Name: מילימטר סולם Flexural בדיקות מערכת למדידת התכונות המכאניות של הספוג הימי Spicules (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 25 s
Description: למד מדידת התנהגות כפיפה בסיבים בקוטר 10-100 מיקרומטר באמצעות מכשיר מכני מותאם אישית. שיטה זו חושפת תכונות מכאניות של ספוגים ימיים ומבנים ביולוגיים נוספים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

עבודה זו נתמכה על ידי קרן המדע הלאומית [מכניקה של חומרים, מבנים תוכנית, להעניק מספר 1562656]; האגודה האמריקנית של מהנדסי מכונות [פרס החוקר הצעיר Haythornthwaite].

<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>

המחברים אין לחשוף.

מספר שלבים של הפרוטוקול חשובים במיוחד להבטחת displacements וכוחות נמדדים באופן מדויק. בעוד חלק השלבים הקריטיים אוניברסלית כל הבדיקות כיפוף השלשה, אחרים הם ייחודיים להתקן זה בדיקות מכניות.
שלב 1.2 של פרוטוקול המראה LP הוא ניקה ולא בדק עבור שריטות, וכן שלב 1.6 של הפרוטוקול רווח FODS מוגדר. חשוב על השקיפות מראה LP כדי להיות קבוע על שלבים 2, 4ו- 5 לפרוטוקול ורווח. מסיבה זו, כיול שני השלבים (שלבים 2</strong...

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 3. לכן, בדיקת כיפוף הוא מועדף במבחן המתח uniaxial למדידת תגובתה מכני. למעשה, LBBSs רבים – כגון נוצה rachises 3, דשא נובעת 4ו-7,6, 5,spicules8— עיקום בעיקר על ידי כיפוף. זאת משום LBBSs אלו הן —כלומר, אורכם גדול בהרבה רוחב או עומק שלהם. עם זאת, ביצוע בדיקות כיפוף על LBBSs אלה הוא מאתגר כי הכוחות ואת displacements זה שהם יכולים לעמוד לפני שההפעלה נכשלת בטווח שבין 10-2 102 N ו- 10-4 עד 10-3 מ', בהתאמה 3 , 4 , 5 , 7 , 8. כתוצאה מכך, המכשיר המשמש לביצוע בדיקות מכניות אלו צריך החלטות כוח ותזוזה של ≈10-5 N ו- m-7 ≈10 (קרי, 0.1% מקסימום כוח measureable ותזוזה של החיישן), בהתאמה.
מידה זמינים מסחרית, גדול, בבדיקת מערכות מכניות בדרך כלל לא יכול למדוד כוחות, displacements עם החלטה זו. בעוד כוח אטומי מבוסס-מיקרוסקופ 9,10 או microelectromechanical מבוססי מערכות 11 התקנים הבדיקה יש פתרון הולם, הכוח המרבי (תזוזה בהתאמה) הם יכולים למדוד הוא קטן יותר מקסימום כוח (תזוזה בהתאמה) כי LBBS יכול לעמוד. לכן, כדי לבצע בדיקות כיפוף על אלה LBBSs, מהנדסים ומדענים חייבת להסתמך על לפי הזמנה מכני בדיקות מכשירים 5,7,12,13. היתרון העיקרי של התקנים לפי הזמנה אלה היא כי הם יכולים להכיל טווחים גדולים של כוחות, displacements. עם זאת, הקמה ותפעול של התקנים אלה לא מתועדת בספרות.
פרוטוקול מתואר 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'. שרטוטים טכניים, כולל כל הממדים, המרכיבים של המכשיר בדיקה מכאנית הינם מסופקים בכל החומר משלים. היתרון העיקרי של מכשיר הבדיקה מכני זה היא כי ניתן להתאים בקלות טווחי כוח ותזוזה שיתאימו LBBSs שונים. עקרונות הפעולה של המכשיר דומה לזה של מיקרוסקופ כוח אטומי 9. במכשיר הזה, הדגימה מושם על פני תעלה לחתוך לתוך צלחת נירוסטה (ראה איור 1A-C). אורך של התעלה נמדד אופטית micrographs להיות 1278 ± 3 מיקרומטר (זאת אומרת ± סטיית התקן; n = 10). קצות התעלה תומכים הדגימה במהלך בדיקת כיפוף (ראה איור 1Cו- D). בשלב זה מדגם זה מצורף לשלב שלושה צירים תרגום וממוקמים מתחת לתבנית אלומיניום כך בתבנית הינו ממוקם באמצע הדרך לאורך טווח של התעלה (ראה איור 1C). על-ידי הזזת את הבמה <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> כיוון (ראה איור 1Aו- C), הדגימה נדחף לתוך בתבנית גורם הדגימה לכופף.
אנו מכנים התבנית הקצה נקודת טעינה (LPT), המרכיב של ההתקן המכיל את התבנית כנקודת עומס (LP). אריך הנגן מצורפת לסוף זיז הזחה אשר נמדד על ידי חיישן תזוזה סיב אופטי סיבים (FODS). FODS פולט אור אינפרא אדום, אשר משתקף מתוך מראה ממוקם על המשטח העליון של אריך הנגן (ראה איור 1B) וקיבלה סיב אופטי ב- FODS. ≈5 מ מ מרובע פיסת הסיליקון מלוטש רקיק משמשת כמראה LP ו למוט אריך הנגן באמצעות אפוקסי. FODS מודד displacements על-ידי השוואת עוצמות האור הנפלט ושיקפה. הנוקשות זיז ותזוזה משמשים לחישוב הכוח, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg"> , שחווים התבנית בגלל ביחסיו עם הדגימה. העקירה זיז משמש גם כדי לחשב העקירה של חתך הרוחב של הדגימה מתחת התבנית, <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq3.jpg"> . כח המבוססת על זיז חיישנים השתמשו במספר של מיקרו, מאקרו-סרגל מכני בדיקות מחקרים 10,11,12,13,14. העיצוב ספציפי המוצג כאן הוא ממאמרו של מכשיר הבדיקה מכני המשמש לביצוע ניסויים קשר דבק 14. עיצוב דומה שימש גם ב- 15,זמינים מסחרית מיקרו-tribometer16.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig1.jpg"> 
איור 1: סקירה של המכשיר בדיקה מכניים לפי הזמנה- (א) א באמצעות מחשב עיבוד העיצוב של המכשיר. הרכיבים הבמה מסומנים בירוק. הכוח חישה הרכבת המשנה של הירוק (זיז, נקודת טעינה (LP)) מסומן באדום. (B) A מוגדל תצוגה של (). המראה LP מוצג בצבע כחול על המשטח העליון של אריך הנגן מתחת FODS, הנקרא LPM. (ג) מערכת הקואורדינטות המשמש לתיאור התנועה של השלב תרגום. עקב החלקת the שלב שלב 1.9 של הפרוטוקול, <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> כיוון נעשית בקנה אחד עם וקטור נורמלי על פני השטח של השיקוף LP. (ד) A תרשים סכמטי של תצורת כיפוף השלשה מציג להרכב את spicule, את displacements נמדד <img alt="Equation 49" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq49.jpg"> , ו <img alt="Equation 50" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq50.jpg"> . <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56571/56571fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
יכולות ההתקן מודגמות על-ידי ביצוע בדיקות כיפוף 3 נקודות על רכיבי השלד של הספוג הימי Euplectella aspergillum6,7. השלד של ספוג זה הוא הרכבה של חוטים, שנקרא spicules (ראה איור 2א). Spicules ≈50 מיקרומטר עבה, מורכבים בעיקר סיליקה 6. Spicules מבוססי Biosilica מצויים ספוגים השייכים המעמדות Demospongiae, Homoscleromorpha ו- Hexactinellida. ספוגים, כגון אי aspergillum, השייכים למחלקה Hexactinellida ידועים גם בשם "זכוכית ספוגים." ואילו spicules של זכוכית ספוגים מורכבים בעיקר סיליקה, הוכח כי סיליקה מכיל לעיתים קרובות של מטריקס אורגני מורכב או קולגן 17,18 או כיטין 19,20 , 21. מטריקס אורגני זה ממלא תפקיד חשוב ב סיליקה ביומינרליזציה 18,20. יתר על כן, בעוד כמה spicules מטריקס אורגני משמש גם תבנית עבור ביומינרליזציה של סידן 22. בנוסף הוא מופץ בתוך סיליקה, מטריקס אורגני יכול גם טופס שכבות נפרדות למחיצות סיליקה של spicule לתוך קונצנטריים, גליליים lamellae 6,23. הוכח כי ארכיטקטורה זו קונצנטריים, מחליפי יכול להשפיע על spicules' דפורמציה התנהגות 6,7,8,24,25,26 . כתוצאה מכך, תכונות מכניות של spicules נקבעים על-ידי שילוב של הכימיה שלהם (כלומר., המבנה הכימי של החומר המרוכב סיליקה-חלבון) ו שלהם אדריכלות 27. מבנה כימי והן הארכיטקטורה של זכוכית ספוג spicules הם עדיין תחת חקירה 24,28,29.
רוב spicules ב aspergillum אי ביצרו יחד כדי ליצור כלוב השלד נוקשה. עם זאת, בבסיס של השלד יש ציצה של רב spicules (≈10 ס מ) המכונה של spicules עוגן (ראה איור 2א). אנו מתארים הפרוטוקול עבור ביצוע בדיקות כיפוף 3 נקודות על מקטעים קטנים של spicules העוגן.
שלב 1 של הפרוטוקול, מתואר ההליך עבור בניית ויישור המרכיבים של המכשיר בדיקה מכניים לפי הזמנה. שלבים 2 ו- 4 של הפרוטוקול לספק הוראות עבור נתוני כיול ביצירת המשמשת לחישוב displacements במבחן כיפוף וכוחות. הצעדים שננקטו כדי להכין קטע spicule, הר זה כדי הנורה מבחן מתוארים בשלב 3. ההליך לביצוע הבדיקה כיפוף בחלק spicule מתואר בשלב 5. לבסוף, במקטע תוצאות נציג נתוני הכיול שהתקבל ב שלבים 2 ו- 4 משמשים יחד עם הנתונים בדיקת כיפוף שהושג בשלב 5 לחישוב <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg"> , <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq3.jpg"> .
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig2.jpg"> 
איור 2: נוהל חלוקתה, בדיקת aspergillum א spicules. (א) השלד של אי aspergillum. ציצת שעמד חופשי עוגן spicules מוצג בבסיס של השלד. סרגל קנה מידה היא ~ 25 מ מ. (B) ש-spicule עוגן יחיד מתקיים במקום בשקופית מיקרוסקופ בעזרת מברשת סייבל #00000 אדום, למחלקה באמצעות סכין גילוח. סרגל קנה מידה היא ~ 12 מ מ. (ג) קטע spicule aspergillum אי ממוקמים לאורך התעלה על הבמה הדגימה. חפירות קצוות של הרכס תעלה מסומנים בצבעי טורקיז וכתום, בהתאמה. Spicule הוא דחף מול הרכס תעלה כדי להבטיח הציר בניצב הקצוות תעלה. (ד) A micrograph של spicule מעביר את הליך הבדיקה שמתואר שלב 3.4 של הפרוטוקול, המתאר כיצד לקבוע אם מקטע spicule פגום ולא צריכים להיות מושלך. Micrograph (אי) A של spicule המכיל הרבה שברים, חסרים חלקים גדולים של שכבות סיליקה היה נכשל ההליך ביקורת המתוארים שלב 3.4 של הפרוטוקול. גודל ברים = 250 מיקרומטר (C), 100 מיקרומטר (D) ו- 100 מיקרומטר (E). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56571/56571fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

<table><tbody><tr><td>שולחן בידוד TMC 36 אינץ' x 48 אינץ' עם לוח לחם CleanTop 4 אינץ'</td><td>TMC</td><td>63-563</td><td>שולחן בידוד</td></tr><tr><td>מתאם בורג דיפינציאלי</td><td>Thorlabs</td><td>DAS110</td><td>עבור צלחת פילוס</td></tr><tr><td>stage 1 אינץ' ראש מיקרומטר נסיעות עם סיומות 0.001 אינץ'</td><td>Thorlabs</td><td>150-801ME</td><td>עבור צלחת פילוס stagסוגר</td></tr><tr><td>זווית ישרה לשלבי תרגום מסדרת PT, 1/4 אינץ'- 20 חורי הרכבה</td><td>Thorlabs</td><td>PT102</td><td>לתושבת מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>1 אינץ' שלב תרגום זנב יונה, 1/4 אינץ' -20 ברזים</td><td>Thorlabs</td><td>DT25</td><td>לתושבת מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>1 אינץ' שלב תרגום עם בורג כוונון 1/4 אינץ' -170, 1/4 אינץ' -20 ברזים</td><td>Thorlabs</td><td>PT1B</td><td>לתושבת מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>אורך 12 אינץ', מסילה אופטית זנב יונה</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>54-401</td><td>עבור תושבת מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>2.5 אינץ' רוחב, מנשא זנב יונה</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>54-404</td><td>עבור מיקרוסקופ תושבת</td></tr><tr><td>0.5 אינץ' רוחב, מנשא זנב יונה</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>54-403</td><td>עבור מיקרוסקופ תושבת</td></tr><tr><td>InfiniTube הרכבה C-Clamp עם &frac14;-20</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>57-788</td><td>רכיב מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>סטנדרטי (ללא חיבור בשורה), אופטיקה של InfiniTube</td><td>אדמונד</td><td>56-125</td><td>רכיב מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>חיבור מקוון סטנדרטי (מותאם ב-2X-10X), InfiniTube</td><td>Edmund Optics</td><td>56-126</td><td>רכיב מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>מתאם אובייקטיבי Mitutoyo/Achrovid (M26 ל-M27)</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>53-787</td><td>רכיב מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>5X Infinity Achrovid מיקרוסקופ אובייקטיבי</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>55-790</td><td>רכיב</td></tr> <tr><td>מיקרוסקופמזהה 0.316 אינץ', מתאם סיבים אופטיים SX-6</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>38-944</td><td>רכיב מיקרוסקופ</td></tr> <tr><td>ו-frac14; "x 36", מדריך אור סיבים אופטיים גמישים</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>אופטיקה 42-347</td><td>רכיב מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>115V, MI-150 סיבים אופטיים תאורה עם מסנן ומחזיק IR</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>55-718</td><td>רכיב מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>Allied Vision Manta G-223 2/3 אינץ' מצלמת CMOS צבעונית</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>88-452</td><td>רכיב מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>ספק כוח עבור מנטה / גופי פרו / סטינגריי / פייק</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>68-586</td><td>רכיב מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>1/4 אינץ' נסיעות שלב תרגום ציר יחיד</td><td>Thorlabs</td><td>MS1S</td><td>FODS מיקרומטר</td></tr><tr><td>אנלוגי השתקפות תלוי סיבים אופטיים חיישן תזוזה</td><td>Philtec</td><td>D20</td><td>FODS</td></tr><tr><td>30V, ספק כוח 3A DC</td><td>Agilent</td><td>U8001A</td><td>ספק כוח עבור DAQ ו-FODS</td></tr><tr><td>14 סיביות, 48 kS/s בעלות נמוכה רב תכליתי DAQ</td><td>National מכשירים</td><td>USB-6009</td><td>DAQ עבור FODS</td></tr><tr><td>שלב תרגום ממונע תלת צירי</td><td>Thorlabs Thorlabs</td><td>T25 XYZ-E/M</td><td>שלב תרגום</td></tr><tr><td>T-Cube בקר מנוע סרוו DC</td><td>Thorlabs</td><td>TDC001</td><td>בקר מנוע לשלב</td></tr><tr><td>ספק כוח T-Cube</td><td>Thorlabs</td><td>TPS001</td><td>ספק כוח לבקר מנוע</td></tr><tr><td>National Instruments LabVIEW (2013 SP1)</td><td>מכשירים לאומיים</td><td></td><td>המשמשים להפעלת תוכנה</td></tr><tr><td>National Instruments LabVIEW Vision Acquisition Software (2016)</td><td>מכשירים לאומיים</td><td></td><td>המשמשים להפעלת תוכנה</td></tr><tr><td>Nikon Eclipse Ci-POL גוף ראשי</td><td>MVI</td><td>MDA96000</td><td>מיקרוסקופ אור מקוטב</td></tr><tr><td>Nikon Pi צינור ביניים עם מחוון מנתח</td><td>MVI</td><td>MDB45305</td><td>מיקרוסקופ</td></tr> <tr><td>אור מקוטבניקון דיא-פולרייזר</td><td>MVI</td><td>MDN11920</td><td>מיקרוסקופ אור מקוטב</td></tr><tr><td>כבל חשמל - 7'6 אינץ'</td> <td>MVI</td><td>79035</td><td>מיקרוסקופ אור מקוטב</td></tr><tr><td>ניקון P-AMH שלב מכני</td><td>MVI</td><td>MDC45000</td><td>מיקרוסקופ אור מקוטב</td></tr><tr><td>ניקון Lwd מעבה</td><td>MVI</td><td>MBL16100</td><td>מיקרוסקופ אור מקוטב</td></tr><tr><td>ניקון LV-NBD5BD-CH אף קווינט ידני ESD</td><td>MVI</td><td>MBP60125</td><td>מיקרוסקופ אור מקוטב</td></tr><tr><td>ניקון C-TF צינור משולש F</td><td>MVI</td><td>MBB93100</td><td>מיקרוסקופ אור מקוטב</td></tr><tr><td>ניקון CFI 10X עינית FN 22 מ"מ NC</td><td>MVI</td><td>MAK10110</td><td>מיקרוסקופ אור מקוטב</td></tr><tr><td>ניקון TU תוכנית קמח BD 10x אובייקטיבי</td><td>MVI</td><td>MUE42100</td><td>מיקרוסקופ אור מקוטב</td></tr><tr><td>ונוס פרח סל ספוג</td><td>דניס מותג</td><td>N/A</td><td>שלד ספוג</td></tr><tr><td>3.5X סרט ראש מגדלת מתהפכת</td><td>McMaster Carr</td><td>1490T5</td><td>משמש לחיתוך ספיקולה</td></tr> <tr><td>ואוסלאש; פרוסת סיליקון 1 אינץ', סוג P / < 100></td><td>Ted Pella</td><td>16011</td><td>משמש למראה נקודת עומס</td></tr><tr><td>מוך נמוך קצה מחודד צמר גפן</td><td>McMaster Carr</td><td>71035T31</td><td>משמש לניקוי מראה LP</td></tr><tr><td>אחיזת גומי סכין דיוק</td><td>McMaster Carr</td><td>35575A68</td><td>משמש לחיתוך ספיקולים</td></tr><tr><td>שקופיות מיקרוסקופ, קצה חלבי, 75 x 25 x 1 מ"מ</td><td>טד פלה</td><td>260409</td><td>משמש לחיתוך ספיקולים</td></tr><tr><td>מברשות סייבל, #00000, 0.08 מ"מ רוחב x 4.0 מ"מ L</td><td>טד פלה</td><td>11806</td><td>משמש לטיפול בחריצים</td></tr><tr><td>פינצטה דיוק גבוה PELCO Pro, טיפים עדינים במיוחד, גימור מעולה</td><td>טד פלה</td><td>5367-5NM</td><td>משמש לטיפול בספיקולים</td></tr><tr><td>מיקרומטר בקנה מידה ליניארי כפול ציר אופטיקה</td><td>אדמונד</td><td>58-608</td><td>משמש לכיול המיקרוסקופים</td></tr><tr><td>FLEX-A-TOP FT-38 CAS</td><td>מיכלי פלסטיק ESD</td><td>FT-38-CAS FT-38-CAS</td><td>משמש לאחסון</td></tr><tr><td>חריצים בקבוקון פלסטיק רמת Bullseye McMaster</td><td>Carr</td><td>2147A11</td><td>משמש ליישור הבמה</td></tr><tr><td>איזון אנליטי</td><td>מטלר טולדו</td><td>MS105DU</td><td>משמש לכיול המוני משקולות</td></tr></tbody></table>

מילימטר סולם flexural בדיקות מערכת למדידת התכונות המכאניות של הספוג הימי spicules

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

רבים לטעון הנושאת מבנים ביולוגיים (LBBSs) – כמו נוצה rachises ו spicules — הם קטנים (&#60; 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.

התוצרים הבסיסיות ביותר של כל מבחן מכני הם בסדר הגודל של הכוח שהוחלה על הדגימה ועל העקירה במיקום שבו הכוח מוחל. במקרה של בדיקת כיפוף השלשה, המטרה היא להשיג את סדר הגודל של הכוח שהחיל את LPT, <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg"> , ותזוזה של חתך הרוחב של הדגימה מתחת LPT ב <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq4.jpg"> כיוון, <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq14.jpg"> . עם זאת, עבור המכשיר בדיקה מכאני...

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.

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

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

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא למדוד את התנהגות הכיפוף של סיבים שקוטרם נע בין 10 ל-100 מיקרומטר. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח לגבי ההתנהגות המכנית של מבנים ביולוגיים, כגון תכונות החוזק והנוקשות של ספוג ימי. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן להשתמש בה למדידת ההתנהגות המכנית של מגוון רחב של חומרים בגדלים שונים ותכונות אלסטיות.למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי ההתנהגות המכנית של ספיקולים, ניתן ליישם אותה גם על מבנים ביולוגיים נושאי עומס אחרים, כגון גבעולי צמחים ורסיסי נוצות. כדי להתחיל, חבר את נקודת העומס לשלוחה, באמצעות ברגי מכסה ראש שקע מספר 4-40. הקפד לא לעוות פלסטית את זרועות השלוחה בזמן הצמדת נקודת העומס.לאחר מכן, מקם את קצה נקודת העומס הרחק מלוחית השלוחה, והצמד באופן רופף את השלוחה לצלחת, באמצעות ברגי מכסה ראש שקע מספר 6-32. לאחר מכן, הכנס את פיני היישור בגודל 1/8 אינץ' דרך השלוחה והצלחת, הדק את הברגים ולאחר מכן הסר את פיני היישור. משוך את חיישן תזוזה של סיבים אופטיים ככל האפשר על ידי סיבוב מיקרומטר החיישן נגד כיוון השעון.לאחר מכן, חבר באופן רופף את לוחית השלוחה למסגרת, באמצעות ברגי מכסה ראש שקע מספר 6-32 כאשר קצה נקודת העומס מצביע לכיוון z השלילי. שוב, הכנס את פיני היישור בגודל 1/8 אינץ', הפעם דרך המסגרת וצלחת השלוחה, הדק את הברגים ולאחר מכן הסר את פיני היישור. כ

a-millimeter-scale-flexural-testing-system-for-measuring-mechanical

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

בדיקת Microtensile לסביבה מבוקרת של nanocomposites הפולימר מכאני-מסתגל ל<em&gt; לשעבר vivo</em&gt; אפיון

שיטה למדידת אורך ההתמדה או קשיחות כפיפה של biopolymers מתוארת. השיטה משתמשת assay גלישת microtubule kinesin מונע בניסוי כדי לקבוע את אורך ההתמדה של microtubules הבודד וניתנת להתאמה למבחני גלישה יקטין מבוססים.

מדידות קשיחות כפיפה של Biopolymers שימוש במבחני דאייה

אנו מציגים במאמר זה פלטפורמה חדשני מתיחה שיכול לשמש כדי לחקור את תגובות תא בודדות לעיוות מכאנית biaxial איזוטרופי מורכב ולכמת את התכונות מכאניות של רקמות ביולוגיות.

פלטפורמה חדשני מתיחה עבור יישומים בתאים והרקמות mechanobiology

נייר זה מציג את השיטות המשמשות לחיטוט כימי מרחבית מתואמת, מבני, ותכונות מכאניות של קנה המידה רב שכבתית של מרית Atractosteus (מרית א ') באמצעות nanoindentation, התמרת אינפרא אדום ספקטרוסקופיה (FTIR), במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), וה-X ray טומוגרפיה ממוחשבת (CT רנטגן). תוצאות הניסוי שנעשו שימוש כדי לחקור את עקרונות העיצוב של חומרים ביולוגיים מגן.

אפיון של קשקשים דגים שכבתיים Multi-(<em&gt; מרית Atractosteus</em&gt;) באמצעות Nanoindentation, רנטגן CT, FTIR, וSEM

העמידות של פולימרים וחומרים מרוכבים פולימרים מחוזקים בסיבים בשירות היא היבט קריטי לעיצובים ולתחזוקה מבוססת מצב. אנו מציגים פלטפורמת בדיקות מעבדה חדשה בעלות נמוכה לחקירת ההשפעה של עומסים מכניים וסביבתיים במקביל, ועשויים לסייע בתכנון מבנים מרוכבים יעילים יותר אך בטוחים יותר.

בדיקת פלטפורמה לעמידות ללימודים של פולימרים ומחוזקים בסיבים פולימריים מרוכבים תחת גירויים במקביל Hygrothermo-מכאניים

אנו מציגים סט של טכניקות לאפיון התכונות המכניות הויסקו-אלסטיות של המוח בקנה מידה מיקרו, מזו ומקרו.

אפיון תכונות מכאניות Multiscale של רקמת המוח באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי, שפעת זחה, ו Rheometry

מצעים עם נוקשות ב קילו פסקל-הטווח שימושיות ללמוד תגובת התאים נוקשות סביבת מיקרו רלוונטי מבחינה פיזיולוגית. שימוש רק מיקרוסקופ זריחה widefield, האלסטיות של ג'ל סיליקון רך יכול להיקבע באמצעות ההזחה עם כדור מתאים.

מידה נוקשות של סובסטרטים סיליקון רך Mechanobiology מחקרים באמצעות מיקרוסקופ זריחה Widefield

מטרת המחקר היתה לפתח פרוטוקולים כדי להכין דגימות עקביות עבור בדיקה מכנית מדויקת של הגבוה בחוזק ארמיד או ultra-high-טוחנת-מבוסס פוליאתילן המוני מבוססי פלסטיק המורכב חומרים גמישים למינציה ולתאר פרוטוקולים לביצוע הזדקנות מלאכותית על חומרים אלה.

הליכי גזירה, בדיקות מתיחה, ו ההזדקנות של ציפויים חד כיווני חד-כיווני מרוכבים

מאמר זה מתאר תהליך ייצור עבור ציפויים מרוכבים של מטריצת פולימר מחוזקת בסיבים המתקבלים בשיטת הנחת יד רטובה/שקית ואקום.

מדידת התכונות המכניות של למינטים פולימריים מרוכבים לחיזוק סיבי זכוכית המתקבלים בתהליכי ייצור שונים

פרוטוקול זה מציג את התצורה של מכשיר בדיקת דחיסה המסוגל למדוד במדויק את התכונות המכאניות של מיקרו-מבנים באזור המתח הקטן, יחד עם שיטה שיטתית לבדיקות דחיסה באמצעות מכשיר זה. המכשיר המוצע יכול לשמש לניתוח מיקרו-מבנים שונים והתנהגות מכנית של חומרים מבוססי פולימר.

מדידת תגובת מאמץ-עיוות דחיסה בעיוותים קטנים

למד מדידת התנהגות כפיפה בסיבים בקוטר 10-100 מיקרומטר באמצעות מכשיר מכני מותאם אישית. שיטה זו חושפת תכונות מכאניות של ספוגים ימיים ומבנים ביולוגיים נוספים.

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

גלה סרטונים נוספים