoelastinių medžiagų, tokių kaip biologinės ląstelės ir audiniai, taip pat minkštųjų polimerų mechaninėms savybėms nustatyti22,23,24,25. .,26,27,28,29,30.Atliekant AFM nanoįtraukimą, nanoindentacijos testavimo pagrindai derinami su naujausiais AFM technologijos pasiekimais, kad būtų padidintas matavimo jautrumas ir būtų galima išbandyti daugybę iš prigimties itin minkštų medžiagų31,32,33,34,35,36.Be to, technologija suteikia kitų svarbių pranašumų, nes naudojama skirtingos geometrijos.įdubimas ir zondas bei galimybė išbandyti įvairiose skystose terpėse.
AFM nanoindentaciją sąlyginai galima suskirstyti į tris pagrindinius komponentus: (1) įrangą (jutiklius, detektorius, zondus ir kt.);(2) matavimo parametrai (tokie kaip jėga, poslinkis, greitis, rampos dydis ir kt.);(3) Duomenų apdorojimas (pagrindinės padėties korekcija, lietimo taško įvertinimas, duomenų derinimas, modeliavimas ir kt.).Reikšminga šio metodo problema yra ta, kad keliuose literatūros tyrimuose, naudojant AFM nanoindentaciją, pateikiami labai skirtingi to paties mėginio / ląstelės / medžiagos tipo kiekybiniai rezultatai37, 38, 39, 40, 41.Pavyzdžiui, Lekka ir kt.Ištirta ir palyginta AFM zondo geometrijos įtaka išmatuotam mechaniškai homogeninio hidrogelio ir heterogeninių ląstelių mėginių Youngo moduliui.Jie praneša, kad modulio vertės labai priklauso nuo konsolės pasirinkimo ir antgalio formos, o didžiausia vertė yra piramidės formos zondui, o mažiausia - 42 sferiniam zondui.Panašiai Selhuber-Unkel ir kt.Buvo parodyta, kaip poliakrilamido (PAAM) mėginių įdubimo greitis, įlenkimo dydis ir storis veikia Youngo modulį, išmatuotą ACM43 nanoįtraukimu.Kitas sudėtingas veiksnys yra standartinių itin mažo modulio bandymo medžiagų ir nemokamų bandymų procedūrų trūkumas.Dėl to labai sunku gauti tikslių rezultatų užtikrintai.Tačiau šis metodas yra labai naudingas atliekant santykinius matavimus ir lyginamąjį vertinimą tarp panašių mėginių tipų, pavyzdžiui, naudojant AFM nanoindentaciją, siekiant atskirti normalias ląsteles nuo vėžio ląstelių 44, 45 .
Bandant minkštas medžiagas su AFM nanoįdubimu, bendra taisyklė yra naudoti zondą su maža spyruoklės konstanta (k), kuris labai atitinka mėginio modulį, ir pusrutulio/apvalų antgalį, kad pirmasis zondas nepradurtų mėginio paviršių. pirmasis kontaktas su minkštomis medžiagomis.Taip pat svarbu, kad zondo generuojamas nukreipimo signalas būtų pakankamai stiprus, kad jį aptiktų lazerinio detektoriaus sistema24,34,46,47.Itin minkštų nevienalyčių ląstelių, audinių ir gelių atveju kitas iššūkis yra įveikti sukibimo jėgą tarp zondo ir mėginio paviršiaus, kad būtų galima atlikti atkuriamus ir patikimus matavimus 48, 49, 50.Iki šiol dauguma AFM nanoindentacijos darbų buvo sutelkti į biologinių ląstelių, audinių, gelių, hidrogelių ir biomolekulių mechaninio elgesio tyrimus naudojant santykinai didelius sferinius zondus, paprastai vadinamus koloidiniais zondais (CP)., 47, 51, 52, 53, 54, 55. Šių antgalių spindulys yra nuo 1 iki 50 µm ir jie dažniausiai gaminami iš borosilikatinio stiklo, polimetilmetakrilato (PMMA), polistireno (PS), silicio dioksido (SiO2) ir deimantų. kaip anglis (DLC).Nors CP-AFM nanoindentacija dažnai yra pirmasis pasirinkimas minkštam mėginiui apibūdinti, jis turi savo problemų ir apribojimų.Naudojant didelius, mikrono dydžio sferinius antgalius padidėja bendras antgalio kontakto su mėginiu plotas ir labai sumažėja erdvinė skiriamoji geba.Minkštiems, nehomogeniškiems bandiniams, kur vietinių elementų mechaninės savybės gali gerokai skirtis nuo vidutinių platesnėje srityje, CP įdubimas gali paslėpti bet kokį savybių nehomogeniškumą vietiniu mastu52.Koloidiniai zondai paprastai gaminami pritvirtinant mikrono dydžio koloidines sferas prie konsolių be galo, naudojant epoksidinius klijus.Pats gamybos procesas yra kupinas daug problemų ir gali sukelti zondo kalibravimo proceso neatitikimus.Be to, koloidinių dalelių dydis ir masė tiesiogiai veikia pagrindinius konsolės kalibravimo parametrus, tokius kaip rezonansinis dažnis, spyruoklės standumas ir deformacijos jautrumas56,57,58.Taigi dažniausiai naudojami įprastiems AFM zondams skirti metodai, pvz., temperatūros kalibravimas, gali nesuteikti tikslaus CP kalibravimo, todėl gali prireikti kitų metodų šioms pataisoms atlikti57, 59, 60, 61. Įprastuose CP įdubimo eksperimentuose naudojami dideli konsolės nuokrypiai. ištirti minkštųjų mėginių savybes, o tai sukuria dar vieną problemą kalibruojant netiesinį konsolės elgesį esant santykinai dideliems nuokrypiams62, 63, 64.Šiuolaikiniai koloidinio zondo įdubimo metodai dažniausiai atsižvelgia į zondui kalibruoti naudojamo konsolės geometriją, tačiau nepaiso koloidinių dalelių įtakos, kuri sukuria papildomą neapibrėžtumą metodo tikslumui38,61.Panašiai tamprumo moduliai, apskaičiuoti naudojant kontaktinio modelio pritaikymą, tiesiogiai priklauso nuo įdubimo zondo geometrijos, o antgalio ir mėginio paviršiaus charakteristikų neatitikimas gali sukelti netikslumus27, 65, 66, 67, 68. Kai kurie naujausi Spencer ir kt. darbai.Išryškinami veiksniai, į kuriuos reikėtų atsižvelgti charakterizuojant minkštus polimerinius šepetėlius naudojant CP-AFM nanoindentacijos metodą.Jie pranešė, kad klampaus skysčio susilaikymas polimeriniuose šepečiuose, kaip greičio funkcija, padidina galvos apkrovą, taigi ir skirtingus nuo greičio priklausomų savybių matavimus 30, 69, 70, 71.
Šiame tyrime apibūdinome itin minkštos, labai elastingos medžiagos lehfilcon A CL paviršiaus modulį, naudodami modifikuotą AFM nanoindentacijos metodą.Atsižvelgiant į šios medžiagos savybes ir naują struktūrą, tradicinio įdubimo metodo jautrumo diapazonas yra aiškiai nepakankamas šios itin minkštos medžiagos moduliui apibūdinti, todėl būtina naudoti AFM nanoįtraukimo metodą su didesniu jautrumu ir mažesniu jautrumu.lygiu.Apžvelgę ​​esamų koloidinių AFM zondo nanoįsidūrimo metodų trūkumus ir problemas, parodome, kodėl pasirinkome mažesnį, pagal užsakymą sukurtą AFM zondą, kad pašalintume jautrumą, foninį triukšmą, tikslią sąlyčio tašką, išmatuotų minkštų nevienalyčių medžiagų, tokių kaip skysčių susilaikymas, greičio modulį. priklausomybė.ir tikslus kiekybinis įvertinimas.Be to, galėjome tiksliai išmatuoti įdubimo antgalio formą ir matmenis, o tai leido mums naudoti kūgio-sferos pritaikymo modelį, kad nustatytų elastingumo modulį, neįvertinus antgalio sąlyčio su medžiaga ploto.Dvi netiesioginės prielaidos, kiekybiškai įvertintos šiame darbe, yra visiškai elastingos medžiagos savybės ir nuo įdubimo gylio nepriklausomas modulis.Naudodami šį metodą, pirmiausia išbandėme ypač minkštus standartus su žinomu moduliu, kad įvertintume metodą, o tada panaudojome šį metodą dviejų skirtingų kontaktinių lęšių medžiagų paviršiams apibūdinti.Tikimasi, kad šis padidinto jautrumo AFM nanoindentacinių paviršių apibūdinimo metodas bus pritaikytas įvairioms biomimetinėms heterogeninėms ultraminkštoms medžiagoms, kurias galima naudoti medicinos prietaisuose ir biomedicinoje.
Nanoindentacijos eksperimentams buvo pasirinkti Lehfilcon A kontaktiniai lęšiai (Alcon, Fort Worth, Teksasas, JAV) ir jų silikono hidrogelio substratai.Eksperimente buvo naudojamas specialiai sukurtas objektyvo laikiklis.Norėdami įdiegti lęšį bandymui, jis buvo atsargiai uždėtas ant kupolo formos stovo, įsitikinant, kad į vidų nepatektų oro burbuliukų, o tada pritvirtintas kraštais.Objektyvo laikiklio viršuje esanti tvirtinimo anga suteikia prieigą prie optinio lęšio centro, kad būtų galima atlikti nanoindentacijos eksperimentus, laikydami skystį vietoje.Taip lęšiai yra visiškai hidratuoti.Kaip bandomasis tirpalas buvo naudojamas 500 μl kontaktinių lęšių pakavimo tirpalo.Siekiant patikrinti kiekybinius rezultatus, iš poliakrilamido-ko-metileno-bisakrilamido kompozicijos (100 mm Petrisoft Petri lėkštelės, Matrigen, Irvine, CA, JAV) buvo paruošti komerciškai prieinami neaktyvinto poliakrilamido (PAAM) hidrogeliai, žinomas 1 elastingumo modulis. kPa.Naudokite 4–5 lašus (apie 125 µl) fosfatinio buferinio fiziologinio tirpalo (PBS iš Corning Life Sciences, Tewkesbury, MA, JAV) ir 1 lašą OPTI-FREE Puremoist kontaktinių lęšių tirpalo (Alcon, Vaud, TX, JAV).) AFM hidrogelio ir zondo sąsajoje.
Lehfilcon A CL ir SiHy substratų mėginiai buvo vizualizuoti naudojant FEI Quanta 250 lauko emisijos skenuojančio elektroninio mikroskopo (FEG SEM) sistemą su nuskaitymo perdavimo elektroninio mikroskopo (STEM) detektoriumi.Norint paruošti mėginius, lęšiai pirmiausia buvo nuplauti vandeniu ir supjaustyti pyrago formos pleištais.Norint pasiekti skirtingą kontrastą tarp hidrofilinių ir hidrofobinių mėginių komponentų, kaip dažiklis buvo naudojamas 0,10% stabilizuotas RuO4 tirpalas, kuriame mėginiai buvo panardinami 30 min.Lehfilcon A CL RuO4 dažymas yra svarbus ne tik siekiant geresnio diferencinio kontrasto, bet ir padeda išsaugoti šakotų polimerinių šepetėlių pradinę formą, kuri vėliau matoma STEM vaizduose.Tada jie buvo nuplauti ir dehidratuoti etanolio / vandens mišinių serijoje, didėjant etanolio koncentracijai.Tada mėginiai buvo išlieti su EMBed 812/Araldite epoksidu, kuris sukietėjo per naktį 70 °C temperatūroje.Dervos polimerizacijos būdu gauti mėginių blokai buvo supjaustyti ultramikrotomu, o gautos plonos dalys buvo vizualizuotos STEM detektoriumi žemo vakuumo režimu, esant 30 kV greitinimui.Ta pati SEM sistema buvo naudojama detaliai apibūdinti PFQNM-LC-A-CAL AFM zondą (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, JAV).AFM zondo SEM vaizdai buvo gauti įprastu didelio vakuumo režimu, kai greitinimo įtampa yra 30 kV.Gaukite vaizdus skirtingais kampais ir padidinimais, kad įrašytumėte visas AFM zondo galo formos ir dydžio detales.Visi vaizduose dominantys antgalio matmenys buvo išmatuoti skaitmeniniu būdu.
„Dimension FastScan Bio Icon“ atominės jėgos mikroskopas („Bruker Nano“, Santa Barbara, CA, JAV) su „PeakForce QNM in Fluid“ režimu buvo naudojamas lehfilcon A CL, SiHy substrato ir PAAm hidrogelio mėginiams vizualizuoti ir nanoįtraukti.Vaizdo eksperimentams buvo naudojamas PEAKFORCE-HIRS-FA zondas (Bruker), kurio vardinis galiuko spindulys yra 1 nm, kad būtų užfiksuoti didelės skiriamosios gebos mėginio vaizdai 0, 50 Hz nuskaitymo dažniu.Visi vaizdai buvo padaryti vandeniniame tirpale.
AFM nanoindentacijos eksperimentai buvo atlikti naudojant PFQNM-LC-A-CAL zondą (Bruker).AFM zondas turi silicio antgalį ant 345 nm storio, 54 µm ilgio ir 4,5 µm pločio nitrido konsolėje su 45 kHz rezonansiniu dažniu.Jis specialiai sukurtas apibūdinti ir atlikti kiekybinius nanomechaninius minkštųjų biologinių mėginių matavimus.Jutikliai gamykloje sukalibruojami individualiai su iš anksto sukalibruotais spyruoklių nustatymais.Šiame tyrime naudotų zondų spyruoklės konstantos buvo 0,05–0,1 N/m ribose.Norint tiksliai nustatyti antgalio formą ir dydį, zondas buvo detaliai apibūdintas naudojant SEM.Ant pav.1a paveiksle parodyta didelės skiriamosios gebos, mažo padidinimo skenavimo elektronų mikrografija iš PFQNM-LC-A-CAL zondo, suteikianti holistinį zondo konstrukcijos vaizdą.Ant pav.1b parodytas padidintas zondo antgalio viršaus vaizdas, kuriame pateikiama informacija apie galiuko formą ir dydį.Kraštutiniame gale adata yra maždaug 140 nm skersmens pusrutulis (1c pav.).Žemiau jo antgalis susiaurėja į kūginę formą ir pasiekia išmatuotą maždaug 500 nm ilgį.Už smailėjančios srities antgalis yra cilindro formos ir baigiasi 1,18 µm bendrame antgalio ilgiu.Tai yra pagrindinė funkcinė zondo galo dalis.Be to, didelis sferinis polistireno (PS) zondas (Novascan Technologies, Inc., Boone, Ajova, JAV), kurio antgalio skersmuo yra 45 µm ir spyruoklės konstanta 2 N/m, taip pat buvo naudojamas kaip koloidinis zondas.palyginimui su PFQNM-LC-A-CAL 140 nm zondu.
Buvo pranešta, kad skystis gali būti įstrigęs tarp AFM zondo ir polimerinio šepečio struktūros nanoįtraukimo metu, o tai darys AFM zondą į viršų, kol jis iš tikrųjų paliečia paviršių69.Šis klampus ekstruzijos efektas dėl skysčio susilaikymo gali pakeisti tariamą sąlyčio tašką ir taip paveikti paviršiaus modulio matavimus.Norint ištirti zondo geometrijos ir įdubimo greičio poveikį skysčių sulaikymui, buvo nubraižytos įspaudimo jėgos kreivės lehfilcon A CL mėginiams, naudojant 140 nm skersmens zondą, esant pastoviems poslinkiams 1 µm/s ir 2 µm/s.zondo skersmuo 45 µm, fiksuotos jėgos nustatymas 6 nN pasiekiamas esant 1 µm/s.Eksperimentai su 140 nm skersmens zondu buvo atlikti esant 1 µm/s įspaudimo greičiui ir 300 pN nustatytai jėgai, parinktai siekiant sukurti kontaktinį slėgį viršutinio voko fiziologiniame diapazone (1–8 kPa).slėgis 72. 140 nm skersmens zondu tirti minkšti paruošti PAA hidrogelio mėginiai, kurių slėgis 1 kPa, 50 pN įspaudimo jėgai 1 μm/s greičiu.
Kadangi PFQNM-LC-A-CAL zondo antgalio kūginės dalies ilgis yra apytiksliai 500 nm, bet kokiam įdubimo gyliui < 500 nm, galima drąsiai daryti prielaidą, kad zondo geometrija įdubimo metu išliks teisinga. kūgio forma.Be to, daroma prielaida, kad bandomosios medžiagos paviršius turės grįžtamąjį elastinį atsaką, kuris taip pat bus patvirtintas tolesniuose skyriuose.Todėl, atsižvelgdami į antgalio formą ir dydį, AFM nanoindentacijos eksperimentams (NanoScope) apdoroti pasirinkome Briscoe, Sebastian ir Adams sukurtą kūgio sferos tvirtinimo modelį, kuris yra tiekėjo programinėje įrangoje.Atskyrimo duomenų analizės programinė įranga, Bruker) 73. Modelis apibūdina jėgos ir poslinkio ryšį F(δ) kūgiui su sferinės viršūnės defektu.Ant pav.2 paveiksle parodyta kontakto geometrija standaus kūgio sąveikos su sferiniu antgaliu metu, kur R yra sferinio antgalio spindulys, a yra kontakto spindulys, b yra kontakto spindulys sferinio antgalio gale, δ yra kontakto spindulys.įdubimo gylis, θ yra kūgio pusės kampas.Šio zondo SEM vaizdas aiškiai rodo, kad 140 nm skersmens sferinis galas liestinės formos susilieja į kūgį, todėl čia b apibrėžiamas tik per R, ty b = R cos θ.Pardavėjo tiekiama programinė įranga pateikia kūgio ir sferos ryšį, kad būtų galima apskaičiuoti Youngo modulio (E) reikšmes iš jėgos atskyrimo duomenų, darant prielaidą, kad a > b.Santykiai:
kur F yra įspaudimo jėga, E yra Youngo modulis, ν yra Puasono koeficientas.Kontakto spindulį a galima apskaičiuoti naudojant:
Standaus kūgio su sferiniu antgaliu, įspausto į Lefilcon kontaktinio lęšio medžiagą su šakotų polimerinių šepetėlių paviršiniu sluoksniu, kontaktinės geometrijos schema.
Jei a ≤ b, santykis redukuojamas iki įprastos sferinės įtraukos lygties;
Manome, kad dėl įtraukiančio zondo sąveikos su šakotąja PMPC polimerinio šepečio struktūra kontaktinis spindulys a bus didesnis nei sferinis kontakto spindulys b.Todėl visiems šiame tyrime atliktiems kiekybiniams tamprumo modulio matavimams naudojome gautą priklausomybę atvejui a > b.
Šiame tyrime tirtos ultraminkštos biomimetinės medžiagos buvo visapusiškai vaizduojamos naudojant mėginio skerspjūvio skenuojančią elektronų mikroskopiją (STEM) ir paviršiaus atominės jėgos mikroskopiją (AFM).Šis išsamus paviršiaus apibūdinimas buvo atliktas kaip mūsų anksčiau paskelbto darbo pratęsimas, kuriame nustatėme, kad PMPC modifikuoto lehfilcon A CL paviršiaus dinamiškai išsišakojusios polimerinės šepečio struktūra pasižymėjo panašiomis mechaninėmis savybėmis kaip ir natūralaus ragenos audinio 14 .Dėl šios priežasties kontaktinių lęšių paviršius vadiname biomimetinėmis medžiagomis14.Ant pav.3a, b rodo šakotų PMPC polimerinių šepečių struktūrų skerspjūvius atitinkamai lehfilcon A CL substrato ir neapdoroto SiHy substrato paviršiuje.Abiejų mėginių paviršiai buvo toliau analizuojami naudojant didelės raiškos AFM vaizdus, ​​o tai dar labiau patvirtino STEM analizės rezultatus (3c, d pav.).Kartu šie vaizdai rodo apytikslį PMPC šakotosios polimero šepetėlio struktūros ilgį esant 300–400 nm, o tai yra labai svarbu interpretuojant AFM nanoindentacijos matavimus.Kitas svarbus pastebėjimas, gautas iš vaizdų, yra tai, kad bendra CL biomimetinės medžiagos paviršiaus struktūra morfologiškai skiriasi nuo SiHy substrato medžiagos.Šis jų paviršiaus morfologijos skirtumas gali išryškėti jų mechaninės sąveikos su įdubusiu AFM zondu metu ir vėliau išmatuotose modulio vertėse.
(a) lehfilcon A CL ir (b) SiHy substrato skerspjūvio STEM vaizdai.Mastelio juosta, 500 nm.Lehfilcon A CL substrato (c) ir pagrindinio SiHy substrato (d) paviršiaus AFM vaizdai (3 µm × 3 µm).
Biologiškai įkvėpti polimerai ir polimerinių šepečių struktūros yra iš prigimties minkšti ir buvo plačiai tiriami bei naudojami įvairiose biomedicinos srityse 74, 75, 76, 77.Todėl svarbu naudoti AFM nanoindentacijos metodą, kuriuo galima tiksliai ir patikimai išmatuoti jų mechanines savybes.Tačiau tuo pačiu metu dėl unikalių šių itin minkštų medžiagų savybių, tokių kaip itin mažas elastingumo modulis, didelis skysčių kiekis ir didelis elastingumas, dažnai sunku pasirinkti tinkamą įdubimo zondo medžiagą, formą ir formą.dydis.Tai svarbu, kad įdubimas nepramuštų minkšto mėginio paviršiaus, o tai sukeltų klaidas nustatant sąlyčio su paviršiumi tašką ir sąlyčio plotą.
Tam būtinas išsamus itin minkštų biomimetinių medžiagų (lehfilcon A CL) morfologijos supratimas.Informacija apie šakotų polimerinių šepečių dydį ir struktūrą, gautą naudojant vaizdavimo metodą, suteikia pagrindą mechaniniam paviršiaus apibūdinimui naudojant AFM nanoindentacijos metodus.Vietoj mikrono dydžio sferinių koloidinių zondų pasirinkome PFQNM-LC-A-CAL silicio nitrido zondą (Bruker), kurio antgalio skersmuo yra 140 nm, specialiai sukurtą biologinių mėginių 78, 79, 80 mechaninių savybių kiekybiniam kartografavimui. , 81, 82, 83, 84 Santykinai aštrių zondų naudojimo, palyginti su įprastais koloidiniais zondais, pagrindimą galima paaiškinti medžiagos struktūrinėmis savybėmis.Lyginant zondo antgalio dydį (~140 nm) su šakotais polimeriniais šepečiais CL lehfilcon A paviršiuje, parodytais 3a pav., galima daryti išvadą, kad antgalis yra pakankamai didelis, kad galėtų tiesiogiai liestis su šiomis šepetėlio konstrukcijomis, kurios sumažina tikimybę, kad galiukas prasiskverbs pro juos.Norėdami iliustruoti šį tašką, 4 pav. yra lehfilcon A CL STEM vaizdas ir AFM zondo įdubimas (nubrėžtas pagal mastelį).
Schema, rodanti lehfilcon A CL STEM vaizdą ir ACM įdubimo zondą (nubrėžta pagal mastelį).
Be to, 140 nm antgalio dydis yra pakankamai mažas, kad būtų išvengta bet kokio lipnaus ekstruzijos poveikio, apie kurį anksčiau buvo pranešta polimeriniams šepečiams, pagamintiems naudojant CP-AFM nanoindentacijos metodą 69, 71, pavojaus.Darome prielaidą, kad dėl ypatingos kūgio sferinės formos ir santykinai mažo šio AFM antgalio dydžio (1 pav.), lehfilcon A CL nanoįdubimo sukuriamos jėgos kreivės pobūdis nepriklausys nuo įdubimo greičio ar pakrovimo/iškrovimo greičio. .Todėl jo neturi poroelastinis poveikis.Norint patikrinti šią hipotezę, lehfilcon A CL mėginiai buvo įlenkti esant fiksuotai didžiausiai jėgai, naudojant PFQNM-LC-A-CAL zondą, tačiau dviem skirtingais greičiais, o gautos tempimo ir atitraukimo jėgos kreivės buvo naudojamos jėgos (nN) braižymui. atskyrimas (µm) parodytas 5a paveiksle.Akivaizdu, kad jėgos kreivės pakrovimo ir iškrovimo metu visiškai sutampa, ir nėra aiškių įrodymų, kad jėgos šlytis esant nuliniam įdubimo gyliui didėja didėjant įspaudimo greičiui paveiksle, o tai rodo, kad atskiri šepečio elementai buvo apibūdinti be poroelastinio poveikio.Priešingai, skysčių sulaikymo efektai (klampus ekstruzijos ir poroelastingumo efektai) yra akivaizdūs 45 µm skersmens AFM zondui esant tuo pačiu įdubimo greičiui ir yra paryškinti histereze tarp tempimo ir įtraukimo kreivių, kaip parodyta 5b paveiksle.Šie rezultatai patvirtina hipotezę ir rodo, kad 140 nm skersmens zondai yra geras pasirinkimas tokiems minkštiems paviršiams apibūdinti.
lehfilcon A CL įspaudimo jėgos kreivės naudojant ACM;a) naudojant zondą, kurio skersmuo 140 nm, esant dviem apkrovos greičiams, įrodant, kad paviršiaus įdubimo metu nėra poroelastinio poveikio;b) naudojant zondus, kurių skersmuo yra 45 µm ir 140 nm.s rodo klampios ekstruzijos ir poroelastingumo poveikį dideliems zondams, palyginti su mažesniais zondais.
Norint apibūdinti itin minkštus paviršius, AFM nanoindentacijos metodai turi turėti geriausią zondą tiriamos medžiagos savybėms tirti.Be antgalio formos ir dydžio, AFM detektoriaus sistemos jautrumas, jautrumas antgalio deformacijai bandymo aplinkoje ir konsolės standumas vaidina svarbų vaidmenį nustatant nanoįdubimo tikslumą ir patikimumą.matavimai.Mūsų AFM sistemoje padėties jautraus detektoriaus (PSD) aptikimo riba yra maždaug 0,5 mV ir yra pagrįsta iš anksto sukalibruotu spyruoklės greičiu ir apskaičiuotu PFQNM-LC-A-CAL zondo skysčio įlinkio jautrumu, kuris atitinka teorinis apkrovos jautrumas.yra mažesnis nei 0,1 pN.Todėl šis metodas leidžia išmatuoti mažiausią įspaudimo jėgą ≤ 0,1 pN be jokio periferinio triukšmo komponento.Tačiau AFM sistemai beveik neįmanoma sumažinti periferinio triukšmo iki tokio lygio dėl tokių veiksnių kaip mechaninė vibracija ir skysčio dinamika.Šie veiksniai riboja bendrą AFM nanoindentacijos metodo jautrumą ir taip pat sukelia maždaug ≤ 10 pN fono triukšmo signalą.Paviršiaus apibūdinimui lehfilcon A CL ir SiHy substrato mėginiai buvo įspausti visiškai hidratuotomis sąlygomis, naudojant 140 nm zondą SEM apibūdinimui, o gautos jėgos kreivės buvo išdėstytos tarp jėgos (pN) ir slėgio.Atskyrimo grafikas (µm) parodytas 6a paveiksle.Palyginti su SiHy pagrindo pagrindu, lehfilcon A CL jėgos kreivė aiškiai rodo pereinamąją fazę, prasidedančią sąlyčio su šakotu polimeriniu šepečiu taške ir baigiant staigiu nuolydžio žymėjimo antgalio kontakto su pagrindine medžiaga pasikeitimu.Ši pereinamoji jėgos kreivės dalis išryškina tikrai elastingą šakoto polimerinio šepečio elgesį ant paviršiaus, ką rodo suspaudimo kreivė, glaudžiai besilaikanti įtempimo kreivės, ir mechaninių savybių kontrastas tarp šepečio struktūros ir stambios SiHy medžiagos.Lyginant lefilcon.Vidutinio šakoto polimerinio šepečio ilgio atskyrimas PCS STEM vaizde (3a pav.) ir jo jėgos kreivė išilgai abscisės 3a pav.6a parodyta, kad metodas gali aptikti antgalį ir šakotą polimerą, pasiekiantį patį paviršiaus viršų.Kontaktas tarp šepečių konstrukcijų.Be to, glaudus jėgos kreivių sutapimas rodo, kad nėra skysčio sulaikymo efekto.Šiuo atveju tarp adatos ir mėginio paviršiaus visiškai nėra sukibimo.Viršutinės dviejų pavyzdžių jėgos kreivių dalys sutampa, atspindinčios pagrindo medžiagų mechaninių savybių panašumą.
(a) AFM nanoindentacijos jėgos kreivės, skirtos lehfilcon A CL substratams ir SiHy substratams, (b) jėgos kreivės, rodančios kontaktinio taško įvertinimą naudojant foninio triukšmo slenksčio metodą.
Siekiant ištirti smulkesnes jėgos kreivės detales, lehfilcon A CL mėginio įtempimo kreivė perbraižyta 6b pav., kai didžiausia jėga išilgai y ašies yra 50 pN.Šioje diagramoje pateikiama svarbi informacija apie pradinį foninį triukšmą.Triukšmas yra ±10 pN diapazone, kuris naudojamas tiksliai nustatyti kontaktinį tašką ir apskaičiuoti įdubimo gylį.Kaip rašoma literatūroje, norint tiksliai įvertinti medžiagos savybes, tokias kaip modulis85, labai svarbu nustatyti kontaktinius taškus.Metodas, apimantis automatinį jėgos kreivės duomenų apdorojimą, parodė geresnį duomenų derinimo ir kiekybinių minkštųjų medžiagų matavimų suderinamumą86.Šiame darbe mūsų sąlyčio taškų pasirinkimas yra gana paprastas ir objektyvus, tačiau jis turi savo apribojimų.Mūsų konservatyvus požiūris į sąlyčio taško nustatymą gali lemti šiek tiek pervertintas modulio vertes esant mažesniam įdubimo gyliui (< 100 nm).Algoritmu pagrįsto kontaktinių taškų aptikimo ir automatinio duomenų apdorojimo naudojimas galėtų būti šio darbo tęsinys ateityje, siekiant toliau tobulinti mūsų metodą.Taigi, kai vidinis foninis triukšmas yra ±10 pN, kontaktinį tašką apibrėžiame kaip pirmąjį duomenų tašką x ašyje 6b paveiksle, kurio vertė yra ≥10 pN.Tada, laikantis 10 pN triukšmo slenksčio, vertikali linija ~ 0, 27 µm lygyje žymi sąlyčio su paviršiumi tašką, po kurio tempimo kreivė tęsiasi tol, kol substratas pasiekia ~ 270 nm įdubimo gylį.Įdomu tai, kad remiantis šakotų polimerinių šepetėlių dydžiu (300–400 nm), išmatuotų naudojant vaizdo gavimo metodą, CL lehfilcon A mėginio įdubimo gylis, stebimas naudojant foninio triukšmo slenksčio metodą, yra apie 270 nm, o tai yra labai artimas matavimo dydis su STEM.Šie rezultatai dar labiau patvirtina AFM zondo galo formos ir dydžio suderinamumą ir pritaikymą šios labai minkštos ir labai elastingos šakotos polimerinio šepečio struktūros įdubimui.Šie duomenys taip pat pateikia svarių įrodymų, patvirtinančių mūsų metodą, kaip naudoti foninį triukšmą kaip kontaktinių taškų nustatymo slenkstį.Taigi bet kokie kiekybiniai rezultatai, gauti matematinio modeliavimo ir jėgos kreivės pritaikymo būdu, turėtų būti gana tikslūs.
Kiekybiniai matavimai AFM nanoindentacijos metodais visiškai priklauso nuo matematinių modelių, naudojamų duomenų atrankai ir vėlesnei analizei.Todėl prieš renkantis konkretų modelį svarbu atsižvelgti į visus veiksnius, susijusius su įdubos pasirinkimu, medžiagos savybėmis ir jų sąveikos mechanika.Šiuo atveju antgalio geometrija buvo kruopščiai apibūdinta naudojant SEM mikrografijas (1 pav.), ir, remiantis rezultatais, 140 nm skersmens AFM nanoįtraukimo zondas su kietu kūgiu ir sferine antgalio geometrija yra geras pasirinkimas apibūdinti lehfilcon A CL79 mėginius. .Kitas svarbus veiksnys, kurį reikia atidžiai įvertinti, yra bandomos polimerinės medžiagos elastingumas.Nors pradiniai nanoįspaudimo duomenys (5a ir 6a pav.) aiškiai nubrėžia tempimo ir gniuždymo kreivių persidengimo ypatybes, ty visišką medžiagos elastingumą, labai svarbu patvirtinti kontaktų grynai elastingumą. .Šiuo tikslu toje pačioje vietoje lehfilcon A CL mėginio paviršiuje buvo atlikti du iš eilės įdubimai, esant 1 µm/s įdubimo greičiui visiškos hidratacijos sąlygomis.Gauti jėgos kreivės duomenys parodyti fig.7 ir, kaip ir tikėtasi, dviejų atspaudų išsiplėtimo ir suspaudimo kreivės yra beveik identiškos, o tai pabrėžia didelį šakoto polimerinio šepečio struktūros elastingumą.
Dvi įspaudimo jėgos kreivės toje pačioje vietoje lehfilcon A CL paviršiuje rodo idealų lęšio paviršiaus elastingumą.
Remiantis informacija, gauta iš atitinkamai zondo galo ir lehfilcon A CL paviršiaus SEM ir STEM vaizdų, kūgio-sferos modelis yra pagrįstas matematinis AFM zondo galo ir bandomos minkštos polimerinės medžiagos sąveikos vaizdas.Be to, šio kūgio-sferos modelio pagrindinės prielaidos apie įspaustos medžiagos elastines savybes galioja šiai naujai biomimetinei medžiagai ir yra naudojamos tamprumo moduliui kiekybiškai įvertinti.
Atlikus išsamų AFM nanoindentacijos metodo ir jo komponentų įvertinimą, įskaitant įdubimo zondo savybes (formą, dydį ir spyruoklės standumą), jautrumą (foninio triukšmo ir kontaktinio taško įvertinimą) ir duomenų derinimo modelius (kiekybinius modulio matavimus), buvo sukurtas metodas. naudotas.apibūdinti parduodamus itin minkštus mėginius, kad patikrintų kiekybinius rezultatus.Komercinis poliakrilamido (PAAM) hidrogelis, kurio tamprumo modulis yra 1 kPa, buvo išbandytas hidratuotomis sąlygomis, naudojant 140 nm zondą.Išsami informacija apie modulio testavimą ir skaičiavimus pateikiama papildomoje informacijoje.Rezultatai parodė, kad vidutinis išmatuotas modulis buvo 0,92 kPa, o %RSD ir procentinis (%) nuokrypis nuo žinomo modulio buvo mažesnis nei 10%.Šie rezultatai patvirtina AFM nanoindentacijos metodo, naudojamo šiame darbe ultraminkštų medžiagų moduliams matuoti, tikslumą ir atkuriamumą.„Lehfilcon A CL“ mėginių ir „SiHy“ pagrindo substrato paviršiai buvo toliau apibūdinti naudojant tą patį AFM nanoindentacijos metodą, siekiant ištirti ultraminkšto paviršiaus tariamą kontaktinį modulį kaip įdubimo gylio funkciją.Įspaudimo jėgos atskyrimo kreivės buvo sukurtos trims kiekvieno tipo bandiniams (n = 3; viena įduba kiekvienam mėginiui), esant 300 pN jėgai, 1 µm/s greičiui ir visiškam hidratavimui.Įspaudimo jėgos pasidalijimo kreivė buvo apytikslė naudojant kūgio-sferos modelį.Norint gauti modulį, priklausantį nuo įdubimo gylio, 40 nm pločio jėgos kreivės dalis buvo nustatyta kiekvienu 20 nm žingsniu, pradedant nuo sąlyčio taško, ir išmatuotos modulio vertės kiekviename jėgos kreivės žingsnyje.Spin Cy ir kt.Panašus metodas buvo naudojamas apibūdinti poli (laurilmetakrilato) (P12MA) polimerinių šepetėlių modulio gradientą, naudojant koloidinį AFM zondo nanoįtraukimą, ir jie atitinka duomenis, naudojant Hertz kontaktinį modelį.Šis metodas pateikia tariamojo kontakto modulio (kPa) ir įdubimo gylio (nm) diagramą, kaip parodyta 8 paveiksle, kuriame parodytas tariamo kontakto modulio / gylio gradientas.Apskaičiuotas CL lehfilcon A mėginio tamprumo modulis yra 2–3 kPa diapazone viršutiniame 100 nm mėginio ribose, o už jos jis pradeda didėti didėjant gyliui.Kita vertus, bandant SiHy pagrindinį substratą be šepetį primenančios plėvelės ant paviršiaus, didžiausias įspaudimo gylis, pasiekiamas veikiant 300 pN jėgai, yra mažesnis nei 50 nm, o iš duomenų gauta modulio vertė yra apie 400 kPa. , kuris yra panašus į birių medžiagų Youngo modulio vertes.
Tariamasis kontaktinis modulis (kPa) palyginti su įdubimo gyliu (nm) lehfilcon A CL ir SiHy substratams, naudojant AFM nanoįtraukimo metodą su kūgio sferos geometrija moduliui matuoti.
Viršutinis naujos biomimetinės šakotos polimerinio šepetėlio struktūros paviršius pasižymi itin mažu elastingumo moduliu (2–3 kPa).Tai atitiks laisvai kabantį šakoto polimerinio šepetėlio galą, kaip parodyta STEM paveikslėlyje.Nors yra tam tikrų įrodymų, kad išoriniame CL krašte yra modulio gradientas, pagrindinis didelio modulio substratas yra įtakingesnis.Tačiau viršutiniai 100 nm paviršiaus yra ne daugiau kaip 20% viso šakotojo polimerinio šepečio ilgio, todėl pagrįsta manyti, kad išmatuotos modulio vertės šiame įdubimo gylio diapazone yra gana tikslios ir nėra labai stiprios. priklauso nuo apatinio objekto poveikio.
Dėl unikalios biomimetinės lehfilcon A kontaktinių lęšių konstrukcijos, sudarytos iš šakotų PMPC polimerinių šepetėlių struktūrų, skiepytų ant SiHy substratų paviršiaus, labai sunku patikimai apibūdinti jų paviršiaus struktūrų mechanines savybes naudojant tradicinius matavimo metodus.Čia pristatome pažangų AFM nanoindentacijos metodą, skirtą tiksliai apibūdinti ypač minkštas medžiagas, tokias kaip lefilkonas A, turinčias didelį vandens kiekį ir ypač didelį elastingumą.Šis metodas pagrįstas AFM zondo naudojimu, kurio antgalio dydis ir geometrija yra kruopščiai parenkami taip, kad atitiktų ypač minkšto paviršiaus konstrukcinius matmenis, kuriuos reikia įspausti.Šis zondo ir konstrukcijos matmenų derinys padidina jautrumą, leidžiantį išmatuoti šakotų polimerinių šepečių elementų žemą modulį ir būdingas elastines savybes, neatsižvelgiant į poroelastinį poveikį.Rezultatai parodė, kad lęšio paviršiui būdingi unikalūs šakotieji PMPC polimeriniai šepetėliai, bandant vandeninėje aplinkoje, pasižymėjo itin mažu tamprumo moduliu (iki 2 kPa) ir labai dideliu elastingumu (beveik 100%).AFM nanoindentacijos rezultatai taip pat leido mums apibūdinti biomimetinio lęšio paviršiaus tariamą kontaktinio modulio / gylio gradientą (30 kPa / 200 nm).Šis gradientas gali atsirasti dėl modulių skirtumo tarp šakotų polimerinių šepečių ir SiHy pagrindo arba polimerinių šepečių šakotos struktūros / tankio arba jų derinio.Tačiau norint visiškai suprasti struktūros ir savybių ryšį, ypač šepečių šakojimosi poveikį mechaninėms savybėms, reikia atlikti tolesnius nuodugnius tyrimus.Panašūs matavimai gali padėti apibūdinti kitų itin minkštų medžiagų ir medicinos prietaisų paviršiaus mechanines savybes.
Dabartinio tyrimo metu sugeneruotus ir (arba) analizuotus duomenų rinkinius gali gauti atitinkami autoriai, pateikę pagrįstą prašymą.
Rahmati, M., Silva, EA, Reseland, JE, Hayward, K. ir Haugen, HJ Biologinės reakcijos į biomedžiagų paviršių fizines ir chemines savybes.Cheminis.visuomenė.Red.49, 5178–5224 (2020).
Chen, FM ir Liu, X. Žmogaus gautų biomedžiagų tobulinimas audinių inžinerijai.programavimas.polimeras.Mokslas.53, 86 (2016).
Sadtler, K. ir kt.Biomedžiagų projektavimas, klinikinis įgyvendinimas ir imuninis atsakas regeneracinėje medicinoje.National Matt Rev. 1, 16040 (2016).
Oliver WK ir Farr GM Patobulintas kietumo ir tamprumo modulio nustatymo metodas, naudojant įdubimo eksperimentus su apkrovos ir poslinkio matavimais.J. Alma mater.saugojimo bakas.7, 1564–1583 (2011).
Wally, SM Istorinės įdubimo kietumo tyrimo ištakos.Alma Mater.Mokslas.technologijas.28, 1028–1044 (2012).
Broitman, E. Įdubimų kietumo matavimai makro, mikro ir nano skalėje: kritinė apžvalga.gentis.Meistras.65, 1–18 (2017).
Kaufman, JD ir Clapperich, SM Paviršiaus aptikimo klaidos lemia modulio pervertinimą minkštų medžiagų nanoįtraukime.J. Mecha.Elgesys.Biomedicinos mokslas.Alma Mater.2, 312–317 (2009).
Karimzade A., Koloor SSR, Ayatollakhi MR, Bushroa AR ir Yahya M.Yu.Nanoindentacijos metodo, skirto heterogeninių nanokompozitų mechaninėms charakteristikoms nustatyti, įvertinimas eksperimentiniais ir skaičiavimo metodais.Mokslas.9 namas, 15763 (2019).
Liu, K., VanLendingham, MR ir Owart, TS. Minkštų viskoelastinių gelių mechaninis apibūdinimas įdubimu ir optimizavimu pagrįsta atvirkštine baigtinių elementų analize.J. Mecha.Elgesys.Biomedicinos mokslas.Alma Mater.2, 355–363 (2009).
Andrews JW, Bowen J ir Chaneler D. Klampos elastingumo nustatymo optimizavimas naudojant suderinamas matavimo sistemas.Soft Matter 9, 5581–5593 (2013).
Briscoe, BJ, Fiori, L. ir Pellillo, E. Polimerinių paviršių nanoįspaudimas.J. Fizika.D. Prašyti fizikos.31, 2395 (1998).
Miyailovich AS, Tsin B., Fortunato D. ir Van Vliet KJ Labai elastingų polimerų ir biologinių audinių viskoelastinių mechaninių savybių apibūdinimas naudojant smūginį įdubimą.Biomedžiagų žurnalas.71, 388–397 (2018).
Perepelkin NV, Kovalev AE, Gorb SN, Borodich FM Minkštų medžiagų tamprumo modulio ir sukibimo darbo įvertinimas naudojant išplėstinį Borodicho-Galanovo (BG) metodą ir gilų įdubimą.kailis.Alma Mater.129, 198–213 (2019).
Shi, X. ir kt.Silikono hidrogelio kontaktinių lęšių biomimetinių polimerinių paviršių nanoskalės morfologija ir mechaninės savybės.Langmuir 37, 13961–13967 (2021).