Name: 海綿骨の機械的性質を測定するためミリ スケール曲げテスト システム (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 25 s
Description: 学ぶ ミリスケール曲げ試験システムを用いて、直径10〜100マイクロメートルの繊維の曲げ挙動を測定する方法。海綿骨の機械的性質を評価し、生物学的構造の強度と剛性を理解するのに役立つ。

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この作業は [材料力学と構造プログラム、付与数 1562656]; 国立科学財団によって支えられました。機械エンジニア [Haythornthwaite 若手研究者賞] のアメリカの社会。

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プロトコルのいくつかの手順は、力と変位を正確に測定を確保するため特に重要です。いくつかの重要な手順はすべて 3 点曲げ試験に普遍的なこの機械のテスト装置に固有のものです。
LP ミラーがきれい、傷の検査プロトコルの手順 1.2とステップ 1.6プロトコルの「FODS ゲインを設定します。ゲインの手順 2、 4、および5プロトコルのために一定する LP ミラー反射率が重要です。この理由から、2 つの校正手順 (ステップ 2と4のプロトコル) は曲げ試験 (プロトコルの手順 5 ) の直前に実行してください。
1.9 の手順とプロトコルの3.7のステージは、アイソレーション テーブル上の表面に対し...

負荷軸受シェルや骨などの生物学的構造 (LBBSs) のアーキテクチャを研究することによってエンジニアは強くてタフな1である新しい複合材料を開発しました。LBBSs および対応する生体の顕著な機械的性質の複雑な内部アーキテクチャ2に関連していることが示されています。ただし、LBBS アーキテクチャと機械的性質との関係は完全には理解されていません。LBBS の力学応答を測定は、そのアーキテクチャがその機械的性質を高める方法を理解することの第一歩です。
ただし、LBBS の力学的応答の測定に使用するテストの種類、その力学的機能と一貫性のあることが重要です。たとえば、羽は空力負荷をサポートする必要があります、ので羽梗の主な機能曲げ剛性3を提供することです。したがって、曲げ試験の力学的応答を測定するため一軸引張試験をお勧めします。実際には、多くの LBBSs、羽軸3など草茎4、およびスピキュール5,6,7,8-主に曲げによる変形します。これは、これらの LBBSs が細い-すなわち、その長さが、幅や深さよりもはるかに大きい。ただし、これらの LBBSs の曲げ試験を行うために、やりがいが軍と彼らが失敗するまで耐えることができる変位 10 10-2範囲2 N と 10-4 10-3 m、それぞれ3,4,5,7,8します。 したがって、これらの機械のテスト実行に使用するデバイスがそれぞれ ≈10-5 N と ≈10-7 m (センサーの最大測定可能な力と変位のすなわち、0.1%) の力と変位の解像度を持つ必要があります。
商業的に利用可能な大規模な機械テスト システム通常測定できない力と変位この解像度で。彼らが測定できる最大の力 (それぞれ変位) はより小さい原子間力顕微鏡を用いた9,10や微小電気機械システム ベース11試験装置には、適切な解像度がありますが、LBBS が耐えることができる最大フォース (それぞれ変位)。したがって、これらの LBBSs、エンジニアおよび科学者で曲げ試験を実行する特注機械テスト デバイス5,7,12,13に頼らなければなりません。これらのカスタム デバイスの主な利点は、力と変位の大きい範囲を格納できることです。ただし、建設、これらのデバイスの操作でも記載されていません、文学。
プロトコルは、10-5から 10 の1 N と変位に至る 10-7 10-2メートルに至るまで強制的に測定できる特注機械式試験装置を用いた 3 点曲げ試験を実行する説明です。補足資料は、機械的試験装置のコンポーネントのすべてのディメンションを含む、技術的な図面を提供しています。この機械的試験装置の主な利点は、力と変位の範囲を異なる LBBSs に合わせて簡単に調整できることです。デバイスの動作原理は、原子間力顕微鏡9のそれに似ています。このデバイスは、標本をステンレス板にカット溝を配置 (図 1A ~ C参照)。1278 ± 3 μ m を光学顕微鏡写真からトレンチのスパンを測定 (平均 ± 標準偏差; n = 10)。トレンチ端部曲げ試験 (参照してください図 1、およびD) 中に供試体をサポートします。この試料ステージは、3 軸翻訳段階に添付、ウェッジは海溝のスパンに中間に位置する、アルミ ウェッジの下に配置 (図 1C参照)。ステージを移動することによって、 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> (参照してください図 1 a、およびC) の方向を曲げないように供試体を引き起こしているウェッジを押し込ま標本。
我々 は、負荷ポイント (LP) としてウェッジを含むデバイスのコンポーネントおよび負荷ポイント チップ (LPT) とウェッジを参照してください。LP は、カンチレバーの変位が、ファイバー光ファイバー変位センサー (FODS) で測定の最後に添付されます。対象は LP の上面にあるミラーから反射される赤外光を発する (図 1B参照)、対象に光ファイバーで送受信。洗練されたシリコンウェハーの ≈5 の mm の正方形の部分は LP ミラーとして使用され、エポキシを使用して LP に貼付されています。対象は、光を反射して放出の強度を比較することによって変位を測定します。カンチレバーの剛性と変位を使用して計算力、 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg"> 、供試体との対話によるくさびによって経験されます。カンチレバーの変位は、くさびの下に試験片の断面の変位を計算する使用も<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq3.jpg">。カンチレバ型力センサーは、ミクロとマクロ力学試験研究10、11,12,13,14の数で使用されています。ここで示した特定の設計は、接着剤の接触実験14を実行するために使用される機械的試験装置から適応。似たようなデザインは、市販のマイクロ トライボメータ15,16で使用されています。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig1.jpg"> 
図 1: 特注の機械式試験装置の概要。(A) A コンピューター支援設計レンダリング デバイスの。ステージのコンポーネントが緑色でハイライトされます。サブアセンブリ (片持梁、ロード ポイント (LP)) の検出力は、赤色でハイライトされます。A (B) は (A) のビューを拡大しました。LP ミラーは、対象の下に LP の上面に青色で、LPM のラベルは。(C) 翻訳段階の運動を記述するために使用される座標系。Th を平準化プロトコルの手順 1.9 e ステージ、 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> LP ミラーの表面に垂直なベクトルと一致する方向を作った。変形、スピキュールと計測変位を示す三点曲げ構成の (D) の模式図<img alt="Equation 49" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq49.jpg">と<img alt="Equation 50" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq50.jpg">。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56571/56571fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
海綿Euplectella aspergillum6,7.の骨格要素の 3 点曲げ試験を実行することによってデバイスの機能を実証します。このスポンジのスケルトンは、フィラメント、スピキュール (図 2A参照) と呼ばれるアセンブリです。Spicules は ≈50 μ m 厚い、シリカ6主に構成。バイオシリカ ベースのスピキュールは、普通、Homoscleromorpha、および Hexactinellida のクラスに属するスポンジで発見されます。Hexactinellida クラスに属するE. aspergillumなどのスポンジは「ガラス スポンジ"とも呼ばれますガラス スポンジのスピキュールは、主にシリカから構成される、それはシリカが多くの場合どちらかコラーゲン17,18またはキチン19,20から成る有機マトリックスに含まれていることを示されています。,21. この有機基質シリカ鉱物18,20の重要な役割を果たしています。さらに、いくつかの骨片の有機基質もカルシウム22のバイオミネラリゼーションのテンプレートとして機能します。シリカ内で配布されているほか、有機マトリックスはまたスピキュールのシリカを分割、同心の円筒ラメラ6,23異なる層を形成できます。それはこの同心円状、層状アーキテクチャがスピキュールの変形動作6,7,8,24,25,26 に影響を与えることが示されています。.その結果、スピキュールの機械的プロパティは、化学反応の組み合わせによって決定されます (すなわち。、シリカ-タンパク質複合体の化学構造) とは建築27。化学構造とガラス海綿骨片のアーキテクチャの両方調査24,28,29の下にまだあります。
E. aspergillumのスピキュールのほとんどは、フォーム硬い骨格のケージに一緒に接合されています。しかし、スケルトンの基部 (図 2A参照) アンカー スピキュールとして知られている非常に長い (≈10 cm) スピキュールの房があります。アンカー スピキュールの小さいセクションで 3 点曲げ試験を行うためのプロトコルについて述べる。
プロトコルの手順 1で組み立てと特注の機械式試験装置のコンポーネントの位置揃え、手順を説明します。手順 2と4プロトコルの力と曲げ試験における変位を計算するために使用のキャリブレーション データを生成するための手順を提供します。手順 3で、スピキュールのセクションを準備し、テスト ・ フィクスチャにそれをマウントするための手順を示します。スピキュール セクションの曲げ試験を行うための手順は、手順 5に記載されています。最後に、代表結果セクションでステップ 2と4で得られた校正データを使ってステップ 5で得られた曲げ試験データと共に計算<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"> 
断面およびE. aspergillum スピキュールを検査するため図 2: プロシージャ。(A) E. aspergillumのスケルトン。フリースタンディング アンカー スピキュールの房は、スケルトンのベースに表示されます。スケール バーは ~ 25 mm (B) 単一のアンカー スピキュールは赤 #00000 クロテン ブラシを使用して、かみそりの刃を使用して断面の顕微鏡スライドの場所で開催されます。スケール バーは 〜 12 mm (C) 試料ステージの塹壕に配置されますE. aspergillumスピキュールのセクションあります。トレンチ端部とトレンチ リッジそれぞれティールと、オレンジ色でハイライトされます。トレンチ リッジに対して、スピキュールをプッシュすることで、その軸がトレンチ端部に垂直であることを確認します。(D) A スピキュール セクションが破損しているし、捨てられるべき場合を決定する方法を記述するプロトコルの手順 3.4で説明した検査手順を通過する骨片の顕微鏡写真。A (E) プロトコルの手順 3.4で説明した検査手順が失敗するシリカ層の大部分を不足している多くの亀裂を含む骨片の顕微鏡写真。スケール バー = 250 μ m (C)、(D)、100 μ m、100 μ m (E)。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56571/56571fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

<table><tbody><tr><td>TMC 36インチ x 48インチ アイソレーションテーブル 4インチ CleanTop ブレッドボード</td><td>TMC</td><td>63-563</td><td>アイソレーションテーブル</td></tr><tr><td>ディフェンシャルスクリューアジャスター</td><td>Thorlabs</td><td>DAS110</td><td>ステージレベリングプレート用</td></tr><tr><td>1インチ トラベルマイクロメータヘッド 0.001インチ 目盛り付き</td><td>Thorlabs</td><td>150-801ME</td><td>ステージレベリングプレート用</td></tr><tr><td>PTシリーズトランスレーションステージ用直角ブラケット、1/4インチ -20 取り付け穴</td><td>Thorlabs</td><td>PT102</td><td>顕微鏡マウント用</td></tr><tr><td>1" ダブテール翻訳ステージ、1/4"-20 タップ</td><td>Thorlabs</td><td>DT25</td><td>顕微鏡マウント用</td></tr><tr><td>1" 翻訳ステージ、1/4 "-170 調整ネジ付き 1/4"-20 タップ</td><td>Thorlabs</td><td>PT1B</td><td>顕微鏡マウント用</td></tr><tr><td>12" 長さ、ダブテール光学レール</td><td>Edmund Optics</td><td>54-401</td><td>用顕微鏡マウント</td></tr><tr><td>2.5インチ幅、ダブテールキャリア</td><td>エドモンド光学</td><td>54-404</td><td>顕微鏡マウント用</td></tr><tr><td>0.5インチ幅、ダブテールキャリア</td><td>エドモンド光学</td><td>54-403</td><td>顕微鏡マウント用</td></tr><tr><td>InfiniTube 取り付け Cクランプ &frac14;-20</td><td>エドモンド光学</td><td>57-788</td><td>顕微鏡コンポーネント</td></tr><tr><td>標準 (インラインアタッチメントなし)、InfiniTube</td><td>エドモンド光学</td><td>56-125</td><td>顕微鏡コンポーネント</td></tr><tr><td>標準インラインアタッチメント (2X-10Xで最適化)、InfiniTube</td><td>エドモンド光学</td><td>56-126</td><td>顕微鏡部品</td></tr><tr><td>ミツトヨ/アクロビッド対物レンズアダプター (M26 から M27)</td><td>エドモンドオプティクス</td><td>53-787</td><td>顕微鏡部品</td></tr><tr><td>5X インフィニティ アクロビッド顕微鏡対物レンズ</td><td>エドモンドオプティクス</td><td>55-790</td><td>顕微鏡部品</td></tr><tr><td>0.316 "IDの繊維光学アダプターSX-6</td><td>Edmund Optics</td><td>38-944</td><td>顕微鏡の部品</td></tr><tr><td>&frac14;" x 36", フレキシブル光ファイバーライトガイド</td><td>Edmund Optics</td><td>42-347</td><td>顕微鏡部品</td></tr><tr><td>115V, MI-150 光ファイバーイルミネーター w/IR フィルターとホルダー</td><td>Edmund Optics</td><td>55-718</td><td>顕微鏡部品</td></tr><tr><td>Allied Vision Manta G-223 2/3" カラーCMOSカメラ</td><td>Edmund Optics</td><td>88-452</td><td></td></tr><tr><td>マンタ/グッピープロ/スティングレイ/パイク用</td>顕微鏡部品電源 <td>エドモンド光学</td><td>68-586</td>顕微鏡<td>コンポーネント</td></tr><tr><td>1/4 "トラベル単軸変換ステージ</td><td>Thorlabs</td><td>MS1S</td><td>FODSマイクロメータ</td></tr><tr><td>アナログ反射率依存光ファイバー変位センサーPhiltec</td><td></td><td>D20</td><td>FODS</td></tr><tr><td>30V、3A DC電源</td><td>Agilent</td><td>U8001A</td><td>DAQおよびFODS用電源</td></tr><tr><td>14ビット、48 kS / s低コスト多機能DAQ</td><td>ナショナル機器</td><td>USB-6009</td><td>DAQ FODS 用</td></tr><tr><td>3 軸電動変換ステージ</td><td>Thorlabs</td><td>Thorlabs T25 XYZ-E/M</td><td>変換ステージ</td></tr><tr><td>T-Cube DC サーボモータコントローラ</td><td>Thorlabs</td><td>TDC001</td><td>ステージ用モータコントローラ</td></tr><tr><td>T-Cube 電源</td><td>Thorlabs</td><td>TPS001</td><td>モータコントローラ用電源</td></tr><tr><td>National Instruments LabVIEW (2013 SP1)</td><td>National Instruments</td><td></td><td>ソフトウェアの実行に使用</td></tr><tr><td>National Instruments LabVIEW 画像入力ソフトウェア (2016)</td><td>National Instruments</td><td></td><td>ソフトウェアの実行に使用</td></tr><tr><td>Nikon Eclipse Ci-POL 本体</td><td>MVI</td><td>MDA96000</td><td>偏光顕微鏡</td></tr><tr><td>Nikon Pi Intermediate Tube with Analyzer Slider</td><td>MVI</td><td>MDB45305</td><td>偏光顕微鏡</td></tr><tr><td>ニコン ダイヤ偏光子</td><td>MVI</td><td>MDN11920</td><td>偏光顕微鏡</td></tr><tr><td>電源コード - 7'6"</td><td>MVI</td><td>79035</td><td>偏光顕微鏡</td></tr><tr><td>ニコン P-Amh メカニカルステージ</td><td>MVI</td><td>MDC45000</td><td>偏光顕微鏡</td></tr><tr><td>ニコン Wwd アクロマートコンデンサー</td><td>MVI</td><td>MBL16100</td><td>偏光顕微鏡</td></tr><tr><td>ニコン LV-NBD5BD-CH マニュアル クイント ノーズピース ESD</td><td>MVI</td><td>MBP60125</td><td>偏光顕微鏡</td></tr><tr><td>ニコン C-TF 三眼鏡筒 F</td><td>MVI</td><td>MBB93100</td><td>偏光顕微鏡</td></tr><tr><td>ニコン CFI 10X 接眼レンズ FN 22mm NC</td><td>MVI</td><td>MAK10110</td><td>偏光顕微鏡</td></tr><tr><td>ニコン TU プラン 小麦粉 BD 10倍 対物</td><td>レンズ MVI</td><td>MUE42100</td><td>偏光顕微鏡</td></tr><tr><td>ヴィーナス フラワーバスケット スポンジ</td><td>デニス ブランド</td><td>N/A</td><td>スポンジのスケルトン</td></tr><tr><td>3.5Xヘッドバンドフリップアップ拡大鏡</td><td>マクマスター</td><td>カー1490T5</td><td>針状切片</td></tr><tr><td>&Oslashに使用される;1インチシリコンウェーハ、タイプP /<100></td><td>テッドペラ</td><td>16011</td><td>ロードポイントミラーに使用</td></tr><tr><td>低リントテーパーチップコットンスワブ</td><td>マクマスターカー71035T31</td><td></td><td>LPミラーのクリーニングに使用</td></tr><tr><td>ラバーグリップ精密ナイフ</td><td>マクマスターカー35575A68</td><td></td><td>針状片切片に使用</td></tr><tr><td>顕微鏡スライド、つや消し端、75 x 25 x 1mm</td><td>テッドペラ</td><td>260409</td><td>針状</td></tr><tr><td>片化に使用クロテンブラシ、#00000、0.08mm W x 4.0mm L</td><td>Ted Pella</td><td>11806</td><td>針状体の取り扱いに使用</td></tr><tr><td>PELCO Pro高精度ピンセット、極細チップ、優れた仕上げ</td><td>テッドPella</td><td>5367-5NM</td><td>針状体の取り扱いに使用</td></tr><tr><td>デュアル軸リニアスケールマイクロメーター</td><td>エドモンド光学</td><td>58-608</td><td>顕微鏡の校正に使用</td></tr><tr><td>FLEX-A-TOP FT-38 CAS</td><td>ESDプラスチック容器</td><td>FT-38-CAS</td><td>針状の保存に使用</td></tr><tr><td>プラスチックバイアル ブルズアイレベル</td><td>マクマスター・カー</td><td>2147A11</td><td>ステージのレベリングに使用</td></tr><tr><td>分析バランス</td><td>メトラー・トレド</td><td>MS105DU</td><td>質量校正用重りに使用</td></tr></tbody></table>

海綿骨の機械的性質を測定するためミリ スケール曲げテスト システム

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

多くは生物学的構造 (LBBSs) を負荷、羽軸、スピキュールなど-小さい (&#60; 1 mm) がない顕微鏡。これらの LBBSs の曲げ性状の測定は、その顕著な機械的機能の起源を理解するため重要です。
10-5から 10 の1 N と変位に至る 10-7 10-2メートルに至るまで強制的に測定できる特注機械式試験装置を用いた 3 点曲げ試験を行うためのプロトコルについて述べる。この機械の試験装置の主な利点は、異なる LBBSs の力と変位の容量を簡単に調整できることです。デバイスの動作原理は、原子間力顕微鏡のそれに似ています。すなわち、力は、片持ち梁の端に接続されている負荷のポイントによって、LBBS に適用されます。荷重点変位は光ファイバー光ファイバー変位センサーによる測定、測定された片持梁剛性を用いた力に変換します。デバイスの力の範囲は、異なる剛性のカンチレバーを使用して調整できます。
海綿Euplectella aspergillumの骨格要素の 3 点曲げ試験を実行することによって、デバイスの機能を説明します。骨格の要素-スピキュールとして知られている-、直径約 50 μ m シリカ繊維であります。≈1.3 mm スパン 3 点曲げ冶具上、スピキュールを取り付けテスト装置を調整するための手順について述べるし、曲げテストします。スピキュールと応用力の位置の変形にかかる力を測定します。

機械的テストの最も基本的な出力は、試料と、力が適用される場所で変位に加わる力の大きさです。3 点曲げ試験の場合目的は、LPT によって適用されるフォースのマグニチュードを取得、<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg">との lpt ポートの下に試験片の断面の変位、 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq4.jpg"> 方向、 <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq14.jpg"> 。ただし、ここで説明したテストの機械装置、後処理手順をいくつか実行する必要がある手順 2、4 および 5 プロトコルの望まれたこれにから得られる出力データを変換する<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg">-<img alt=...

特注の機械式試験装置を用いたサブミリ スケール繊維の 3 点曲げ試験を実行するためのプロトコルを提案します。デバイスは、10 N まで 20 µN に至る力を測定することができます、したがってさまざまな繊維のサイズに対応することができます。

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

この実験の全体的な目標は、直径が10〜100マイクロメートルの繊維の曲げ挙動を測定することです。この方法は、海綿の針状の強度や剛性の特性など、生物学的構造の機械的挙動に関する重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、サイズや弾性特性が異なるさまざまな材料の機械的挙動を測定するために使用できることです。この方法は、針状の機械的挙動に関する洞察を提供するだけでなく、植物の茎や羽毛のラチスなど、他の荷重を支える生物学的構造にも適用できます。まず、No.4-40のソケットヘッドキャップネジを使用して、荷重点をカンチレバーに取り付けます。荷重点を取り付ける際に、カンチレバーアームが塑性変形しないように注意してください。次に、ロードポイントの先端をカンチレバープレートから離して配置し、6-32番のソケットヘッドキャップネジを使用して、カンチレバーをプレートに緩く取り付けます。次に、1/8インチの位置合わせピンをカンチレバーとプレートに挿入し、ネジを締めてから、位置合わせピンを取り外します。センサーマイクロメータを反時計回りに回して、光ファイバー変位センサーをできるだけ引っ込めます。次に、ロードポイントの先端が負のz方向を向くように、6-32番のソケットヘッドキャップネジを使用して、カンチレバープレートをフレームに緩く取り付けます。再度、1/8インチの位置合わせピンをフレームとカンチレバープレートに挿入し、ネジを締めてから、位置合わせピンを取り外します。次に、ステージをステージベースプレートに座らせて、レベリングプレート上のマイクロメーターヘッドの先端がステージベースプレートのくぼみに収まるようにします。アイソレーションテーブルに水準器を置き、バルブアームのつまみネジを回して表面が水平になるように、テーブルの各脚の圧力を調整します。水準器をステージレベリングプレートの上部に移動し、マイクロメータも水平になるように調整します。マイクロメータの位置に注意し、ステージベースプレートからステージを取り外します。ピンセットを使用して、1つのアンカースピキュールの遠位端をつかみ、引っ張ってスケルトンから取り外します。針状体をきれいな顕微鏡スライドに置きます。5倍ゼロサイズの赤いセーブルブラシを使用して、針状体をスライドに当てます。スライド面に対して垂直に、ブラシの両側の針状体に対してかみそりの刃を押して、針状の4ミリメートルの部分を切断します。次に、遠位棘切片と近位棘切片を捨て、4mm切片を中点から切り取ったままにします。スピキュールセクションをサンプルステージに移します。曲げ試験に必要なスパンでトレンチを横切って配置し、トレンチリッジに対して正のy方向にゆっくりと押して、スピキュールがトレンチエッジに対して垂直になるようにします。ステージをステージベースプレートに座らせて、マイクロメータスピンドルの先端がステージベースプレートのくぼみに収まるようにします。必要に応じて、ステージレベリングプレートのマイクロメータを調整します。補助コードファイルにある曲げテストプログラムを開き、ユーザーインターフェースに表示されるテキストボックスを使用して、ステップサイズを2マイクロメートルに、最大変位を0.5ミリメートルに、低電圧ストップを1.5ボルトに、高電圧ストップを4.6ボルトに設定します。ユーザー インターフェイスのテキスト ボックスを使用して、目的の画像、データ ディレクトリ、および出力ファイル名を選択します。次に、ユーザーインターフェイスの[画像を保存]スイッチを下の位置に設定し、[電圧差]という単語の下にある緑色の長方形のボタンをクリックして点灯させます。次に、ベンディングテストプログラムを実行し、モーターコントローラーとカメラインターフェースが初期化されるのを待ちます。イルミネーターをONにし、ロードポイント先端が見えるように明るさを調整してください。次に、ユーザーインターフェースグラフに表示される出力電圧が約1.7ボルトになるまで、光ファイバー変位センサーマイクロメーターを時計回りに回します。次に、z軸モーターコントローラーのポテンショメータスライダーを使用して、負荷ポイントの先端から約1センチメートル下になるまでステージを正のz方向に移動し、[ホーム]ボタンをクリックしてz軸のホーム位置を設定します。X軸およびY軸モータコントローラのポテンショメータスライダを使用して、サンプルステージ上にある細いスチールストリップの中心に負荷ポイントの先端をトレンチから負のX方向に配置します。次に、z軸モーターコントローラーのポテンショメータスライダーを使用して、ステージが顕微鏡の視野内に収まるまでステージを正のz方向に動かします。[Begin Test] (テストの開始) ボタンをクリックし、プロンプトが表示されたら、タッチ感度とタッチオフ ステップ サイズにそれぞれ 0.003 ボルトと 0.001 ミリメートルの値を入力します。[OK] をクリックし、キャリブレーション手順が終了するまで数分待ちます。補足コードファイルにある基本データプログラムを開いて実行し、ユーザーインターフェースグラフに表示される出力電圧が約3ボルトになるまで、光ファイバー変位センサーマイクロメータを反時計回りに回します。次に、x軸モーターコントローラーのポテンショメータスライダーを使用して、負荷ポイントの先端を針状の上のトレンチエッジの間に配置します。また、Z軸モーターコントローラーのポテンショメータスライダーを使用して、負荷点の先端がトレンチリッジの上面より下に来るまでステージを正のz方向に動かします。最後に、y軸モーターコントローラーのポテンショメータスライダーを使用して、トレンチリッジの前面に焦点を合わせ、負荷ポイントの先端の全幅がトレンチリッジの端の間にくるようにします。次に、[停止]ボタンをクリックして基本データプログラムを停止します。次に、補助コード ファイルにある Center Load Point プログラムを開いて実行します。x軸モーターコントローラーを使用して、負荷ポイントの先端が右のトレンチエッジにほぼ接触するまでステージを動かします。次に、[エッジの検索]ボタンをクリックします。プロンプトが表示されたら、x軸モーターコントローラーを使用して、負荷ポイントの先端が左トレンチエッジにほぼ接触するまでステージを移動します。この時点で、[エッジの検索]ボタンをもう一度クリックし、プログラムがロードポイントの先端をトレンチスパンの中間に配置するのを待ちます。次に、曲げ試験プログラムを開きます。ユーザー インターフェイスのテキスト ボックスを使用して、[ステップ サイズ] を 2 マイクロメートルに、[最大変位] を 0.5 ミリメートルに、[低電圧ストップ] を 1.5 ボルトに、[高電圧ストップ] を 4.5 ボルトに設定します。さらに、ユーザーインターフェイスのテキストボックスを使用して、目的の画像ディレクトリとデータディレクトリ、および出力ファイル名を選択します。ユーザーインターフェイスの[画像を保存]スイッチを上の位置に設定し、[電圧差]という単語の下にある緑色の長方形のボタンをクリックして、点灯しないようにします。次に、ベンディングテストプログラムを実行し、モーターコントローラーとカメラインターフェースが初期化されるのを待ちます。初期化が完了したら、モーターコントローラーのポテンショメータスライダーを使用して、針状体が顕微鏡の視野内に収まるまで、ステージを正のz方向に動かします。次に、y軸モーターコントローラーのポテンショメータスライダーを使用して、針が負荷点の先端の下に来るまでステージを動かします。次に、顕微鏡のフォーカスノブを調整して、針状体がユーザーインターフェイスで焦点が合うようにします。次に、出力ボリュームが約1.8ボルトになるまで、光ファイバー変位センサーマイクロメーターを反時計回りに回します。設定が完了したら、[テストの開始]をクリックし、曲げテストが完了してステージがz軸のホームポジションに戻るまで待ちます。棘状のz方向の変位と荷重点先端が加わる力は、電圧-変位補間ファイル、力校正ファイル、および3点曲げ試験から得られる曲げ試験ファイルを使用して計算できます。電圧-変位補間ファイルは、曲げ試験中のカンチレバー変位を測定するために使用されます。カンチレバーの剛性を推定するために、力のキャリブレーションが使用され、次にカンチレバーの変位を荷重点の先端によって加えられる力に関連付けるために使用されます。これらをまとめて、力の変位応答を作成するために使用できます。ここに示されているのは、成功した3点曲げ試験からの3つの異なるE.アスペルギルアンカー針です。習得すると、このデバイスで曲げ試験を約10〜15分で実行できます。この手順の最も重要な側面は、針状体がステージに適切に固定され、その軸がトレンチエッジに対して垂直であることを確認することです。3点曲げ試験は、耐荷重性のある生物学的構造を研究する研究者が、その機械的挙動についての洞察を得るための比較的簡単な方法を提供します。曲げ試験に続いて、ビーム理論を使用して、力変位データからスピキュールヤング率と破壊強度を計算できます。

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

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海綿骨の機械的性質を測定するためミリスケール曲げテストシステム

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