Name: Un système de test en flexion millimètre pour mesurer les propriétés mécaniques des Spicules d’éponges marines (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 25 s
Description: Découvrez un protocole de test en flexion millimétrique pour mesurer les propriétés mécaniques des spicules d'éponges marines. Cette méthode permet d'évaluer la résistance et la rigidité des fibres biologiques de 10 à 100 micromètres.

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Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation [mécanique des matériaux et Structures de programme, octroyer le numéro 1562656] ; et l’American Society of Mechanical Engineers [Haythornthwaite Young Investigator Award].

<ol><li>Wegst, U. G., Bai, H., Saiz, E., Tomsia, A. P., Ritchie, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioinspired+structural+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Bioinspired structural materials.</a> Nat. Mater. 14 (1), 23-36 (2015).</li>
<li>Meyers, M. A., McKittrick, J., Chen, P. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+biological+materials%3A+critical+mechanics-materials+connections%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Structural biological materials: critical mechanics-materials connections.</a> Science. 339 (6121), 773-779 (2013).</li>
<li>Bodde, S. G., Meyers, M. A., McKittrick, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlation+of+the+mechanical+and+structural+properties+of+cortical+rachis+keratin+of+rectrices+of+the+Toco+Toucan+%28Ramphastos+toco%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mech.+Behav.+Biomed.+Mater%22%5BJournal%5D)">Correlation of the mechanical and structural properties of cortical rachis keratin of rectrices of the Toco Toucan (Ramphastos toco).</a> J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 4 (5), 723-732 (2011).</li>
<li>Gibson, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+hierarchical+structure+and+mechanics+of+plant+materials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+R.+Soc.+Interface%22%5BJournal%5D)">The hierarchical structure and mechanics of plant materials.</a> J. R. Soc. Interface. , (2012).</li>
<li>Monn, M. A., Kesari, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+structure-property+connection+in+the+skeletal+elements+of+the+marine+sponge+Tethya+aurantia+that+guards+against+buckling+instability%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">A new structure-property connection in the skeletal elements of the marine sponge Tethya aurantia that guards against buckling instability.</a> Sci. Rep. 7, (2017).</li>
<li>Monn, M. A., Weaver, J. C., Zhang, T., Aizenberg, J., Kesari, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+functional+insights+into+the+internal+architecture+of+the+laminated+anchor+spicules+of+Euplectella+aspergillum%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">New functional insights into the internal architecture of the laminated anchor spicules of Euplectella aspergillum.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112 (16), 4976-4981 (2015).</li>
<li>Monn, M. A., Kesari, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+bending+failure+strain+in+biological+glass+fibers+due+to+internal+lamellar+architecture%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mech.+Behav.+Biomed.+Mater%22%5BJournal%5D)">Enhanced bending failure strain in biological glass fibers due to internal lamellar architecture.</a> J. Mech. Behav. Biomed. Mater. , In Press (2017).</li>
<li>Levi, C., Barton, J. L., Guillemet, C., Bras, E., Lehuede, P. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF00725516">A remarkably strong natural glassy rod: the anchoring spicule of the Monorhaphis sponge.</a> J. Mater. Sci. Letters. 8 (3), 337-339 (1989).</li>
<li>Kesari, H., Doll, J. C., Pruitt, B. L., Cai, W., Lew, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+surface+roughness+in+hysteresis+during+adhesive+elastic+contact%5BTitle%5D)+AND+%22Philos.+Mag.+Lett%22%5BJournal%5D)">Role of surface roughness in hysteresis during adhesive elastic contact.</a> Philos. Mag. Lett. 90 (12), 891-902 (2010).</li>
<li>Croisier, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+testing+of+electrospun+PCL+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Mechanical testing of electrospun PCL fibers.</a> Acta Biomater. 8 (1), 218-224 (2012).</li>
<li>Haque, M. A., Saif, M. T. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF02410523">A review of MEMS-based microscale and nanoscale tensile and bending testing.</a> Exp. Mech. 43 (3), 248-255 (2003).</li>
<li>Gudlavalleti, S. <a target="_blank" href="https://books.google.com/books/about/Mechanical_Testing_of_Solid_Materials_at.html?id=mfzytwAACAAJ">Mechanical testing of solid materials at the micro-scale</a>. , Doctoral dissertation, Massachusetts Institute of Technology (2002).</li>
<li>Tohmyoh, H., Ishihara, M., Akanda, M. S., Yamaki, S., Watanabe, T., Iwabuchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accurate+determination+of+the+structural+elasticity+of+human+hair+by+a+small-scale+bending+test%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Accurate determination of the structural elasticity of human hair by a small-scale bending test.</a> J. Biomech. 44 (16), 2833-2837 (2011).</li>
<li>Waters, J. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWaters%2C+JF+%22Contact+mechanics+of+biologically-inspired+interface+geometries%22">Contact mechanics of biologically-inspired interface geometries</a>. , Doctoral dissertation, Brown University (2009).</li>
<li>Dai, Z., Gorb, S. N., Schwarz, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Roughness-dependent+friction+force+of+the+tarsal+claw+system+in+the+beetle+Pachnoda+marginata+%28Coleoptera%2C+Scarabaeidae%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Roughness-dependent friction force of the tarsal claw system in the beetle Pachnoda marginata (Coleoptera, Scarabaeidae).</a> J. Exp. Biol. 205 (16), 2479-2488 (2002).</li>
<li>Tramacere, F., Kovalev, A., Kleinteich, T., Gorb, S. N., Mazzolai, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+and+mechanical+properties+of+Octopus+vulgaris+suckers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+R.+Soc.+Interface%22%5BJournal%5D)">Structure and mechanical properties of Octopus vulgaris suckers.</a> J. R. Soc. Interface. 11 (91), (2014).</li>
<li>Ehrlich, H., et al. <a target="_blank" href="https://www.hindawi.com/journals/jnm/2008/623838/">Nanostructural organization of naturally occurring composites: Part I. Silica-Collagen-based biocomposites.</a> J. Nanomater. 53, (2008).</li>
<li>Ehrlich, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nchem/journal/v2/n12/abs/nchem.899.html">Mineralization of the meter-long biosilica structures of glass sponges is templated on hydroxylated collagen.</a> Nat. Chem. 2, 1084-1088 (2010).</li>
<li>Ehrlich, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((First+evidence+of+the+presence+of+chitin+in+skeletons+of+marine+sponges.+Part+II.+Glass+sponges+%28Hexactinellida%3A+Porifera%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Zoo%22%5BJournal%5D)">First evidence of the presence of chitin in skeletons of marine sponges. Part II. Glass sponges (Hexactinellida: Porifera).</a> J. Exp. Zoo. 308 (4), 473-483 (2007).</li>
<li>Ehrlich, H. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/249057286_Chitin_and_Collagen_as_Universal_and_Alternative_Templates_in_Biomineralization">Chitin and collagen as universal and alternative templates in biomineralization.</a> Int. Geol Rev. 52, 661-699 (2010).</li>
<li>Ehrlich, H., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201600454/abstract">Supercontinuum generation in naturally occurring glass sponge spicules.</a> Adv. Opt. Mater. 4 (10), 1608-1613 (2016).</li>
<li>Ehrlich, H., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201100749/abstract">Calcite reinforced silica-silica joints in the biocomposite skeleton of deep-sea glass sponges.</a> Adv. Funct. Mater. 21, 3473-3481 (2011).</li>
<li>Werner, P., Blumtritt, H., Zlotnikov, I., Graff, A., Dauphin, Y., Fratzl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+microscope+analyses+of+the+bio-silica+basal+spicule+from+the+Monorhaphis+chuni+sponge%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Struct.+Biol%22%5BJournal%5D)">Electron microscope analyses of the bio-silica basal spicule from the Monorhaphis chuni sponge.</a> J. Struct. Biol. 191 (2), 165-174 (2015).</li>
<li>Kolednik, O., Predan, J., Fischer, F. D., Fratzl, P. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201100443/full">Bioinspired Design Criteria for Damage-Resistant Materials with Periodically Varying Microstructure.</a> Adv. Funct. Mater. 21 (19), 3634-3641 (2011).</li>
<li>Weaver, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00218460903417917">Unifying design strategies in demosponge and hexactinellid skeletal systems.</a> J. Adhes. 86 (1), 72-95 (2010).</li>
<li>Walter, S. L., Flinn, B. D., Mayer, G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493106001512">Mechanisms of toughening of a natural rigid composite.</a> Mater. Sci. Eng. C. 27 (3), 570-574 (2007).</li>
<li>Ehrlich, H. Silica biomineralization in Sponges. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aEhrlich%2C+H+%22Encyclopedia+of+Geobiology%22">Encyclopedia of Geobiology</a>. , Springer Verlag. 796-808 (2011).</li>
<li>Zlotnikov, I., Werner, P., Fratzl, P., Zolotoyabko, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eshelby+Twist+as+a+possible+source+of+lattice+rotation+in+a+perfectly+ordered+protein%2Fsilica+structure+grown+by+a+simple+organism%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Eshelby Twist as a possible source of lattice rotation in a perfectly ordered protein/silica structure grown by a simple organism.</a> Small. 11 (42), 5636-5641 (2015).</li>
<li>Zlotnikov, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+perfectly+periodic+three-dimensional+protein%2Fsilica+mesoporous+structure+produced+by+an+organism%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">A perfectly periodic three-dimensional protein/silica mesoporous structure produced by an organism.</a> Adv. Mater. 26 (11), 1682-1687 (2014).</li>
<li>Gere, J. M., Timoshenko, S. P. Chapter 5: Stresses in Beams. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGere%2C+JM+%22Mechanics+of+materials%22">Mechanics of materials</a>. , 205-217 (1997).</li>
<li>Baratta, F. I., Matthews, W. T., Quinn, G. D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBaratta%2C+FI+%22Errors+associated+with+flexure+testing+of+brittle+materials%22">Errors associated with flexure testing of brittle materials</a>. , Army Lab Command Watertown MA Material Technology Lab. No. MTL-TR-87-35 (1987).</li>
<li>Quinn, G. D., Sparenberg, B. T., Koshy, P., Ives, L. K., Jahanmir, S., Arola, D. D. <a target="_blank" href="https://www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/TESTEVAL/PAGES/JTE101649.htm">Flexural strength of ceramic and glass rods.</a> J. Test. Eval. 37 (3), 1-23 (2009).</li>
<li>Tattersall, H. G., Tappin, G. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00550177">The work of fracture and its measurement in metals, ceramics and other materials.</a> J. Mater. Sci. 1 (3), 296-301 (1966).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Plusieurs étapes du protocole sont particulièrement importants de veiller à ce que les forces et les déplacements sont mesurés avec précision. Alors que certaines de ces étapes critiques sont universels à tous les essais de flexion trois points, d’autres sont propres à ce dispositif d’essai mécanique.
À l' étape 1.2 du protocole le miroir LP est nettoyé et inspecté à rayures et à l' étape 1.6 du protocole, le gain de Dom est réglé. Il est important pour le gai...

En étudiant les architectures des porteurs de structures biologiques (LBBSs), comme shell et osseuse, ingénieurs ont mis au point de nouveaux matériaux composites qui sont forts et durs 1. Il a été démontré que les propriétés mécaniques remarquables de LBBSs et de leurs homologues de bio-inspirés sont liées à leurs architectures internes complexes 2. Cependant, les relations entre les architectures LBBS et propriétés mécaniques ne sont pas totalement comprises. Mesurer la réponse mécanique d’un LBBS est la première étape pour comprendre comment son architecture améliore ses propriétés mécaniques.
Cependant, il est important que le type de test utilisé pour mesurer la réponse mécanique d’un LBBS est compatible avec sa fonction mécanique. Par exemple, étant donné que les plumes doivent supporter des charges aérodynamiques, la fonction principale d’un rachis de la plume doit fournir la rigidité en flexion 3. Par conséquent, un essai de flexion est préférable à un essai de tension uniaxiaux pour mesurer sa réponse mécanique. En fait, beaucoup de LBBSs — comme le rachis des plumes 3, herbe tiges 4et spicules 5,6,7,8— principalement déformer en pliant. C’est parce que ces LBBSs sont minces —c'est-à-dire, leur longueur est beaucoup plus grande que leur largeur ou profondeur. Toutefois, effectuer des essais de flexion sur ces LBBSs est difficile car les forces et les déplacements qu’ils peuvent supporter avant d’échouer varient de 10-2 à 102 N et 10-4 à 10-3 m, respectivement 3 , 4 , 5 , 7 , 8. en conséquence, le dispositif utilisé pour effectuer ces essais mécaniques devrait avoir force et déplacement des résolutions de ≈10-5 N et ≈10-7 m (soit 0,1 % d’une force maximale mesurable et le déplacement de la sonde), respectivement.
Disponible dans le commerce à grande échelle, des systèmes de tests mécaniques généralement ne peuvent mesurer forces et déplacements avec cette résolution. Tandis que la force atomique axée sur le microscope 9,10 ou microélectromécaniques axée sur les systèmes 11 dispositifs d’essai ont une résolution suffisante, la force maximale (déplacement respectif), ils peuvent mesurer est inférieure à la force maximale (déplacement respectif) qui résiste à la LBBS. Par conséquent, pour effectuer des essais de flexion sur ces LBBSs, les ingénieurs et les scientifiques doit compter sur mesure mécanique test périphériques 5,7,12,13. Le principal avantage de ces dispositifs sur mesure, c’est qu’elles peuvent accueillir de grandes plages de forces et de déplacements. Cependant, la construction et l’exploitation de ces appareils n'est pas bien documentée dans la littérature.
Un protocole est décrit pour effectuer des essais de flexion trois points à l’aide d’un appareil mécanique sur mesure qui permet de mesurer des forces allant de 10-5 à 101 N et déplacements allant de 10-7 à 10-2 m. Dessins techniques, y compris toutes les dimensions, les composants de l’appareil d’essai mécanique sont fournis dans les documents supplémentaires. Le principal avantage de ce dispositif d’essai mécanique, c’est que les plages de force et de déplacement peuvent être facilement ajustées pour convenir à différents LBBSs. Principe de fonctionnement de l’appareil est similaire à celle d’une microscopie de force atomique 9. Dans ce dispositif, un échantillon est placé dans une tranchée coupée dans une plaque d’acier inoxydable (voir Figure 1A-C). La durée de la tranchée est mesurée à partir de photographies au microscope optiques à 1278 ± 3 µm (moyenne ± écart-type ; n = 10). Les bords de la tranchée prend en charge l’échantillon au cours d’un essai de flexion (voir Figure 1et D). Cette étape de l’échantillon est attachée à un trois axes de positionnement et placée sous une cale en aluminium de sorte que le coin se situe à mi-chemin toutes les étapes de la tranchée (voir Figure 1C). En déplaçant la scène dans le <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> direction (voir Figure 1 aet C), le spécimen est poussé dans la cale provoquant le spécimen à plier.
Nous nous référons à la cale sous la pointe de point de charge (LPT) et le composant de l’appareil qui contient la cale sous le point de charge (LP). Le LP est fixé à l’extrémité du bras de levier dont déplacement est mesurée par un capteur de déplacement optique de fibre (DOM). Le FODS émet des rayons infrarouges qui se reflète sur un miroir situé sur la surface supérieure de la LP (voir Figure 1B) et reçues par une fibre optique dans les DOM. Un morceau carré de ≈5 mm d’une plaquette de silicium poli est utilisé comme le miroir de LP et est apposé sur le LP avec de l’epoxy. Le FODS mesure déplacements en comparant l’intensité de la lumière émise et réfléchie. La rigidité en porte-à-faux et le déplacement sont utilisés pour calculer la force, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg"> , expérimentés par la cale due à son interaction avec l’échantillon. Le déplacement en porte-à-faux est également utilisé pour calculer le déplacement de la section transversale de l’échantillon sous la cale, <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq3.jpg"> . Capteurs de force basé sur cantilever ont été utilisés dans un certain nombre de micro - et macro-scale mécaniques essais études 10,11,12,13,14. La conception spécifique présentée ici est une adaptation d’un appareil mécanique pour effectuer des expériences de contact adhésif 14. Un design similaire a également été utilisé dans un micro-tribomètre commercialement disponible 15,16.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig1.jpg"> 
Figure 1 : vue d’ensemble de l’appareil de mesure mécanique. (A), A rendu de conception assistée par ordinateur de l’appareil. Les composantes de la scène sont surlignées en vert. La force de détection sous-assemblage (cantilever, point de charge (LP)) est surlignée en rouge. (B) A amplifié vue de (A). Le miroir LP est représentée en bleu sur le dessus de la LP sous le FODS et étiqueté l/min. (C) le système de coordonnées utilisé pour décrire le mouvement de l’étape de traduction. Par nivellement thétape e étape 1.9 du protocole, le <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> direction faite pour coïncider avec le vecteur normal à la surface du miroir LP. (D), un schéma de la configuration de flexion trois points montrant la déformation du spicule et les déplacements mesurés <img alt="Equation 49" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq49.jpg"> , et <img alt="Equation 50" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq50.jpg"> . <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56571/56571fig1large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
Les capacités de l’appareil sont illustrées en réalisant des essais de flexion trois points sur les éléments squelettiques de l’éponge marine Euplectella aspergillum6,7. Squelette de cette éponge est un assemblage de filaments, appelées spicules (voir la Figure 2A). Les spicules ≈50 µm d’épaisseur et sont composées principalement de silice 6. Axée sur les Biosilica spicules sont trouvent dans les éponges appartenant aux classes Demospongiae, Homoscleromorpha et Hexactinellida. Éponges, comme E. aspergillum, qui appartiennent à la classe Hexactinellida sont également connus comme « les éponges de verre ». Alors que les spicules d’éponges de verre sont composées essentiellement de silice, il a été démontré que la silice contienne souvent une matrice organique composée de soit collagène 17,18 ou chitine 19,20 , 21. cette matrice organique joue un rôle important dans la silice de 18,biomineralization20. En outre, dans certains spicules la matrice organique sert aussi comme un modèle pour la biominéralisation du calcium 22. En plus d’être distribué au sein de la silice, la matrice organique peut aussi former des couches distinctes qui partitionnent la silice de spicule en lamelles concentriques, cylindrique 6,23. Il a été démontré que cette architecture concentrique, lamellaire peut affecter déformation comportement 6,7,8,24,25,26 des spicules . Par conséquent, les propriétés mécaniques des spicules sont déterminées par une combinaison de leur composition chimique (i.e., la structure chimique du composite silice-protéine) et leur architecture 27. La structure chimique et l’architecture de verre les spicules des éponges sont toujours sous enquête 24,28,29.
La plupart des spicules dans E. aspergillum est cimentée pour former une cage squelette rigide. Toutefois, à la base du squelette il y a une touffe de très longtemps les spicules (≈10 cm) appelés les spicules d’ancrage (voir la Figure 2A). Les auteurs décrivent le protocole permettant d’effectuer des essais de flexion trois points sur une petite section des spicules d’ancrage.
À l' étape 1 du protocole, la procédure d’assemblage et d’aligner les composants de l’appareil d’essai mécanique sur mesure est décrite. Étapes 2 et 4 du protocole fournissent des instructions pour générer données d’étalonnage utilisées pour calculer les forces et les déplacements dans l’essai de flexion. Les mesures prises pour préparer une section d’un spicule et monter sur le montage d’essai sont décrits à l’étape 3. La procédure des essais de flexion sur la section de spicule est décrite à l’étape 5. Enfin, dans la section Résultats représentant les données d’étalonnage obtenues aux étapes 2 et 4 sont utilisées ainsi que les données de test flexion obtenues à l’étape 5 pour calculer <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg"> et <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq3.jpg"> .
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig2.jpg"> 
Figure 2 : Procédure pour sectionnement et inspection des spicules aspergillum e. (A) le squelette d’e. aspergillum. La touffe de spicules d’ancrage autoportant est montrée à la base du squelette. La barre d’échelle est de ~ 25 mm. (B) un spicule seule ancre est maintenu en place sur une lame de microscope avec un pinceau de martre #00000 rouge et sectionnés à l’aide d’une lame de rasoir. La barre d’échelle est ~ 12 mm (C) une section d’un spicule aspergillum E. placée dans la tranchée sur la scène de l’échantillon. Les bords de la tranchée et la crête de la tranchée sont surlignées en bleu sarcelle et orange, respectivement. Le spicule est poussé contre la crête de tranchée à faire en sorte que son axe est perpendiculaire sur les bords de la tranchée. (D) une micrographie d’un spicule qui passe la procédure de contrôle décrite à l' étape 3.4 du protocole, qui explique comment déterminer si une section de spicule est endommagée et doit être jetée. (E), une micrographie d’un spicule contenant plusieurs fissures et manque de larges pans des couches de silice qui ne permettrait pas la procédure de contrôle décrite à l' étape 3.4 du protocole. Barreaux de l’échelle = 250 µm (C), 100 µm (D) et 100 µm (E). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56571/56571fig2large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>

<table><tbody><tr><td>Table d’isolation TMC 36 » x 48 » avec plaque d’expérimentation CleanTop 4 »</td><td>Table d’isolation</td><td>TMC</td><td>63-563</td></tr><tr><td>Ajusteur de vis différentielle</td><td>Thorlabs</td><td>DAS110</td><td>Pour plaque de nivellement de scène</td></tr><tr><td>Tête micrométrique de déplacement 1 » avec graduations de 0,001 »</td><td>Thorlabs</td><td>150-801ME</td><td>Pour plaque de nivellement de scène</td></tr><tr><td>Support à angle droit pour platines de translation de la série PT, 1/4 »- 20 trous de montage</td><td>Thorlabs</td><td>PT102</td><td>Pour monture de microscope</td></tr><tr><td>Platine de translation en queue d’aronde 1 », 1/4 »-20 Tarauds</td><td>Thorlabs</td><td>DT25</td><td>Pour monture de microscope</td></tr><tr><td>Platine de translation 1 » avec vis de réglage 1/4 »-170, 1/4 »-20 Tarauds</td><td>Thorlabs</td><td>PT1B</td><td>Pour monture de microscope</td></tr><tr><td>Longueur 12 », rail optique en queue d’aronde</td><td>Edmund Optics</td><td>54-401</td><td>Pour monture de microscope</td></tr><tr><td>2,5 » de largeur, support à queue d’aronde</td><td>Edmund Optics</td><td>54-404</td><td>Pour monture de microscope</td></tr><tr><td>0,5 » de largeur, support à queue d’aronde</td><td>Edmund Optics</td><td>54-403</td><td>Pour monture de microscope</td></tr><tr><td>InfiniTube Mounting C-Clamp avec &frac14 ;-20</td><td>Edmund Optics</td><td>57-788</td><td>Composant</td></tr><tr><td>de microscope standard (sans fixation en ligne), InfiniTube</td><td>Edmund Optics</td><td>56-125</td><td>Composant de microscope</td></tr><tr><td>Fixation standard en ligne (optimisé à 2X-10X), InfiniTube</td><td>Edmund Optics</td><td>56-126</td><td>Composant de microscope</td></tr><tr><td>Adaptateur d’objectif Mitutoyo/Achrovid (M26 à M27)</td><td>Edmund Optics</td><td>53-787</td><td>Composant de microscope</td></tr><tr><td>5X Infinity Achrovid Microscope Objectif</td><td>Edmund Optics</td><td>55-790</td><td>Composant</td></tr> <tr><td>de microscope0.316" ID, adaptateur fibre optique SX-6</td><td>Edmund Optics</td><td>38-944</td><td>Composant de microscope</td></tr><tr><td>&frac14 ; « x 36 », Guide de lumière à fibre optique flexible</td><td>Edmund Optics</td><td>42-347</td><td>Composant de microscope</td></tr><tr><td>115V, MI-150 Illuminateur à fibre optique avec filtre IR et support</td><td>Edmund Optics</td><td>55-718</td><td>Composant de microscope</td></tr><tr><td>Allied Vision Manta G-223 2/3 » Caméra CMOS couleur</td><td>Edmund Optics</td><td>88-452</td><td></td></tr><tr><td>Composant de microscope Alimentation pour Manta / Guppy Pro / Stingray / Pike</td><td>Edmund Optics</td><td>68-586</td><td>Composant de microscope</td></tr><tr><td>1/4" Déplacement Platine de translation monoaxe</td><td>Thorlabs Micromètre Thorlabs</td><td>MS1S</td><td>FODS Capteur de</td></tr><tr><td>déplacement à fibre optique dépendant de la réflectance analogique</td><td>Philtec</td><td>D20</td><td>FODS</td></tr><tr><td>30V, 3A Alimentation DC</td><td>Agilent</td><td>U8001A</td><td>Alimentation pour DAQ et FODS</td></tr><tr><td>14 bits, 48 kS/s DAQ multifonction à faible coût</td><td>National Instruments</td><td>USB-6009</td><td>DAQ pour étage FODS</td></tr><tr><td>Platine de translation motorisée à trois axes</td><td>Thorlabs</td><td>Thorlabs T25 XYZ-E/M</td><td>Platine de translation</td></tr><tr><td>T-Cube DC Servo Motor Controller</td><td>Thorlabs</td><td>TDC001</td><td>Contrôleur de moteur pour platine</td></tr><tr><td>T-Cube Alimentation</td><td>Thorlabs</td><td>TPS001</td><td>Alimentation pour contrôleur de moteur</td></tr><tr><td>National Instruments LabVIEW (2013 SP1)</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Utilisé pour l’exécution du logiciel</td></tr><tr><td>National Instruments Logiciel d’acquisition de vision LabVIEW (2016)</td><td>National Instruments Utilisé</td><td></td><td>pour l’exécution du logiciel</td></tr><tr><td>Nikon Eclipse Ci-POL Main Body</td><td>MVI</td><td>MDA96000</td><td>Microscope à lumière polarisée</td></tr><tr><td>Nikon Pi Tube intermédiaire avec curseur de l’analyseur MVI</td><td></td><td>MDB45305</td><td>Microscope à</td></tr> <tr><td>lumière polariséeMicroscope</td> à <td>lumière polarisée</td>Nikon Dia-Polarizer <td>MVI</td><td>MDN11920</td></tr><tr><td>Cordon d’alimentation - 7'6"</td><td>MVI</td><td>79035</td><td>Microscope à lumière polarisée</td></tr><tr><td>Nikon P-Amh Mechanical Stage</td><td>MVI</td><td>MDC45000</td><td>Microscope à lumière polarisée</td></tr><tr><td>Nikon Lwd Achromat Condenser</td><td>MVI</td><td>MBL16100</td><td>Nikon</td></tr><tr><td>LV-NBD5BD-CH Porte-objectifs manuel Quint ESD</td> Microscope à lumière polarisée <td>MVI</td><td>MBP60125</td><td>Microscope à lumière polarisée</td></tr><tr><td>Nikon C-TF Tube trinoculaire F</td><td>MVI</td><td>MBB93100</td><td>Oculaire</td></tr><tr><td>Nikon CFI 10X FN 22mm NC</td><td>MVI</td><td>MAK10110</td><td>Microscope à lumière polarisée</td></tr><tr><td>Nikon TU Plan Flour BD 10x Objective</td><td>MVI</td><td>MUE42100</td><td>Microscope à lumière polarisée</td></tr><tr><td>Venus Flower Basket Sponge</td><td>Denis Brand</td><td>N/A</td><td>Sponge skeleton</td></tr><tr><td>3.5X Headband Flip-Up Magnifier</td><td>McMaster Carr</td><td>1490T5</td><td>Utilisé pour la section des spicules</td></tr> <tr><td>et Oslash ; Plaquette de silicium 1", type P / < 100></td><td>Ted Pella</td><td>16011</td><td>Utilisé pour le miroir de point de charge</td></tr><tr><td>Tampon en coton à pointe effilée à faible peluche</td><td>McMaster Carr</td><td>71035T31</td><td>Utilisé pour le nettoyage du miroir LP</td></tr><tr><td>Couteau de précision à poignée en caoutchouc</td><td>McMaster Carr</td><td>35575A68</td><td>Utilisé pour sectionner les spicules</td></tr><tr><td>Lames de microscope, extrémité givrée, 75 x 25 x 1 mm</td><td>Ted Pella</td><td>260409</td><td>Utilisé pour sectionner les spicules</td></tr><tr><td>Pinceaux en martre, #00000, 0,08 mm L x 4,0 mm L</td><td>Ted Pella</td><td>11806</td><td>Utilisé pour la manipulation des spicules</td></tr><tr><td>Pince à épiler de haute précision PELCO Pro, pointes extra fines, finition supérieure</td><td>Ted Pella</td><td>5367-5NM</td><td>Utilisé pour la manipulation des spicules</td></tr><tr><td>Micromètre à échelle linéaire à deux axes</td><td>Edmund Optics</td><td>58-608</td><td>Utilisé pour l’étalonnage des microscopes</td></tr><tr><td>FLEX-A-TOP FT-38 CAS</td><td>Conteneurs en plastique ESD</td><td>FT-38-CAS</td><td>Utilisé pour le stockage des spicules</td></tr><tr><td>Flacon en plastique Niveau Bullseye</td><td>McMaster Carr</td><td>2147A11</td><td>Utilisé pour le nivellement de la platine</td></tr><tr><td>Balance analytique</td><td>Mettler Toledo</td><td>MS105DU</td><td>Utilisé pour l’étalonnage en masse des poids</td></tr></tbody></table>

un système de test en flexion millimètre pour mesurer les propriétés mécaniques des spicules d’éponges marines

A Millimeter Scale Flexural Testing System for Measuring the Mechanical Properties of Marine Sponge Spicules

Beaucoup de charge portant des structures biologiques (LBBSs) — comme le rachis des plumes et des spicules — sont de petite taille (&#60; 1 mm) mais pas microscopiques. Mesurer le comportement en flexion de ces LBBSs est important pour comprendre les origines de leurs fonctions mécaniques remarquables.
Les auteurs décrivent un protocole pour effectuer des essais de flexion trois points à l’aide d’un appareil mécanique sur mesure qui permet de mesurer des forces allant de 10-5 à 101 N et déplacements allant de 10-7 à 10-2 m. Le principal avantage de ce dispositif d’essai mécanique, c’est que les capacités de la force et le déplacement peuvent être facilement ajustées pour différentes LBBSs. Principe de fonctionnement de l’appareil est similaire à celle d’un microscope à force atomique. À savoir, la force est appliquée au LBBS par un point de charge qui est attaché à l’extrémité du bras de levier. Le déplacement de point de charge est mesuré par un capteur de déplacement optique de fibre et transformé en une force à l’aide de la rigidité mesurée en porte-à-faux. Gamme de force de l’appareil peut être réglé à l’aide de leviers de raideurs différentes.
Les capacités de l’appareil sont illustrées en réalisant des essais de flexion trois points sur les éléments squelettiques de l’éponge marine Euplectella aspergillum. Les éléments squelettiques — appelées spicules — sont des fibres de silice qui sont environ de 50 µm de diamètre. Nous décrivons les procédures pour l’étalonnage de l’appareil mécanique, les spicules de montage sur un appareil de flexion trois points avec une envergure de mm ≈1.3, et effectuer une flexion test. La force exercée sur le spicule et sa déformation à l’emplacement de la force appliquée sont mesurés.

Les sorties plus fondamentales de tous les essais mécaniques sont l’ampleur de la force exercée sur l’échantillon et le déplacement à l’endroit où la force est appliquée. Dans le cas d’un essai de flexion trois points, l’objectif est d’obtenir la magnitude de la force appliquée par la turbine BP, <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg"> et le déplacement de la section transversale de l’échantillon sous la turbine BP dans le <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_...

Nous présentons un protocole permettant d’effectuer des essais de flexion trois points sur les fibres d’échelle submillimétrique en utilisant un dispositif mécanique sur mesure. L’appareil permet de mesurer des forces allant de 20 µN jusqu'à 10 N et peut donc accueillir une variété de tailles de fibres.

Un système de test en flexion millimètre pour mesurer les propriétés mécaniques des Spicules d’éponges marines

Many load bearing biological structures (LBBSs)&#8212;such as feather rachises and spicules&#8212;are small (&#60;1 mm) but not microscopic. Measuring the ...

L’objectif global de cette expérience est de mesurer le comportement en flexion de fibres dont le diamètre est compris entre 10 et 100 micromètres. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés sur le comportement mécanique des structures biologiques, telles que les propriétés de résistance et de rigidité des spicules d’éponges marines. Le principal avantage de cette technique est qu’elle peut être utilisée pour mesurer le comportement mécanique d’une grande variété de matériaux de tailles et de propriétés élastiques différentes.Bien que cette méthode puisse donner un aperçu du comportement mécanique des spicules, elle peut également être appliquée à d’autres structures biologiques porteuses de charge, telles que les tiges de plantes et les rachis de plumes. Pour commencer, fixez le point de charge au cantilever à l’aide de vis d’assemblage à tête creuse numéro 4-40. Veillez à ne pas déformer plastiquement les bras en porte-à-faux lors de la fixation du point de charge.Ensuite, positionnez l’extrémité du point de charge à l’écart de la plaque en porte-à-faux et fixez sans serrer le porte-à-faux à la plaque, à l’aide de vis d’assemblage à tête creuse numéro 6-32. Ensuite,

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Bioengineering

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Découvrez un protocole de test en flexion millimétrique pour mesurer les propriétés mécaniques des spicules d'éponges marines. Cette méthode permet d'évaluer la résistance et la rigidité des fibres biologiques de 10 à 100 micromètres.

Un système de test en flexion millimètre pour mesurer les propriétés mécaniques des Spicules d’éponges marines

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