顕微鏡搭載Y字型切削試験の実施

Y字型切削は、軟質固体の破壊エネルギーと重要な表面作成リンクスケールを測定します。この技術を顕微鏡に組み込むことで、これらの量を支配する微細構造メカニズムの解明が容易になります。前輪荷重に典型的な大きな植え付け亀裂とは対照的に、このプロトコルはプレート誘発ストレッチ局在化を使用して、内部の破損プロセスを画像化するために必要な視野を減らします。

このアプローチは、軟質合成材料および生物学的軟組織の破壊に関する洞察を提供する可能性がある。まず、元のステージに取り付けられたスライドホルダーをカスタムサンプルホルダーと交換し、アセンブリを顕微鏡に取り付けます。角度調整つまみネジを緩め、リニアスライドを動かして、カップの角度を設定します。

分度器で測定した後に角度を設定し、角度調整つまみネジを締めます。脚とサンプル中立面シータの間の角度は、8〜45度の範囲で調整できます。装置の後ろに2つの垂直プーリーを設置します。

ポリジメチルシロキサン(PDMS)の薄い長方形のサンプルを、大きなシートから切断するか、正しい寸法の金型を使用して準備します。寸法は異なる場合がありますが、厚さ3ミリメートル以下のサンプルの場合は、幅1 1/2センチメートル以下から始めることをお勧めします。かみそりの刃を使用して、サンプルを中心線に沿って縦に3センチメートルカットし、Y字型のサンプルを作成します。

このリンクは異なる場合がありますが、脚はタブを収容するのに十分な長さである必要がありますが、測定のためにカットされていないサンプルを残すのに十分な長さである必要があります。マーカーまたはインクを使用して、サンプルの細い脚と本体のそれぞれに約1センチメートル離れた中央に2つのマークを配置し、負荷がかかった3つのサンプル脚のそれぞれに適用されたストレッチを測定します。接着剤のようなシアノアクリレート接着剤を使用して、3Dプリントまたはレーザーカットされたタブを各脚の端に取り付けます。

細い釣り糸の2つの長さを測定してカットします。メカニズムを介してプーリーの外部セットへの内部ルーティングには、約30センチメートルのラインが必要です。外部プーリーを通るラインの端に5グラムの計量プレートを取り付け、もう一方の端を各脚のタブに結び付けます。

サンプルホルダーのつまみネジを使用してサンプルのベースをクランプし、各脚のラインをプーリーシステムの両側に通します。角度調整機構の下側にカメラを当てて、サンプルが無視できる重量の下にあるときにサンプルの上から写真を撮ります。オフアングルの影響を最小限に抑えるために、カメラがサンプル平面と平行であることを確認してください。

外部プーリー近くの釣り糸の両端に75グラムの希望のプリロードウェイトを追加します。この量を150グラムに増やすか、50グラムに減らして、必要に応じて、材料とサンプル形状のこの組み合わせの引き裂きの寄与を変更します。三方マイクロ調整ステージのZ成分を使用して、一番下のプーリーからの釣り糸をサンプル脚のZ平面に合わせます。

ウェイトを追加した後のサンプルの2番目の写真を撮ります。予想されるブレード先端を対物レンズの視野の近くにほぼ配置します。かみそりの刃を対応するブレードクリップに置き、止めネジでブレードを所定の位置に固定します。

このクリップされたかみそりの刃をロードセルに取り付けられたブレードクリップマウントにスライドさせます。より近い画像が必要な場合は、2.5倍または20倍の高さの顕微鏡対物レンズを選択し、透過光設定を使用して、必要に応じてサンプルの後ろの光を増強します。ブレードを所定の位置に置いた状態で、必要に応じて垂直調整システムを使用して顕微鏡をブレードの最も近い表面に焦点を合わせ、先端を対物レンズに適した作動距離にします。

3方向マイクロアジャストステージのX方向とY方向のみを使用して、顕微鏡の視野内でかみそりの刃を慎重に位置合わせします。顕微鏡をサンプルに焦点を合わせ、顕微鏡のX/Yステージを平行移動させて、亀裂の先端をかみそりの刃に合わせます。これにより、サンプルの中立面が角度調整機構の中立面と位置合わせされます。

ロードセルデータの取得に使用するコードを開き、[記録の開始]ボタンをクリックしてロードセルデータの記録を開始します。顕微鏡ステージ制御を使用して、サンプルをカミソリの刃に向かって一定速度で1センチメートル以上移動します。顕微鏡のイメージングインターフェースを使用して同時に画像を収集します。

顕微鏡のX/Yステージが停止したら、[記録の停止]ボタンをクリックしてデータの記録を停止し、荷重と時間応答のテキストファイルを自動的に保存します。超鋭利な刃を使用したポリジメチルシロキサンの力-時間曲線を以下に示します。曲線の弾性荷重、カット開始、定常カット、および除荷重領域がグラフにラベル付けされます。

このデータは、カットの開始に通常必要とされる高い初期力と、それに続く一定の力を示しており、定常切削を示します。切削抵抗は、この定常状態内の力の最大値です。ここに示す赤い丸は、顕微鏡で得られた特定の画像に対応しています。

スペックルパターンの動きの観察を容易にするために黄色の円が追加され、これらの数値は画像のタイムスタンプと秒を示します。測定された定常切削抵抗と、脚角θ、サンプル厚さT、プリの予荷重f、およびブレード半径の実験試験パラメータを組み合わせると、示されている式に従って定常切削エネルギーが得られます。ここでは、これらの条件について文献で以前に報告された切削エネルギーをうまく再現します。

Y字型切断を顕微鏡に組み込むことにより、蛍光プローブ、自家蛍光、および全視野強度技術を介して、軟固組織および軟部組織の障害に対する微細構造の寄与を定量化することができます。