Realización de pruebas de corte en forma de Y montadas en microscopio

El corte en forma de Y mide la energía de falla y una escala de enlace de creación de superficie crítica en sólidos blandos. La incorporación de esta técnica en un microscopio facilita desentrañar los mecanismos microestructurales que gobiernan estas cantidades. En contraste con la gran grieta plantada típica de la carga de la rueda delantera, este protocolo utiliza la localización de estiramiento inducida por la placa para reducir el campo de visión necesario para obtener imágenes del proceso de falla interior.

El enfoque puede proporcionar información sobre el fracaso de los materiales sintéticos blandos y los tejidos blandos biológicos. Para comenzar, reemplace el portaportaobjetos original montado en el escenario con un soporte de muestra personalizado y conecte el conjunto al microscopio. Ajuste el ángulo de la copa aflojando el tornillo de mariposa de ajuste de ángulo y luego moviendo la diapositiva lineal.

Ajuste el ángulo después de medirlo con un transportador y apriete el tornillo del pulgar de ajuste de ángulo. El ángulo entre la pierna y el plano medio theta de la muestra se puede ajustar de 8 a 45 grados. Coloque las dos poleas verticales detrás del aparato.

Prepare una muestra rectangular delgada de polidimetilsiloxano, o PDMS, cortándola de una hoja más grande o usando un molde de las dimensiones correctas. Las dimensiones pueden variar, pero se recomienda comenzar un ancho de 1 1/2 centímetros o menos para una muestra con un grosor de tres milímetros o menos. Use una cuchilla de afeitar para cortar la muestra tres centímetros a lo largo de la línea central para crear la muestra en forma de Y.

Este enlace puede variar, pero las patas deben ser lo suficientemente largas como para acomodar las pestañas, pero lo suficientemente cortas como para dejar una muestra sin cortar para la medición. Usando un marcador o tinta, coloque dos marcas centradas y separadas por aproximadamente un centímetro en cada una de las patas delgadas y el cuerpo de la muestra para medir el estiramiento aplicado en cada una de las tres patas de muestra bajo carga. Use pegamento de cianoacrilato similar al adhesivo para colocar una pestaña impresa en 3D o cortada con láser al final de cada pierna.

Mida y corte dos longitudes de línea de pesca delgada. Se necesitan aproximadamente 30 centímetros de línea para el enrutamiento interno a través del mecanismo hasta el conjunto externo de poleas. Fije placas de pesaje de cinco gramos al final de las líneas que pasan a través de las poleas externas y ate el otro extremo a la lengüeta de cada pata.

Sujete la base de la muestra con el tornillo de mariposa del soporte de la muestra y dirija la línea para cada pata a través de cada lado del sistema de poleas. Tome una foto de la muestra desde la parte superior mientras la muestra está bajo un peso insignificante sosteniendo una cámara contra la parte inferior del mecanismo de ajuste de ángulo. Asegúrese de que la cámara esté paralela al plano de muestra para minimizar los efectos fuera de ángulo.

Agregue el peso de precarga deseado de 75 gramos a ambos extremos de la línea de pesca cerca de las poleas externas. Aumente esta cantidad a 150 gramos o disminuya a 50 gramos para cambiar la contribución de desgarro si se desea para esta combinación de material y geometría de muestra. Alinee la línea de pesca desde la polea más baja con el plano Z de las patas de la muestra utilizando el componente Z de la etapa de microajuste de tres vías.

Tome una segunda foto de la muestra después de agregar el peso. Coloque aproximadamente la punta de la hoja anticipada cerca del campo de visión del objetivo. Coloque la hoja de afeitar en su clip de hoja correspondiente y asegure la cuchilla en su lugar con un tornillo de fijación.

Deslice esta hoja de afeitar recortada en el soporte de clip de cuchilla conectado a la célula de carga. Seleccione el objetivo del microscopio 2.5x o tan alto como 20x, si se desean imágenes más cercanas, y use el ajuste de luz transmitida, aumentando la luz detrás de la muestra si es necesario. Con la cuchilla en su lugar, enfoque el microscopio en la superficie más cercana de la hoja utilizando el sistema de ajuste vertical si es necesario para llevar la punta a la distancia de trabajo adecuada para el objetivo.

Alinee cuidadosamente la hoja de afeitar dentro del campo de visión del microscopio utilizando solo las direcciones X e Y de la etapa de microajuste de tres vías. Enfoque el microscopio en la muestra y alinee la punta de la grieta con la hoja de afeitar traduciendo la etapa X/Y del microscopio. Esto asegura que el plano medio de la muestra se alinee con el plano medio del mecanismo de ajuste del ángulo.

Abra el código utilizado para la adquisición de datos de la célula de carga y comience a registrar los datos de la célula de carga haciendo clic en el botón Iniciar grabación. Traduzca la muestra hacia la hoja de afeitar por un centímetro o más a velocidad constante utilizando el control de etapa de microscopio. Recopile imágenes simultáneamente utilizando la interfaz de imágenes del microscopio.

Cuando se detenga la etapa X/Y del microscopio, haga clic en el botón Detener grabación para detener la grabación de los datos y guardar automáticamente un archivo de texto de la carga y la respuesta de tiempo. Aquí se muestra la curva fuerza-tiempo para el polidimetilsiloxano utilizando una cuchilla ultra afilada. Las regiones de carga elástica, iniciación de corte, corte en estado estacionario y descarga de la curva están etiquetadas en el gráfico.

Estos datos ilustran una fuerza inicial alta, como se requiere típicamente para el inicio del corte, seguida de una fuerza constante, lo que indica un corte en estado estacionario. La fuerza de corte es el valor máximo de la fuerza dentro de este régimen de estado estacionario. Los círculos rojos que se muestran aquí corresponden a imágenes específicas obtenidas por el microscopio.

Se ha agregado un círculo amarillo para facilitar la observación del movimiento del patrón de moteado, y estos números indican marcas de tiempo y segundos de imagen. La fuerza de corte en estado estacionario medida combinada con los parámetros de prueba experimentales de ángulo theta de la pierna, espesor de la muestra T, precarga f de pre y radio de la cuchilla producen la energía de corte en estado estacionario de acuerdo con la ecuación mostrada. Aquí, replicamos con éxito la energía de corte previamente reportada en la literatura para estas condiciones.

Al incorporar el corte en forma de Y en un microscopio, permitimos la cuantificación de las contribuciones microestructurales a la falla de sólidos blandos y tejidos blandos a través de sondas fluorescentes, autofluorescencia y técnicas de fuerza de campo completo.