Name: 밀리미터 규모 굴곡 테스트 시스템 해양 스폰지 Spicules의 기계적 특성을 측정 하기 위한 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 25 s
Description: 배우세요 10~100마이크로미터 직경 섬유의 굴곡 특성을 측정하는 맞춤형 기계적 테스트 장치 사용법을. 해양 스펀지 spicules의 강도와 강성을 분석하여 생물학적 구조물의 역학적 거동을 이해하는 데 활용할 수 있습니다.

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이 작품은 [재료 역학과 구조 프로그램, 번호 1562656를 부여]; 국립 과학 재단에 의해 지원 되었다 그리고 [Haythornthwaite 영 조사 상] 기계 엔지니어의 미국 사회.

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저자는 공개 없다.

프로토콜의 여러 단계는 힘과 변위는 정확 하 게 측정 하는 보장에 대 한 특히 중요 하다. 이러한 중요 한 단계 중 일부는 모든 3-포인트 벤딩 테스트 유니버설, 동안 다른이 기계 테스트 장치에 독특합니다.
Lp로 거울 청소 하 고 긁힌 자국이 들어, 검사 프로토콜의 단계 1.2 및 프로토콜의 단계 1.6 FODS 이득 설정 됩니다. 그것은 이득 및 단계 2, 4및 5 의 프로토콜에 대 한 상수로 LP 거울 반사율에 대 한 중요 하다. 이러한 이유로, 두 교정 단계 (단계 2와 4 는 프로토콜) 벤딩 테스트 (5 단계/프로토콜) 직전 수행 되어야 한다.
1.9 단계</stron...

로드 베어링 생물학 구조 (LBBSs), 껍질과 뼈 등의 구조를 공부 하 여 엔지니어는 강력 하 고 거친 1는 새로운 복합 재료를 개발 했습니다. 그것은 LBBSs과 바이오 영감 들의 뛰어난 기계적 특성 그들의 복잡 한 내부 구조 2에 관련 된 표시 되었습니다. 그러나, LBBS 구조와 기계적 특성 간의 관계 완전히 이해 되지 않는다. LBBS의 기계적 응답을 측정 하는 것은 그것의 건축의 기계적 특성을 향상 하는 어떻게 이해를 향한 첫 걸음입니다.
그러나, 그것은 LBBS의 기계적 응답을 측정 하는 데 사용 하는 테스트 종류에는 그것의 기계적인 기능와 일치. 예를 들어 깃털 공기 역학적 로드를 지원 해야 합니다, 깃털 rachis의 기본 기능 이므로 굴곡 강성 3를 제공 하. 따라서, 벤딩 테스트는 기계적 응답을 측정 하기 위한 단축 인장 시험을 선호. 사실, 많은 LBBSs에에서-깃털 rachises 3, 같은 잔디 줄기 4, 그리고 spicules 5,6,7,8-주로 여 변형. 이것은 이러한 LBBSs 슬림 하기 때문에-즉, 그들의 길이 그들의 폭 이나 깊이 보다 훨씬 더. 그러나,이 LBBSs에 벤딩 테스트 수행은 도전 때문에 힘과 변위 그들이 실패 하기 전에 견딜 수 있는 범위는 10-2 에서 102 N 및 10-3 m, 각각 3 -4 10 , 4 , 5 , 7 , 8. 결과적으로, 이러한 기계 테스트를 수행 하는 데 사용 하는 장치 있어야 힘 및 변위 해상도 ≈10-5 N 및 ≈10-7 m (즉, 0.1% 센서의 최대 측정 가능 힘과 변위의), 각각.
상용, 큰 규모, 기계 테스트 시스템 일반적으로 수 없습니다 측정 힘 및 변위가 해상도. 원자 힘 현미경-기반 9,10 또는 microelectromechanical 시스템 기반 11 테스트 장치 적절 한 해상도가지고, 그들은 측정할 수 있는 최대 힘 (각 변위) 보다 작으면는 최대 힘 (각 변위)는 LBBS 견딜 수 있는. 따라서, 이러한 LBBSs, 엔지니어 및 과학자에 벤딩 테스트를 수행 하려면 사용자 기계 테스트 장치 5,7,,1213에 의존 해야 합니다. 이러한 사용자 장치의 주요 장점은 그들은 힘과 변위의 큰 범위를 수용할 수 있습니다. 그러나, 건설 및이 장치의 작동은 잘 문서화 되어 있지 문학에서.
10-5 에서 101 N, 변위 10-2 m까지 10-7 에서 이르기까지 세력을 측정할 수 있는 맞춤식 기계 테스트 장치를 사용 하 여 3-포인트 벤딩 테스트 수행을 위한 프로토콜 설명 되어 있습니다. 기술 도면, 기계 테스트 장치 구성의 모든 치수를 포함 하 여 보충 자료에 나와 있습니다. 이 기계 테스트 장치의 주요 장점은 힘과 변위 범위 쉽게 다른 LBBSs에 맞게 조정 될 수 있다입니다. 소자의 동작 원리는 원자 힘 현미경 9의 유사 합니다. 이 장치에서 표본 트렌치 컷 스테인레스 스틸 접시에 걸쳐 배치 됩니다 ( 그림 1A-C참조). 트렌치의 범위 수 1278 ± 3 µ m 광학 현미경에서 측정 (평균 ± 표준 편차, n = 10). 트렌치 가장자리 벤딩 테스트 (참조 그림 1 c, D) 동안 표본을 지원합니다. 이 샘플 단계 3-축 번역 단계에 연결 되 고 쐐기는 중간 트렌치의 범위에 걸쳐 알루미늄 쐐기 아래 배치 ( 그림 1C참조). 단계를 이동 하 여는 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> 방향 (참조 그림 1A, C), 표본 휘게 하는 견본을 일으키는 쐐기에 푸시됩니다.
우리는 웨지 부하 포인트 팁 (LPT)와 부하 포인트 (LP)로 쐐기를 포함 하는 장치의 구성 요소를 참조 하십시오. LP는 그 변위 (FODS) 섬유 광섬유 변위 센서에 의해 측정 하는 캔틸레버의 끝에 첨부 됩니다. FODS LP의 위쪽 표면에 있는 거울에서 반영 되는 적외선 빛을 방출 한다 ( 그림 1B참조)는 FODS에 광섬유에 의해 받았다. 세련 된 실리콘 웨이퍼의 ≈5 mm 정사각형 조각을 LP 미러로 사용 되 고 에폭시를 사용 하 여 LP에 붙어. FODS 방출 및 반사 빛의 농도 비교 하 여 변위를 측정 합니다. 캔틸레버 강성과 변위 힘, 계산 하는 데 사용 됩니다 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg"> </img>, 쐐기는 시료와의 상호 작용 때문으로 경험. 캔틸레버 변위는 또한 쐐기, 아래 견본의 횡단면의 변위를 계산 하는 데 사용 됩니다 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq3.jpg"> </img>. 캔틸레버 기반 힘 센서 마이크로 및 매크로 스케일 기계적 테스트 연구 10,11,12,,1314의 숫자에 사용 되었습니다. 여기에 제시 된 특정 디자인은 접착성 접촉 실험 14를 수행 하는 데 사용 되는 기계 테스트 장치에서 적응. 비슷한 디자인은 또한 상업적으로 사용할 수 있는 마이크로-tribometer 15,16에 사용 되었습니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig1.jpg"> 
그림 1: 기계 테스트 장치를 사용자의 개요. (A) A 컴퓨터 지원 디자인 렌더링 장치. 무대 구성 요소는 녹색으로 강조 표시 됩니다. 서브 (캔틸레버, 부하 포인트 (LP))를 감지 하는 힘은 빨간색으로 강조 표시 됩니다. (B) (A)의 보기를 확대. Lp로 미러는 FODS 아래 LP의 위쪽 표면에 청색으로 표시 되 고 LPM 표시 됩니다. (C) 번역 무대의 움직임을 설명 하는 데 사용 하는 좌표계. Th 평준화로1.9 프로토콜의 단계에서 e 단계에서 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> 방향 LP 거울의 표면에 수직한 벡터에 맞춰 이루어집니다. (D) A 회로도 스피큘 및 측정된 변위의 변형을 보여주는 3-포인트 절곡 구성의 <img alt="Equation 49" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq49.jpg"> </img>, 및 <img alt="Equation 50" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq50.jpg"> </img>. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56571/56571fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
해양 스폰지 Euplectella aspergillum6,7. 의 골격 요소에 3 포인트 벤딩 테스트를 수행 하 여 장치의 기능 시연 이 스폰지의이 해골 spicules (참조 그림 2A) 라는 필 라 멘 트의 어셈블리입니다. spicules ≈50 µ m 두께 이며 실리 카 6주로 구성 됩니다. Biosilica 기반 spicules Demospongiae, Homoscleromorpha, 및 Hexactinellida 클래스에 속하는 스폰지에서 발견 된다. Hexactinellida 클래스에 속하는 E. aspergillum, 같은 스폰지, 또한 "유리 제 갯 솜" 이라고 유리 스폰지의 spicules 실리 카의 주로 구성 하는 동안 보였다는 실리 카 자주 중 콜라겐 17,18 또는 틴 19,20 의 구성 하는 유기 매트릭스를 포함 , 21.이 유기 매트릭스에 실리 카 biomineralization 18,20중요 한 역할. 또한, 일부 spicules에 유기 매트릭스 또한 칼슘 22의 biomineralization에 대 한 템플릿으로 제공합니다. 실리 카 내에서 배포 되 고, 뿐만 아니라 유기 매트릭스 또한 동심, 원통형 lamellae 6,23로 스피큘의 실리 카를 분할 하는 다른 레이어를 형성할 수 있습니다. 그것은 보였다이 동심, 플레이트 건축 spicules' 변형 동작 6,7,8,,2425,26 영향을 미칠 수 있습니다. . 따라서, spicules' 기계적 속성은 그들의 화학의 조합에 의해 결정 됩니다 (즉., 실리 카 단백질 합성의 화학 구조)와 그들의 건축 27. 화학 구조와 유리 스폰지 spicules의 아키텍처 조사 24,,2829에서 여전히 있습니다.
E. aspergillum 에 spicules의 대부분 양식 뻣 뻣 한 골격 감 금 소를 함께 이루어 있습니다. 그러나, 골격의 기지에서 매우 긴 (≈10 cm) spicules 앵커 spicules (참조 그림 2A)로 알려진의 술이 있다. 우리는 앵커 spicules의 작은 섹션에 3 포인트 벤딩 테스트를 수행 하기 위한 프로토콜을 설명 합니다.
프로토콜의 1 단계 조립 및 기계 테스트 장치를 사용자의 구성 요소를 정렬 하는 절차를 설명 합니다. 단계 2 와 4 프로토콜의 세력과 벤딩 테스트에서 변위를 계산 하는 데 사용 하는 생성 캘리브레이션 데이터에 대 한 지침을 제공 합니다. 3 단계에서 있는 스피큘의 섹션을 준비 하 고 테스트 장치를 탑재 하는 단계를 설명 합니다. 스피큘 섹션에 벤딩 테스트를 실시 하기 위한 절차 5 단계에 설명 되어 있습니다. 마지막으로, 대표적인 결과 섹션에서 단계 2 및 4 에서 캘리브레이션 데이터는 단계 5에서 에서 얻은 벤딩 테스트 데이터를 사용 계산 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg"> 및 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq3.jpg"> </img>.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig2.jpg"> 
그림 2: 단면 및 E. aspergillum spicules검사 절차. (A) E. aspergillum의 골격. 무료 서 앵커 spicules의 술은 골격의 베이스에 표시 됩니다. 눈금 막대는입니다 ~ 25 m m. (B) 단일 앵커 스피큘 #00000 빨강 검은 담 비 브러시를 사용 하 여 및 면도날을 사용 하 여 구분 현미경 슬라이드에 장소에서 개최 됩니다. 눈금 막대는 ~ 12 m m. (C) 샘플 단계에 트렌치에서 E. aspergillum 스피큘의 섹션 배치 트렌치 가장자리 및 트렌치 릿지 물 오리와 오렌지, 각각 강조 됩니다. 스피큘 축 트렌치 가장자리에 수직이 되도록 트렌치 릿지에 푸시됩니다. (D) A 단계 3.4 스피큘 섹션 손상 되 고 무시 해야 하는 경우 확인 하는 방법을 설명 합니다 프로토콜에서에서 설명 하는 검사 절차를 전달 스피큘의 현미경 사진. (E) A 많은 균열을 포함 하 고 실리 카 레이어 프로토콜의 3.4 단계 에서 설명 하는 검사 절차 실패 하는의 큰 부분을 누락 스피큘의 현미경 사진. 스케일 바 = 250 µ m (C), 100 µ m (D), 및 100 µ m (E). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56571/56571fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

<table><tbody><tr><td>TMC 36" x 48" 격리 테이블(4인치 포함) CleanTop 브레드보드</td><td>TMC</td><td>63-563</td><td>격리 테이블</td></tr><tr><td>다양한 나사 조절기</td><td>Thorlabs</td><td>DAS110</td><td>무대 레벨링 플레이트용</td></tr><tr><td>1" 트래블 마이크로미터 헤드 0.001" 눈금</td><td>Thorlabs</td><td>150-801ME</td><td>무대 레벨링 플레이트용</td></tr><tr><td>PT 시리즈 번역 스테이지용 직각 브래킷, 1/4"- 20개의 장착 구멍</td><td>Thorlabs</td><td>PT102</td><td>현미경 마운트용</td></tr><tr><td>1" Dovetail Translation Stage, 1/4"-20 Taps</td><td>Thorlabs</td><td>DT25</td><td>현미경 마운트용</td></tr><tr><td>1" Translation Stage with 1/4"-170 Adjustment Screw, 1/4"-20 Taps</td><td>Thorlabs</td><td>PT1B</td><td>For microscope mount</td></tr><tr><td>12" Length, Dovetail Optical Rail</td><td>Edmund Optics</td><td>54-401</td><td>For 현미경 마운트</td></tr><tr><td>2.5" 너비, Dovetail Carrier</td><td>Edmund Optics</td><td>54-404</td><td>현미경 마운트</td></tr><tr><td>0.5" 너비, Dovetail Carrier</td><td>Edmund Optics</td><td>54-403</td><td>현미경 마운트</td></tr><tr><td>InfiniTube Mounting C-Clamp with &frac14;-20</td><td>Edmund Optics</td><td>57-788</td><td>Microscope component</td></tr><tr><td>Standard (with No In-Line Attachment), InfiniTube</td><td>Edmund Optics</td><td>56-125</td><td>현미경 구성 요소</td></tr>, <tr><td>표준 인라인 어태치먼트 (2X-10X에서 최적화), InfiniTube,</td><td>Edmund Optics</td>, <td>56-126</td><td>현미경 구성 요소</td></tr><tr><td>, Mitutoyo/Achrovid 대물렌즈 어댑터(M26 - M27)</td><td>Edmund Optics</td><td>53-787</td><td>현미경 구성 요소</td></tr>, <tr><td>5X Infinity Achrovid Microscope 대물</td><td>렌즈, Edmund Optics</td><td>55-790</td><td>현미경 구성</td></tr> <tr><td>요소0.316" ID, 광섬유 어댑터 SX-6</td><td>Edmund Optics</td><td>38-944</td><td>현미경 구성 요소</td></tr><tr><td>&frac14; "x 36", 유연한 광섬유 광 가이드</td><td>Edmund Optics</td><td>42-347</td><td>현미경 구성 요소</td></tr><tr><td>115V, MI-150 광섬유 조명기 w/IR 필터 및 홀더</td><td>Edmund Optics</td><td>55-718</td><td>현미경 구성 요소</td></tr><tr><td>Allied Vision Manta G-223 2/3" 컬러 CMOS 카메라</td><td>Edmund Optics</td><td>88-452</td><td></td></tr><tr><td>Manta/ Guppy Pro/ Stingray/ Pike</td><td>Edmund Optics용 현미경 구성 요소 전원 공급 장치</td><td>68-586</td><td>현미경 구성 요소</td></tr><tr><td>1/4" 여행 단일 축 변환 스테이지</td><td>Thorlabs</td><td>MS1S</td><td>FODS 마이크로미터</td></tr><tr><td>아날로그 반사율 종속 광섬유 변위 센서</td><td>Philtec</td><td>D20</td><td>FODS</td></tr><tr><td>30V, 3A DC 전원 공급 장치</td><td>Agilent</td><td>U8001A</td><td>DAQ 및 FODS용 전원 공급 장치</td></tr><tr><td>14비트, 48kS/s 저비용 다기능 DAQ</td><td>National 인스트루먼트</td><td>FODS용</td><td>USB-6009</td> DAQ</tr><tr><td>3축 전동 변환 스테이지</td><td>Thorlabs</td><td>Thorlabs T25 XYZ-E/</td><td>M 번역 스테이지</td></tr><tr><td>T-Cube DC 서보 모터 컨트롤러</td><td>Thorlabs</td><td>TDC001</td><td>스테이지용 모터 컨트롤러</td></tr><tr><td>T-Cube 전원 공급 장치</td><td>Thorlabs</td><td>TPS001</td><td>모터 컨트롤러용 전원 공급 장치</td></tr><tr><td>National Instruments LabVIEW (2013 SP1)</td><td>소프트웨어</td><td>실행에 사용되는</td>National Instruments <td></td></tr><tr><td>National Instruments LabVIEW Vision Acquisition Software (2016)</td>소프트웨어 <td>실행에 사용되는</td> <td>National Instruments</td><td></td></tr><tr><td>Nikon Eclipse Ci-POL Main Body</td><td>MVI</td><td>MDA96000</td><td>편광 현미경</td></tr><tr><td>Nikon Pi 분석기가있는 중간 튜브 슬라이더</td><td>MVI</td><td>MDB45305</td><td>편광 현미경</td></tr><tr><td>Nikon Dia-Polarizer</td><td>MVI</td><td>MDN11920</td><td>편광 현미경</td></tr><tr><td>전원 코드 - 7'6"</td><td>MVI</td><td>79035</td><td>편광 현미경</td></tr><tr><td>Nikon P-Amh 기계식 스테이지</td><td>MVI</td><td>MDC45000</td><td>편광 현미경</td></tr><tr><td>Nikon Lwd Achromat 콘덴서</td><td>MVI</td><td>MBL16100</td><td>편광 현미경</td></tr><tr><td>Nikon LV-NBD5BD-CH 수동 Quint Nosepiece ESD</td><td>MVI</td><td>MBP60125</td><td>편광 현미경</td></tr><tr><td>Nikon C-TF 삼안 튜브 F</td><td>MVI</td><td>MBB93100</td><td>편광 현미경</td></tr><tr><td>Nikon CFI 10X 접안 렌즈 FN 22mm NC</td><td>MVI</td><td>MAK10110</td><td>편광 현미경</td></tr><tr><td>Nikon TU Plan Flour BD 10x Objective</td><td>MVI</td><td>MUE42100</td><td>편광 현미경</td></tr><tr><td>Venus Flower Basket Sponge</td><td>Denis Brand</td><td>N/A</td><td>스폰지 스켈레톤</td></tr><tr><td>3.5X 헤드밴드 플립업 확대경</td><td>McMaster Carr</td><td>1490T5</td><td>스피큘 절편</td></tr><tr><td>&Oslash에 사용됨; 1" 실리콘 웨이퍼, 타입 P / < 100></td><td>Ted Pella</td><td>16011</td><td>로드 포인트 미러에 사용</td></tr><tr><td>낮은 린트 테이퍼 팁 면봉</td><td>McMaster Carr</td><td>71035T31</td><td>LP 미러 청소에 사용</td></tr><tr><td>고무 그립 정밀 나이프</td><td>McMaster Carr</td><td>35575A68</td><td>스피큘 절단에 사용</td></tr><tr><td>현미경 슬라이드, 젖빛 끝, 75 x 25 x 1mm</td><td>Ted Pella</td><td>260409</td><td>스피큘</td></tr> <tr><td>절단에 사용세이블 브러시, #00000, 0.08mm W x 4.0mm L</td><td>Ted Pella</td><td>11806</td><td>스피큘 처리에 사용</td></tr><tr><td>PELCO Pro 고정밀 핀셋, 초미세 팁, 우수한 마감</td><td>Ted Pella</td><td>5367-5NM</td><td>스피큘 처리에 사용</td></tr><tr><td>Dual Axis Linear Scale Micrometer</td><td>Edmund Optics</td><td>58-608</td><td>현미경 보정에 사용</td></tr><tr><td>FLEX-A-TOP FT-38 CAS</td><td>ESD 플라스틱 용기</td><td>FT-38-CAS</td><td>스피큘 보관에 사용</td></tr><tr><td>플라스틱 바이알 Bullseye Level</td><td>McMaster Carr</td><td>2147A11</td><td>스테이지 레벨링에 사용</td></tr><tr><td>분석 저울</td><td>Mettler Toledo</td><td>MS105DU</td><td>분동을 대량 교정하는 데 사용됩니다.</td></tr></tbody></table>

밀리미터 규모 굴곡 테스트 시스템 해양 스폰지 spicules의 기계적 특성을 측정 하기 위한

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

많은 생물학 구조 (LBBSs) 베어링 로드-깃털 rachises 등 spicules-작은 (&#60; 1 m m)만 아니라 미세한. 이러한 LBBSs의 굴곡 동작을 측정 하는 것은 그들의 놀라운 기계적 기능의 유래를 이해 하기 위한 중요 한입니다.
우리는 10-5 에서 101 N, 변위 10-2 m까지 10-7 에서 이르기까지 세력을 측정할 수 있는 맞춤식 기계 테스트 장치를 사용 하 여 3-포인트 벤딩 테스트 수행을 위한 프로토콜을 설명 합니다. 이 기계 장치를 테스트의 주요 장점은 힘 및 변위 용량 쉽게 다른 LBBSs에 대 한 조정 될 수 있다입니다. 소자의 동작 원리는 원자 힘 현미경의 비슷합니다. 즉, 강제는 캔틸레버의 끝에 연결 된 부하 포인트는 LBBS에 적용 됩니다. 부하 지점 변위 섬유 광섬유 변위 센서에 의해 측정 하 고 측정 된 캔틸레버 강성을 사용 하 여 힘으로 변환. 장치의 힘 범위 다른 stiffnesses의 캔틸레버를 사용 하 여 조정할 수 있습니다.
장치의 기능 가지 해양 스폰지 Euplectella aspergillum의 골격 요소에 3 포인트 벤딩 테스트를 수행 하 여 보여 줍니다. 골격 요소-spicules로 알려진-는 실리 카 섬유를 약 50 µ m 직경에서. 우리는 spicules ≈1.3 m m 범위와 3-포인트 절곡 설비에 장착 기계 테스트 장치를 보정 하는 절차를 설명 하 고 테스트는 절곡 수행. 스피큘와 적용 된 힘의 위치에서 그것의 편향도에 적용 되는 힘 측정 됩니다.

어떤 기계적인 테스트의 가장 기본적인 출력은 표본과 힘이 적용 되는 위치의 변위에 적용 되는 힘의 크기 이다. 3-포인트 벤딩 테스트의 경우 목표는 LPT에 의해 적용 되는 힘의 크기를 얻을 것입니다 <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg"> </img>, 및에서 LPT 아래 견본의 횡단면의 변위는 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq4.jpg"> 방향, <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq14.jpg"> </img>. 그러나, 여기에 설명 된 기계 테스트 장치에 대 한 몇 가지 후 처리 단계 수행 해야 합니다 2, 4 단계와 5 단계 프로토콜의 원하는이에서 얻은 출력 데이터 <img alt="Equation 13" src="...

우리는 주문 품 기계 테스트 장치를 사용 하 여 하위 밀리미터 규모 섬유에 3 포인트 벤딩 테스트를 수행 하기 위한 프로토콜을 제시. 소자 최대 10 N 20 µN에서 배열 하는 힘을 측정할 수 있으며 따라서 다양 한 섬유 크기를 수용할 수 있습니다.

밀리미터 규모 굴곡 테스트 시스템 해양 스폰지 Spicules의 기계적 특성을 측정 하기 위한

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

이 실험의 전반적인 목표는 직경이 10에서 100마이크로미터 사이인 섬유의 굴곡 거동을 측정하는 것입니다. 이 방법은 해양 스폰지 스피큘의 강도 및 강성 특성과 같은 생물학적 구조의 기계적 거동에 대한 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 크기와 탄성 특성이 다른 다양한 재료의 기계적 거동을 측정하는 데 사용할 수 있다는 것입니다.이 방법은 스피큘의 기계적 거동에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 식물 줄기 및 깃털 라키세와 같은 다른 하중을 견디는 생물학적 구조에도 적용할 수 있습니다. 시작하려면 번호 4-40 소켓 헤드 캡 나사를 사용하여 로드 포인트를 캔틸레버에 부착합니다. 로드 포인트를 부착하는 동안 캔틸레버 암이 소성으로 변형되지 않도록 주의하십시오.그런 다음 로드 포인트 팁을 캔틸레버 플레이트에서 멀리 놓고 번호 6-32 소켓 헤드 캡 나사를 사용하여 캔틸레버를 플레이트에 느슨하게 부착합니다. 그런 다음 캔틸레버와 플레이트를 통해 1/8인치 정렬 핀을 삽입하고 나사를 조인 다음 정렬 핀을 제거합니다. 센서 마이크로미터를 시계 반대 방향으로 돌려 광섬유 변위 센서를 최대한 집어넣습니다.그런 다음 로드 포인트 팁이 음의 z 방향을 가리키는 6-32 소켓 헤드 캡 나사를 사용하여 캔틸레버 플레이트를 프레임에 느슨하게 부착합니다. 다시 1/8인치 정렬 핀을 이번에는 프레임과 캔틸레버 플레이트를 통해 삽입하고 나사를 조인 다음 정렬 핀을 제거합니다. 이제 스테이지 베이스 플레이트에 스테이지를 장착하여 레벨링 플레이트의 마이크로미터 헤드 끝이 스테이지 베이스 플레이트 디봇에 놓이도록 합니다.격리 테이블에 기포 수준을 놓고 표면이 수평이 되도록 밸브 암 나비 나사를 돌려 테이블 각 다리의 압력을 조정합니다. 거품 수준을 스테이지 레벨링 플레이트의 상단으로 이동하고 마이크로미터도 수평이 되도록 조정합니다. 마이크로미터 위치를 확인하고 s를 제거합니다.tage 베이스 플레이트에서.핀셋을 사용하여 하나의 앵커 스피큘의 말단 끝을 잡고 당겨 골격에서 제거합니다. 깨끗한 현미경 슬라이드에 스피큘을 놓습니다. 퀸튜플 제로 사이즈 레드 세이블 브러시를 사용하여 스피큘을 슬라이드에 대고 잡습니다.슬라이드 표면에 수직인 브러시 양쪽의 스피큘에 면도날을 밀어 스피큘의 4mm 부분을 자릅니다. 그런 다음 원위 및 근위 spicule 섹션을 버리고 중간 지점에서 4mm 섹션을 절단한 상태로 유지합니다. spicule 섹션을 s로 옮깁니다.amp르 스테이지.굽힘 테스트를 위해 원하는 스팬으로 트렌치를 가로질러 배치하고 트렌치 융기에 대해 양의 y 방향으로 부드럽게 밀어 스피큘이 트렌치 가장자리에 수직이 되도록 합니다. 스테이지 베이스 플레이트에 스테이지를 장착하여 마이크로미터 스핀들의 팁이 스테이지 베이스 플레이트 디봇에 놓이도록 합니다. 필요한 경우 s의 마이크로미터를 조정하십시오.tage 레벨링 플레이트.추가 코드 파일에 있는 굽힘 테스트 프로그램을 열고 사용자 인터페이스에 표시된 텍스트 상자를 사용하여 단계 크기를 2마이크로미터로, 최대 변위를 0.5mm로, 저전압 정지를 1.5볼트로, 고전압 정지를 4.6볼트로 설정합니다. 원하는 이미지, 데이터 디렉토리 및 출력 파일 이름을 사용자 인터페이스의 텍스트 상자를 사용하여 선택합니다. 그런 다음 사용자 인터페이스의 이미지 저장 스위치를 아래쪽 위치로 설정하고 Voltage Difference라는 단어 아래에 있는 녹색 직사각형 버튼을 클릭하여 조명을 켭니다.이제 굽힘 테스트 프로그램을 실행하고 모터 컨트롤러와 카메라 인터페이스가 초기화될 때까지 기다립니다. 조명기를 켜고 부하 지점 팁이 보이도록 밝기를 조정합니다. 그런 다음 사용자 인터페이스 그래프에 표시된 출력 전압이 약 1.7볼트가 될 때까지 광섬유 변위 센서를 마이크로미터 시계 방향으로 돌립니다.이제 z축 모터 컨트롤러의 전위차계 슬라이더를 사용하여 로드 포인트 팁에서 약 1cm 아래에 있을 때까지 스테이지를 양의 z 방향으로 이동하고 홈 버튼을 클릭하여 z축 홈 위치를 설정합니다. x축 및 y축 모터 컨트롤러의 전위차계 슬라이더를 사용하여 트렌치에서 음의 x 방향으로 샘플 스테이지에 위치한 얇은 강철 스트립의 중심 위에 하중 지점 팁을 배치합니다. 그런 다음 z축 모터 컨트롤러의 전위차계 슬라이더를 사용하여 스테이지가 현미경의 시야 내에 있을 때까지 스테이지를 양의 z 방향으로 이동합니다.테스트 시작이라고 표시된 단추를 클릭하고 메시지가 표시되면 터치 감도 및 터치 오프 단계 크기에 대해 각각 0.003V 및 0.001mm 값을 입력합니다. 확인을 클릭하고 보정 단계가 완료될 때까지 몇 분 정도 기다립니다. 추가 코드 파일에 있는 기본 데이터 프로그램을 열고 실행하고 사용자 인터페이스 그래프에 표시된 출력 전압이 약 3볼트가 될 때까지 광섬유 변위 센서를 마이크로미터 시계 반대 방향으로 돌립니다.그런 다음 x축 모터 컨트롤러의 전위차계 슬라이더를 사용하여 스피큘 위의 트렌치 가장자리 사이에 하중 포인트 팁을 배치합니다. 또한 z축 모터 컨트롤러의 전위차계 슬라이더를 사용하여 로드포인트 팁이 트렌치 능선의 상단 표면 아래에 있을 때까지 스테이지를 양의 z 방향으로 이동합니다. 마지막으로, y축 모터 컨트롤러의 전위차계 슬라이더를 사용하여 하중점 팁의 전체 너비가 트렌치 융기의 가장자리 사이에 있도록 트렌치 융기의 전면에 초점을 맞춥니다.그런 다음 중지 버튼을 클릭하여 기본 데이터 프로그램을 중지합니다. 그런 다음 추가 코드 파일에 있는 대로 Center Load Point 프로그램을 열고 실행합니다. x축 모터 컨트롤러를 사용하여 로드 포인트 팁이 오른쪽 트렌치 가장자리와 거의 접촉할 때까지 스테이지를 이동합니다.그런 다음 엣지 찾기 버튼을 클릭합니다. 메시지가 표시되면 x축 모터 컨트롤러를 사용하여 부하 지점 팁이 왼쪽 트렌치 가장자리와 거의 접촉할 때까지 스테이지를 이동합니다. 이 시점에서 에지 찾기 버튼을 다시 클릭하고 프로그램이 트렌치 스팬을 가로질러 중간에 하중 포인트 팁을 배치할 때까지 기다립니다.그런 다음 굽힘 테스트 프로그램을 엽니다. 사용자 인터페이스의 텍스트 상자를 사용하여 단계 크기를 2마이크로미터로, 최대 변위를 0.5mm로, 저전압 정지를 1.5볼트로, 고전압 정지를 4.5볼트로 설정합니다. 또한 사용자 인터페이스의 텍스트 상자를 사용하여 원하는 이미지 및 데이터 디렉터리와 출력 파일 이름을 선택합니다.사용자 인터페이스에서 이미지 저장 스위치를 위쪽 위치로 설정하고 Voltage Difference 단어 아래에 있는 녹색 사각형 버튼을 클릭하여 조명이 켜지지 않도록 합니다. 그런 다음 굽힘 테스트 프로그램을 실행하고 모터 컨트롤러와 카메라 인터페이스가 초기화될 때까지 기다립니다. 초기화되면 스피큘이 현미경의 시야 내에 올 때까지 모터 컨트롤러의 전위차계 슬라이더를 사용하여 스테이지를 양의 z 방향으로 이동합니다.그런 다음 y축 모터 컨트롤러의 전위차계 슬라이더를 사용하여 스피큘이 부하 포인트 팁 아래에 있을 때까지 스테이지를 이동합니다. 다음으로, 사용자 인터페이스에서 스피큘에 초점이 맞춰지도록 현미경 초점 노브를 조정합니다. 그런 다음 출력 전압이 약 1.8볼트가 될 때까지 광섬유 변위 센서 마이크로미터를 시계 반대 방향으로 돌립니다.설정이 완료되면 테스트 시작을 클릭하고 굽힘 테스트가 완료되고 스테이지가 z축 홈 위치로 돌아갈 때까지 기다립니다. z 방향의 스피큘 변위와 하중 포인트 팁에 의해 가해지는 힘은 전압 변위 보간 파일, 힘 교정 파일 및 3점 굽힘 테스트에서 얻은 굽힘 테스트 파일을 사용하여 계산할 수 있습니다. 전압 변위 보간 파일은 굽힘 테스트 중 캔틸레버 변위를 측정하는 데 사용됩니다.캔틸레버의 강성을 추정하기 위해 힘 보정이 사용되며, 이는 캔틸레버 변위를 로드 포인트 팁에 의해 가해지는 힘과 관련시키는 데 사용됩니다. 이를 종합하면 힘 변위 응답을 생성하는 데 사용할 수 있습니다. 여기에 표시된 것은 성공적인 3점 굽힘 테스트에서 얻은 세 가지 다른 E.aspergillum 앵커 스피큘입니다.마스터하면 약 10-15분 안에 이 장치로 굽힘 테스트를 수행할 수 있습니다. 이 절차의 가장 중요한 측면은 스피큘이 스테이지에 제대로 안착되고 축이 트렌치 가장자리에 수직이 되도록 하는 것입니다. 3점 굽힘 테스트는 하중을 견디는 생물학적 구조를 연구하는 연구자가 기계적 거동에 대한 통찰력을 얻을 수 있는 비교적 간단한 방법을 제공합니다.굽힘 테스트 후 빔 이론을 사용하여 힘 변위 데이터에서 스피큘 Young의 계수 및 파괴 강도를 계산할 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

선박용 스폰지 스피큘의 기계적 특성을 측정하기 위한 밀리미터 스케일 굴곡 시험 시스템

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