Un milímetro a la flexión prueba sistema de la escala para medir las propiedades mecánicas de espículas de esponja marina

El objetivo general de este experimento es medir el comportamiento a la flexión de fibras cuyos diámetros están entre 10 y 100 micrómetros. Este método puede ayudar a responder preguntas clave sobre el comportamiento mecánico de las estructuras biológicas, como las propiedades de resistencia y rigidez de las espículas de las esponjas marinas. La principal ventaja de esta técnica es que se puede utilizar para medir el comportamiento mecánico de una amplia variedad de materiales con diferentes tamaños y propiedades elásticas.

Aunque este método puede proporcionar información sobre el comportamiento mecánico de las espículas, también se puede aplicar a otras estructuras biológicas que soportan carga, como los tallos de las plantas y el raquis de las plumas. Para comenzar, fije el punto de carga al voladizo, utilizando tornillos de cabeza hueca número 4-40. Tenga cuidado de no deformar plásticamente los brazos en voladizo mientras se fija el punto de carga.

Luego, coloque la punta del punto de carga lejos de la placa en voladizo y fije sin apretar el voladizo a la placa, utilizando los tornillos de cabeza hueca número 6-32. A continuación, inserte los pasadores de alineación de 1/8 de pulgada a través del voladizo y la placa, apriete los tornillos y luego retire los pasadores de alineación. Retraiga el sensor de desplazamiento de fibra óptica tanto como sea posible girando el micrómetro del sensor en sentido contrario a las agujas del reloj.

Luego, fije sin apretar la placa en voladizo al marco, usando tornillos de cabeza hueca número 6-32 con la punta del punto de carga apuntando en la dirección z negativa. Nuevamente, inserte los pasadores de alineación de 1/8 de pulgada, esta vez a través del marco y la placa en voladizo, apriete los tornillos y luego retire los pasadores de alineación. Ahora, coloque la platina en la placa base de la platina de modo que las puntas de las cabezas del micrómetro en la placa de nivelación descansen en las hendiduras de la placa base de la platina.

Coloque un nivel de burbuja en la mesa de aislamiento y ajuste la presión en cada una de las patas de la mesa girando los tornillos de mariposa del brazo de la válvula para que la superficie esté nivelada. Mueva el nivel de burbuja a la parte superior de la placa de nivelación de la etapa y ajuste el micrómetro para que también esté nivelado. Anote las posiciones del micrómetro y retire la platina de la placa base de la platina.

Use un par de pinzas para agarrar una espícula de anclaje por su extremo distal y tire de ella para sacarla del esqueleto. Coloque la espícula en un portaobjetos de microscopio limpio. Con un pincel de marta roja quíntuple de tamaño cero, sostenga la espícula contra el portaobjetos.

Corta una sección de cuatro milímetros de la espícula empujando una hoja de afeitar contra la espícula a cada lado del cepillo, perpendicular a la superficie del portaobjetos. Luego, deseche las secciones de la espícula distal y proximal, y mantenga la sección de cuatro milímetros cortada desde el punto medio. Transfiera la sección de la espícula a la etapa de muestra.

Colóquelo a través de la zanja con el tramo deseado para la prueba de flexión y empújelo suavemente en la dirección Y positiva contra la cresta de la zanja para asegurarse de que la espícula esté perpendicular a los bordes de la zanja. Asiente la platina en la placa base de la platina de modo que las puntas de los husillos del micrómetro descansen en las hendiduras de la placa base de la platina. Si es necesario, ajuste los micrómetros en la placa de nivelación de la plataforma.

Abra el programa de prueba de flexión que se encuentra en el archivo de código complementario y establezca el tamaño del paso en dos micrómetros, el desplazamiento máximo en 0,5 milímetros, el tope de bajo voltaje en 1,5 voltios y el tope de alto voltaje en 4,6 voltios, utilizando los cuadros de texto que se muestran en la interfaz de usuario. Seleccione la imagen deseada, los directorios de datos y el nombre del archivo de salida, utilizando los cuadros de texto de la interfaz de usuario. Luego, configure el interruptor Guardar imágenes en la interfaz de usuario en la posición hacia abajo y haga clic en el botón rectangular verde debajo de las palabras Diferencia de voltaje para que se ilumine.

Ahora, ejecute el programa de prueba de flexión y espere a que se inicialicen el controlador del motor y las interfaces de la cámara. Encienda el iluminador y ajuste el brillo para que la punta del punto de carga sea visible. Luego, gire el micrómetro del sensor de desplazamiento de fibra óptica en el sentido de las agujas del reloj hasta que el voltaje de salida que se muestra en el gráfico de la interfaz de usuario sea de aproximadamente 1,7 voltios.

Ahora, use el control deslizante del potenciómetro en el controlador del motor del eje z para mover la etapa en la dirección z positiva hasta que esté aproximadamente un centímetro por debajo de la punta del punto de carga y establezca la posición de inicio del eje z haciendo clic en el botón Inicio. Utilice los controles deslizantes del potenciómetro en los controladores del motor de los ejes x e y para colocar la punta del punto de carga sobre el centro de la delgada tira de acero ubicada en la etapa de muestra en la dirección x negativa de la zanja. A continuación, utilice el control deslizante del potenciómetro del controlador del motor del eje z para mover la platina en la dirección z positiva hasta que la platina esté dentro del campo de visión del microscopio.

Haga clic en el botón Comenzar prueba y, cuando se le solicite, ingrese los valores de 0,003 voltios y 0,001 milímetros para la sensibilidad táctil y el tamaño del paso de retoque, respectivamente. Haga clic en Aceptar y espere varios minutos a que finalice el paso de calibración. Abra y ejecute el programa de datos básicos que se encuentra en el archivo de código complementario y gire el micrómetro del sensor de desplazamiento de fibra óptica en sentido contrario a las agujas del reloj hasta que el voltaje de salida que se muestra en el gráfico de la interfaz de usuario sea de aproximadamente tres voltios.

A continuación, utilice el control deslizante del potenciómetro del controlador del motor del eje x para colocar la punta del punto de carga entre los bordes de la zanja por encima de la espícula. Además, use el control deslizante del potenciómetro en el controlador del motor del eje z para mover la etapa en la dirección z positiva hasta que la punta del punto de carga esté por debajo de la superficie superior de la cresta de la zanja. Finalmente, use el control deslizante del potenciómetro en el controlador del motor del eje Y para enfocar la superficie frontal de la cresta de la zanja de modo que el ancho completo de la punta del punto de carga esté entre los bordes de la cresta de la zanja.

A continuación, detenga el programa de datos básicos haciendo clic en el botón Detener. A continuación, abra y ejecute el programa Center Load Point, tal como se encuentra en el archivo de código complementario. Utilice el controlador del motor del eje x para mover la etapa hasta que la punta del punto de carga esté casi en contacto con el borde derecho de la zanja.

A continuación, haga clic en el botón Buscar borde. Cuando se le solicite, utilice el controlador del motor del eje x para mover la etapa hasta que la punta del punto de carga esté casi en contacto con el borde izquierdo de la zanja. En este punto, haga clic en el botón Buscar borde nuevamente y espere a que el programa coloque la punta del punto de carga a mitad de camino a través del tramo de la zanja.

A continuación, abra el programa Prueba de flexión. Establezca el Tamaño del paso en dos micrómetros, el Desplazamiento máximo en 0,5 milímetros, el Tope de baja tensión en 1,5 voltios y el Tope de alta tensión en 4,5 voltios utilizando los cuadros de texto de la interfaz de usuario. Además, seleccione los directorios de imágenes y datos deseados y el nombre del archivo de salida, utilizando los cuadros de texto de la interfaz de usuario.

Coloque el interruptor Guardar imágenes en la interfaz de usuario en la posición hacia arriba y haga clic en el botón rectangular verde debajo de las palabras Diferencia de voltaje para que no se ilumine. A continuación, ejecute el programa de prueba de flexión y espere a que se inicialicen el controlador del motor y las interfaces de la cámara. Una vez inicializada, mueva la platina en la dirección z positiva, utilizando el control deslizante del potenciómetro en el controlador del motor, hasta que la espícula esté dentro del campo de visión del microscopio.

Luego, use el control deslizante del potenciómetro en el controlador del motor del eje Y para mover la etapa hasta que la espícula esté debajo de la punta del punto de carga. A continuación, ajuste la perilla de enfoque del microscopio para que la espícula esté enfocada en la interfaz de usuario. Luego, gire el micrómetro del sensor de desplazamiento de fibra óptica en sentido contrario a las agujas del reloj hasta que el voltaje de salida sea de aproximadamente 1,8 voltios.

Una vez configurado, haga clic en Comenzar prueba y espere hasta que se complete la prueba de flexión y la etapa vuelva a la posición inicial del eje z. El desplazamiento de la espícula en la dirección z y la fuerza aplicada por la punta del punto de carga se pueden calcular utilizando el archivo de interpolación de voltaje-desplazamiento, el archivo de calibración de fuerza y el archivo de prueba de flexión obtenido de la prueba de flexión de tres puntos. El archivo de interpolación de voltaje-desplazamiento se utiliza para medir el desplazamiento en voladizo durante la prueba de flexión.

Para estimar la rigidez del voladizo, se utiliza la calibración de la fuerza, que luego se utiliza para relacionar el desplazamiento del voladizo con la fuerza aplicada por la punta del punto de carga. En conjunto, se pueden utilizar para crear las respuestas de desplazamiento de fuerza. Aquí se muestran tres espículas de anclaje de E. aspergillum diferentes de pruebas exitosas de flexión de tres puntos.

Una vez dominado, se puede realizar una prueba de flexión con este dispositivo en aproximadamente 10 a 15 minutos. El aspecto más importante de este procedimiento es asegurarse de que la espícula esté correctamente asentada en el escenario y que su eje sea perpendicular a los bordes de la zanja. Las pruebas de flexión de tres puntos proporcionan una forma relativamente sencilla para que los investigadores que estudian las estructuras biológicas que soportan carga obtengan información sobre su comportamiento mecánico.

Después de la prueba de flexión, se pueden usar teorías de haces para calcular el módulo de Young y la resistencia a la fractura de las espículas a partir de los datos de desplazamiento de fuerza.