Viscoelastic characterization of PDMS thin films

PDMS Poisson oranındaki küçük bir değişkenlik hücre mekaniği çalışmalarında önemli hatalara yol açmasına rağmen, bu çalışmalarda sıklıkla kullanılan bir kalınlık olan 100 μm'lik PDMS filmleri için veri eksikliği mevcuttur. PDMS'in mekanik özellikleri incelenirken viskoelastik doğası dikkate alınmalıdır; çünkü Poisson oranı veya diğer mekanik özelliklerin zamandan bağımsız oldukları düşünülemez. Böyle bir çalışma için gerilim gevşemesi testleri sırasında yüksek uzamsal ve zamansal çözünürlükte temassız gerinim ölçümü yapılmalıdır. Bu çalışma, i) gerekli sınır koşullarının uygulanması için uygun yöntemi, ii) yüksek hassasiyetli kuvvet ölçümü ve iii) parçacık izlemeye dayanan temassız yerel gerinim ölçüm tekniğini içeren bir gerilim gevşemesi test düzeneğini ortaya koymaktadır. Deney sırasında görüntüler 40 μm uzamsal çözünürlük ile 18 Hz hızında kaydedilmiştir. Lokal Poisson oranı ölçümleri için mikro partikül içeren 125 ve 155 μm kalınlığında PDMS filmleri hazırlanmıştır. Parçacık izleme yöntemi ile mikro partiküllerin yer değiştirmesi hesaplanmış ve gerinim haritasının kullanılması ile Poisson oranının 155 μm kalınlığındaki PDMS filmleri için, 20 dakikalık gerilim gevşemesi testi sonunda 0.483 ± 0.034'ten 0.473 ± 0.040 değerine azaldığı görülmüştür. 125 μm kalınlığında PDMS için ise bu değer 0.482±0.041'den 0.468±0.038 değerine azalmıştır. Ayrıca, her iki durumda da monotonik olmayan bir azalma gözlemlenmiştir. Poisson oranı ve gevşeme süresi arasındaki bu negatif korelasyonun, her iki kalınlık için istatistiksel olarak anlamlı olduğu bulunmuştur (p<0.001). Viskoelastik ölçümler Burgers modeli ile numerik olarak desteklenmiştir. Bu çalışma 597x550 μm2 ölçüm alanı dikkate alınarak mekanik özelliklerin lokal olarak incelenmesinin önemini vurgulamıştır. Ayrıca, lokal gerinim takip hassasiyetini belirlemek için enine gerinimin kalınlık farkına olan bağımlılığı ölçülmüştür. Önerilen yaklaşımın sağladığı yüksek çözünürlük, deformasyonları daha kesin olarak ölçmeyi ve daha önce gözlenmemiş olan Poisson oranı zamansal evriminin gözlemlemesini sağlamıştır. PDMS Poisson oranının yüksek doğrulukta belirlenmesine ek olarak, bu çalışma aynı zamanda, mekanik davranışla ilgili benzer belirsizliklerin olduğu diğer yumuşak malzemelerin mekanik özelliklerinin doğru ve zamana bağlı olarak belirlenmesi için umut verici bir yol sunmaktadır. Bu teknik, aynı zamanda hücre büyüme sürecinde PDMS'in bulunduğu koşulların mekanik etkilerini anlamak için de kullanılabilir.