מילימטר סולם Flexural בדיקות מערכת למדידת התכונות המכאניות של הספוג הימי Spicules

Michael A. Monn; Jarod Ferreira; Jianzhe Yang; Haneesh Kesari

doi:10.3791/56571

הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

מילימטר סולם Flexural בדיקות מערכת למדידת התכונות המכאניות של הספוג הימי Spicules

9.2K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/56571

⸱

11 באוקטובר 2017

Michael A. Monn¹ , Jarod Ferreira¹ , Jianzhe Yang¹ , Haneesh Kesari¹

¹School of Engineering, Brown University

במאמר זה

סיכום

אנו מציגים פרוטוקול לביצוע בדיקות כיפוף 3 נקודות על מילימטר סולם סיבים באמצעות בדיקה מכנית לפי הזמנה. המכשיר יכול למדוד כוחות שנעו בין µN 20 עד 10 N, ולכן יכול להכיל מגוון של גדלי סיבים.

תקציר

רבים לטעון הנושאת מבנים ביולוגיים (LBBSs) – כמו נוצה rachises ו spicules — הם קטנים (< 1 מ מ) אבל לא מיקרוסקופיים. מדידת ההתנהגות flexural של אלה LBBSs חשוב להבין את מקורותיה של הפונקציות מכנית יוצאת דופן שלהם.

אנו מתארים פרוטוקול עבור ביצוע בדיקות כיפוף השלשה באמצעות התקן שהותקן הבדיקה מכני שיכול למדוד כוחות ועד 10^-5 10¹ N ו displacements ועד 10^-7 10^-2 מ'. היתרון העיקרי של מכשיר הבדיקה מכני זה היא כי ניתן להתאים בקלות היכולות כוח ותזוזה עבור LBBSs שונים. עקרונות הפעולה של המכשיר דומה לזה של מיקרוסקופ כוח אטומי. כלומר, כוח חל את LBBS על-ידי נקודת טעינה מצורפת לסוף זיז. העקירה נקודת טעינה נמדד על ידי חיישן תזוזה סיב אופטי סיבים, שהוסב כוח באמצעות הקשיחות זיז נמדד. ניתן לכוונן טווח כוח של המכשיר באמצעות cantilevers של stiffnesses שונים.

יכולות ההתקן מודגמות על-ידי ביצוע בדיקות כיפוף 3 נקודות על רכיבי השלד של הספוג הימי Euplectella aspergillum. רכיבי השלד – המכונה spicules — הם בסיבים סיליקה כ 50 מיקרומטר בקוטר. אנו מתארים את נהלי לכייל את המכשיר בדיקה מכאנית, הרכבה של spicules על מתקן כיפוף 3 נקודות עם טווח מ מ ≈1.3 ובדוק ביצוע כיפוף. הכוח להחיל את spicule והטיה שלה במיקום של הכוח יישומית נמדדים.

מבוא

על ידי לימוד של הארכיטקטורות של הנשיאה מבנים ביולוגיים (LBBSs), כגון shell ועצם, פיתחו מהנדסי חומרים מרוכבים חדשים חזק וקשוח ¹. הוכח, כי התכונות המכאניות מדהים של LBBSs ושל עמיתיהם בהשראה ביו קשורים שלהם ארכיטקטורות מורכבות פנימית ². עם זאת, קשרי הגומלין בין ארכיטקטורות LBBS תכונות מכניות הם לא מובן במלואו. מדידת תגובת מכני של LBBS הוא הצעד הראשון לקראת הבנת איך הארכיטקטורה משפר תכונות מכאניות שלה.

עם זאת, חשוב כי סוג המבחן המשמש למדידת התגובה מכני של LBBS הוא עקבי עם תפקידה מכני. לדוגמה, מאז נוצות חייב לתמוך המון אווירודינמי, התפקיד העיקרי של rachis נוצות נועד לספק קשיחות flexural