Name: Een Millimeter schaal buigsterkte testsysteem voor het meten van de mechanische eigenschappen van mariene spons botsplinters (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 25 s
Description: Leer een millimeterschaal buigsterktetest voor het meten van mechanische eigenschappen van mariene spons botsplinters. Deze methode meet krachten van 20 µN tot 10 N en is toepasbaar op diverse biologische structuren.

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

Dit werk werd gesteund door de National Science Foundation [mechanica van materialen en structuren Program, verlenen nummer 1562656]; en de American Society of Mechanical Engineers [Haythornthwaite Young Investigator Award].

<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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Verschillende stappen van het protocol zijn bijzonder belangrijk om ervoor te zorgen dat krachten en verplaatsingen nauwkeurig worden gemeten. Terwijl sommige van deze kritische stappen universeel voor alle drie-punt buigende tests zijn, zijn anderen uniek voor deze mechanische beproevingstoestel.
In stap 1.2 van het protocol de LP spiegel wordt gereinigd en geïnspecteerd op krassen en in stap 1.6 van het protocol wordt de winst van de FODS is ingesteld. Het i...

Door het bestuderen van de platforms van dragende biologische structuren (LBBSs), zoals shell en bot, hebben de ingenieurs ontwikkeld nieuwe samengestelde materialen die zowel sterk en taai 1. Het is aangetoond dat de opmerkelijke mechanische eigenschappen van LBBSs en hun tegenhangers bio-geïnspireerde zijn gerelateerd aan hun ingewikkelde interne platforms 2. De relaties tussen LBBS platforms en mechanische eigenschappen worden echter niet volledig begrepen. Het meten van de mechanische reactie van een LBBS is de eerste stap naar inzicht in hoe de architectuur verbetert de mechanische eigenschappen.
Het is echter belangrijk dat het type test gebruikt voor het meten van een LBBS mechanische antwoord met haar mechanische functie strookt. Bijvoorbeeld, omdat veren aërodynamische ladingen steunen moeten, is de primaire functie van de spil van een veer bedoeld als buigsterkte stijfheid 3. Een buigmoment test daarom verkiezen boven een eenassige spanning test voor het meten van de mechanische reactie. In feite, vele LBBSs — zoals veer rachises 3, gras stengels 4en botsplinters 5,,6,,7,8— vooral vervormen door buigen. Dit is omdat deze LBBSs slanke zijn —dat wil zeggen, de lengte is veel groter dan hun breedte of diepte. Echter, buigende tests uitvoeren op deze LBBSs is uitdagend omdat de krachten en verplaatsingen die ze kunnen weerstaan voordat van 10-2 tot en met 10 variëren-2 N en 10-4 tot 10-3 m, respectievelijk 3 , 4 , 5 , 7 , 8. daarom het apparaat gebruikt voor het uitvoeren van deze mechanische tests moeten de resoluties van de kracht en de verplaatsing van ≈10-5 N en ≈10-7 m (dat wil zeggen, 0,1% van de maximale measureable kracht en de verplaatsing van de sensor), respectievelijk.
Verkrijgbare, grote schaal, mechanische testen systemen meestal niet meten krachten en verplaatsingen met deze resolutie. Atomaire kracht Microscoop gebaseerde 9,10 of microschakelaars systemen gebaseerde 11 testen apparaten hebben voldoende resolutie, de maximale kracht (respectieve verplaatsing) ze kunnen meten weliswaar kleiner dan de maximale kracht (respectieve verplaatsing) die de LBBS kunnen weerstaan. Daarom, buigende om test te voeren op deze LBBSs, de ingenieurs en de wetenschappers moet vertrouwen op custom-built mechanische testen apparaten 5,7,12,13. Het belangrijkste voordeel van deze custom-built apparaten is dat zij grote reeksen van krachten en verplaatsingen aankan. Echter, de bouw en de exploitatie van deze apparaten is niet goed gedocumenteerd in de literatuur.
Een protocol is beschreven voor het verrichten van drie-punt buigende proeven met behulp van een custom-built mechanische testen apparaat dat kan meten dwingt variërend van 10-5 tot 101 N en verplaatsingen variërend van 10-7 tot 10-2 m. Technische tekeningen, met inbegrip van alle dimensies van de componenten van het mechanische beproevingstoestel vindt u in het aanvullend materiaal. Het belangrijkste voordeel van dit mechanische testen apparaat is dat de kracht en de verplaatsing bereiken kunnen worden gemakkelijk aangepast aan verschillende LBBSs. Het werkingsprincipe van het apparaat is vergelijkbaar met die van een atomaire kracht Microscoop 9. In dit apparaat, een specimen wordt geplaatst in een greppel gesneden in een RVS plaat (Zie Figuur 1A-C). De spanwijdte van de trog is gemeten vanaf optische microfoto als 1278 ± 3 µm (gemiddelde ± standaardafwijking; n = 10). De randen van de loopgraaf ondersteunen het model tijdens een buigende test (Zie Figuur 1 c, en D). Dit monster stadium is gekoppeld aan een fase van drie assen vertaling en onder een aluminium wig zo geplaatst dat de wig halverwege de trog van de overspanning ligt (Zie Figuur 1C). Door het bewegen van de fase de <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> richting (Zie figuur 1A, en C), het model wordt geduwd in de wig waardoor het model om te buigen.
Verwijzen we naar de wig als de belasting punt tip (LPT) en het onderdeel van het apparaat dat de wig als het punt van de belasting (LP bevat). De LP is gekoppeld aan het einde van een cantilever wier verplaatsing wordt gemeten door een fiber optic verplaatsing sensor (FODS). Straalt infrarood licht, die wordt weerspiegeld op een spiegel gelegen op de bovenkant van de LP uit de FODS (Zie Figuur 1B) en ontvangen door een optische vezel in de FODS. Een ≈5 mm vierkant stuk een gepolijste silicium wafer wordt gebruikt als de LP-spiegel en op de LP met behulp van epoxy is aangebracht. De FODS meet verplaatsingen door het vergelijken van de intensiteit van het uitgestraalde en gereflecteerd licht. De cantilever stijfheid en verplaatsing worden gebruikt voor het berekenen van de kracht, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg"> </img>, ervaren door de wig als gevolg van de interactie met het model. De verplaatsing van de ' Freischwinger ' wordt ook gebruikt voor het berekenen van de verplaatsing van het specimen dwarsdoorsnede onder de wig, <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq3.jpg"> </img>. Cantilever gebaseerde krachtsensors zijn gebruikt in een aantal micro - en macroschaal mechanische testen studies 10,11,12,13,14. Het specifieke ontwerp hier gepresenteerd is aangepast van een mechanische testen apparaat dat wordt gebruikt voor het uitvoeren van zelfklevende contact experimenten 14. Een soortgelijk ontwerp is ook gebruikt in een commercieel beschikbare micro-tribometer 15,16.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig1.jpg"> 
Figuur 1: overzicht van de op maat gemaakte mechanische beproevingstoestel. (A) A computer aided ontwerp weergave van het apparaat. De fase-onderdelen zijn gemarkeerd in het groen. De force sensing halffabrikaat (cantilever, belasting punt (LP)) wordt gemarkeerd in het rood. (B) een vergroot beeld van (A). De LP-spiegel wordt weergegeven in het blauw op de bovenkant van de LP onder de FODS en LPM is gemarkeerd. (C) het coördinatensysteem gebruikt om te beschrijven de motie van de fase van de vertaling. Door herverdeling van the fase in stap 1.9 van het protocol, de <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> richting te laten samenvallen met de vector die loodrecht op het glasoppervlak van de LP-spiegel is gemaakt. (D) een schematische voorstelling van de drie-punt buigende configuratie weergegeven: de vervorming van de spicule en de gemeten verplaatsingen <img alt="Equation 49" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq49.jpg"> </img>, en <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">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
Van het apparaat mogelijkheden worden gedemonstreerd door het verrichten van drie-punt buigende proeven op het skelet elementen van de mariene spons Euplectella Wijwaterkwast6,7. Deze spons het skelet is een samenstel van filamenten, genaamd botsplinters (Zie Figuur 2). De botsplinters zijn ≈50 µm dik en bestaat voornamelijk uit siliciumdioxide 6. Biosilica gebaseerde botsplinters worden aangetroffen in sponsen die behoren tot de klassen Demospongiae Homosclerophorida en Hexactinellida. Sponzen, zoals E. Wijwaterkwast, die behoren tot de klasse Hexactinellida staan ook bekend als "glas sponzen." Terwijl de botsplinters van glas sponzen zijn voornamelijk samengesteld uit siliciumdioxide, is gebleken dat de silica vaak een organische matrix samengesteld uit beide collageen 17,18 of chitine 19,20 bevat , 21. deze organische matrix speelt een belangrijke rol in silica biomineralization 18,20. Bovendien in sommige botsplinters fungeert de organische matrix ook als een sjabloon voor de biomineralization van calcium 22. Naast uitgedeeld binnen de silica, kan de organische matrix ook vormen verschillende lagen die de spicule van silica in concentrische, cilindrische lamellen 6,23 verdelen. Het is aangetoond dat deze concentrische, lamellair architectuur kan invloed hebben op de botsplinters vervorming gedrag 6,7,8,24,25,26 . Bijgevolg de botsplinters mechanische eigenschappen worden bepaald door een combinatie van hun chemie (dwz., de chemische structuur van de samengestelde silica-eiwit) en hun het platform 27. Zowel de chemische structuur en de architectuur van glas spons botsplinters zijn nog in onderzoek 24,28,29.
Allermeest naar de botsplinters in E. Wijwaterkwast zijn samen aan een stijve skelet kooi formulier gecementeerd. Aan de voet van het skelet is er echter een plukje zeer lang (≈10 cm) botsplinters bekend als het anker botsplinters (Zie Figuur 2). We beschrijven het protocol voor het verrichten van buigende proeven van drie-punt op kleine secties van het anker botsplinters.
In stap 1 van het protocol, wordt de procedure voor het monteren en uitlijnen van de componenten van het mechanische custom-built beproevingstoestel beschreven. Stap 2 en 4 van het protocol bevatten instructies voor genereren kalibratiegegevens gebruikt voor het berekenen van de krachten en verplaatsingen in de buigende test. De stappen voor te bereiden van een deel van een spicule en mount het op de steun van de test zijn beschreven in stap 3. De procedure voor het uitvoeren van de buigende test op het spicule gedeelte is beschreven in stap 5. Ten slotte de kalibratiegegevens verkregen in de stappen 2 en 4 in de sectie Vertegenwoordiger resultaten gebruikt worden samen met de buigende testgegevens die worden verkregen in stap 5 om te berekenen <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg"> en <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"> 
Figuur 2: Procedure voor segmenteren en inspectie van E. Wijwaterkwast botsplinters. (A) het skelet van E. Wijwaterkwast. Het plukje vrijstaande anker botsplinters wordt weergegeven aan de voet van het skelet. De schaal bar is ~ 25 mm. (B) een spicule van één anker wordt gehouden in de plaats op een microscoopglaasje met behulp van een #00000 rood sable borstel en gesegmenteerd met behulp van een scheermesje. De schaal bar is ~ 12 mm. (C) een deel van een spicule E. Wijwaterkwast over de loopgraaf in het werkgebied van de steekproef geplaatst. De loopgraaf randen en loopgraaf ridge worden gemarkeerd in groenblauw en oranje, respectievelijk. De spicule wordt geduwd tegen de loopgraaf ridge om ervoor te zorgen dat de as loodrecht op de randen van de Geul staat. (D) een opname van een spicule die loopt van de controleprocedure die is beschreven in stap 3.4 van het protocol, waarin wordt beschreven hoe om te bepalen of een sectie van de spicule is beschadigd en moet worden weggegooid. (E) A opname van een spicule met vele scheuren en ontbrekende grote delen van silica lagen die de controleprocedure die is beschreven in stap 3.4 van het protocol zou mislukken. Schaal bars = 250 µm (C), 100 µm (D) en 100 µm (E). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56571/56571fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

```html
<table><tbody><tr><td>TMC 36" x 48" isolatietafel met 4" CleanTop snijplank</td><td>TMC</td><td>63-563</td><td>Isolatietabel</td></tr><tr><td>Differentiële schroefregeling</td><td>Thorlabs</td><td>DAS110</td><td>Voor niveauplaat</td></tr><tr><td>1" Reismicrometerkop met 0.001" Indelingen</td><td>Thorlabs</td><td>150-801ME</td><td>Voor niveauplaat</td></tr><tr><td>Rechte hoekbeugel voor PT Series Translatie Stadia, 1/4"-20 Montagegaten</td><td>Thorlabs</td><td>PT102</td><td>Voor microscoopmontage</td></tr><tr><td>1" Dovetail Translatie Stadium, 1/4"-20 Draad</td><td>Thorlabs</td><td>DT25</td><td>Voor microscoopmontage</td></tr><tr><td>1" Translatie Stadium met 1/4"-170 Regelschroef, 1/4"-20 Draad</td><td>Thorlabs</td><td>PT1B</td><td>Voor microscoopmontage</td></tr><tr><td>12" Lengte, Dovetail Optische Rail</td><td>Edmund Optics</td><td>54-401</td><td>Voor microscoopmontage</td></tr><tr><td>2.5" Breedte, Dovetail Drager</td><td>Edmund Optics</td><td>54-404</td><td>Voor microscoopmontage</td></tr><tr><td>0.5" Breedte, Dovetail Drager</td><td>Edmund Optics</td><td>54-403</td><td>Voor microscoopmontage</td></tr><tr><td>InfiniTube Montage C-Klem met &frac14;-20</td><td>Edmund Optics</td><td>57-788</td><td>Microscoopcomponent</td></tr><tr><td>Standaard (zonder In-Line Bijlage), InfiniTube</td><td>Edmund Optics</td><td>56-125</td><td>Microscoopcomponent</td></tr><tr><td>Standaard In-Line Bijlage (Geoptimaliseerd bij 2X-10X), InfiniTube</td><td>Edmund Optics</td><td>56-126</td><td>Microscoopcomponent</td></tr><tr><td>Mitutoyo/Achrovid Objectief Adapter (M26 naar M27)</td><td>Edmund Optics</td><td>53-787</td><td>Microscoopcomponent</td></tr><tr><td>5X Infinity Achrovid Microscoop Objectief</td><td>Edmund Optics</td><td>55-790</td><td>Microscoopcomponent</td></tr><tr><td>0.316" ID, Glasvezeladapter SX-6</td><td>Edmund Optics</td><td>38-944</td><td>Microscoopcomponent</td></tr><tr><td>&frac14;" x 36", Flexibele Glasvezel Lichtgeleider</td><td>Edmund Optics</td><td>42-347</td><td>Microscoopcomponent</td></tr><tr><td>115V, MI-150 Glasvezel Verlichter met IR-Filter en Houder</td><td>Edmund Optics</td><td>55-718</td><td>Microscoopcomponent</td></tr><tr><td>Allied Vision Manta G-223 2/3" Kleur CMOS Camera</td><td>Edmund Optics</td><td>88-452</td><td>Microscoopcomponent</td></tr><tr><td>Voeding voor Manta/ Guppy Pro/ Stingray/ Pike</td><td>Edmund Optics</td><td>68-586</td><td>Microscoopcomponent</td></tr><tr><td>1/4" Reis Enkele As Translatie Stadium</td><td>Thorlabs</td><td>MS1S</td><td>FODS micrometer</td></tr><tr><td>Analoge Reflectie Afhankelijke Glasvezel Verplaatsingssensor</td><td>Philtec</td><td>D20</td><td>FODS</td></tr><tr><td>30V, 3A DC Voeding</td><td>Agilent</td><td>U8001A</td><td>Voeding voor DAQ en FODS</td></tr><tr><td>14-Bit, 48 kS/s Laaggeprijsde Multifunctionele DAQ</td><td>National Instruments</td><td>USB-6009</td><td>DAQ voor FODS</td></tr><tr><td>Drie As Motoriseerde Translatie Stadium</td><td>Thorlabs</td><td>Thorlabs T25 XYZ-E/M</td><td>Translatiestadium</td></tr><tr><td>T-Cube DC Servo Motor Controller</td><td>Thorlabs</td><td>TDC001</td><td>Motorcontroller voor stadium</td></tr><tr><td>T-Cube Voeding</td><td>Thorlabs</td><td>TPS001</td><td>Voeding voor motorcontroller</td></tr><tr><td>National Instruments LabVIEW (2013 SP1)</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Gebruikt voor het uitvoeren van software</td></tr><tr><td>National Instruments LabVIEW Vision Acquisition Software (2016)</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Gebruikt voor het uitvoeren van software</td></tr><tr><td>Nikon Eclipse Ci-POL Hoofdlichaam</td><td>MVI</td><td>MDA96000</td><td>Gepolariseerd lichtmicroscoop</td></tr><tr><td>Nikon Pi Tussenbuis met Analyzer Slider</td><td>MVI</td><td>MDB45305</td><td>Gepolariseerd lichtmicroscoop</td></tr><tr><td>Nikon Dia-Polarisator</td><td>MVI</td><td>MDN11920</td><td>Gepolariseerd lichtmicroscoop</td></tr><tr><td>Stroomkabel - 7'6"</td><td>MVI</td><td>79035</td><td>Gepolariseerd lichtmicroscoop</td></tr><tr><td>Nikon P-Amh Mechanische Stage</td><td>MVI</td><td>MDC45000</td><td>Gepolariseerd lichtmicroscoop</td></tr><tr><td>Nikon Lwd Achromat Condenser</td><td>MVI</td><td>MBL16100</td><td>Gepolariseerd lichtmicroscoop</td></tr><tr><td>Nikon LV-NBD5BD-CH Handmatig Quint Nosepiece ESD</td><td>MVI</td><td>MBP60125</td><td>Gepolariseerd lichtmicroscoop</td></tr><tr><td>Nikon C-TF Trichroombuis F</td><td>MVI</td><td>MBB93100</td><td>Gepolariseerd lichtmicroscoop</td></tr><tr><td>Nikon CFI 10X Oogstuk FN 22mm NC</td><td>MVI</td><td>MAK10110</td><td>Gepolariseerd lichtmicroscoop</td></tr><tr><td>Nikon TU Plan Flour BD 10x Objectief</td><td>MVI</td><td>MUE42100</td><td>Gepolariseerd lichtmicroscoop</td></tr><tr><td>Venus Bloem Mandje Spons</td><td>Denis Brand</td><td>N/A</td><td>Sponskelet</td></tr><tr><td>3.5X Hoofdband Opvouwbare Vergrootglas</td><td>McMaster Carr</td><td>1490T5</td><td>Gebruikt voor spicula sectie</td></tr><tr><td>&Oslash;1" Silicium Wafer, Type P / &lt;100></td><td>Ted Pella</td><td>16011</td><td>Gebruikt voor laadpunt spiegel</td></tr><tr><td>Low Lint Taper Tip Katoenen Wattenstaafje</td><td>McMaster Carr</td><td>71035T31</td><td>Gebruikt voor het schoonmaken van LP spiegel</td></tr><tr><td>Rubber grip precisiemes</td><td>McMaster Carr</td><td>35575A68</td><td>Gebruikt voor het sectioneren van spicula</td></tr><tr><td>Microscoopglazen, gematteerd einde, 75 x 25 x 1mm</td><td>Ted Pella</td><td>260409</td><td>Gebruikt voor het sectioneren van spicula</td></tr><tr><td>Sable Borstels, #00000, 0.08mm B x 4.0mm L</td><td>Ted Pella</td><td>11806</td><td>Gebruikt voor het hanteren van spicula</td></tr><tr><td>PELCO Pro Hoge Precisie Pincet, extra fijne punten, superieure afwerking</td><td>Ted Pella</td><td>5367-5NM</td><td>Gebruikt voor het hanteren van spicula</td></tr><tr><td>Duaal As Lineaire Schaal Micrometer</td><td>Edmund Optics</td><td>58-608</td><td>Gebruikt voor het kalibreren van de microscopen</td></tr><tr><td>FLEX-A-TOP FT-

een millimeter schaal buigsterkte testsysteem voor het meten van de mechanische eigenschappen van mariene spons botsplinters

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

Veel laden rekening houdend met biologische structuren (LBBSs) — zoals veer rachises en botsplinters — zijn klein (&#60; 1 mm) maar niet microscopische. Het meten van de buigsterkte gedrag van deze LBBSs is belangrijk voor het begrijpen van de oorsprong van hun opvallende mechanische functies.
We beschrijven een protocol voor het verrichten van drie-punt buigende proeven met behulp van een custom-built mechanische testen apparaat dat kan meten dwingt variërend van 10-5 tot 101 N en verplaatsingen variërend van 10-7 tot 10-2 m. Het belangrijkste voordeel van dit mechanische testen apparaat is dat de kracht en de verplaatsing capaciteit gemakkelijk kunnen worden aangepast voor verschillende LBBSs. Het werkingsprincipe van het apparaat is vergelijkbaar met die van een atomic force microscope. Namelijk, kracht wordt toegepast op de LBBS door de punt van een belasting die is gekoppeld aan het einde van een cantilever. De verplaatsing van lading punt wordt gemeten door een sensor fiber optic verplaatsing en omgezet in een kracht met behulp van de gemeten cantilever stijfheid. Van het apparaat kracht bereik kan worden aangepast met behulp van de uitkragingen van verschillende stiffnesses.
Van het apparaat mogelijkheden worden gedemonstreerd door het verrichten van drie-punt buigende proeven op het skelet elementen van de mariene spons Euplectella Wijwaterkwast. De skelet elementen — bekend als botsplinters — silica-vezels die ongeveer 50 µm in diameter zijn zijn. We beschrijven de procedures voor het kalibreren van het mechanische beproevingstoestel, de botsplinters montage op een drie-punt buigende armatuur met een spanwijdte van ≈1.3 mm en uitvoeren van een buigen test. De kracht uitgeoefend op de spicule en de uitwijking op de locatie van de toegepaste kracht worden gemeten.

De meest elementaire uitgangen van enige mechanische test zijn de omvang van de kracht toegepast op het model en de verplaatsing op de locatie waar de kracht wordt uitgeoefend. In het geval van een drie-punt buigende test, het doel is het verkrijgen van de omvang van de kracht die door de LPT-, <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg"> </img>, en de verplaatsing van het specimen dwarsdoorsnede onder de LPT-in de <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56571/...

Presenteren we een protocol voor het verrichten van drie-punt buigende proeven op sub millimeter schaal vezels met behulp van een custom-built mechanische beproevingstoestel. Het apparaat kan meten krachten variërend van 20 µN tot 10 N en is daarom geschikt voor een verscheidenheid van grootte van de vezels.

Een Millimeter schaal buigsterkte testsysteem voor het meten van de mechanische eigenschappen van mariene spons botsplinters

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

Het algemene doel van dit experiment is om het buiggedrag van vezels met diameters tussen de 10 en 100 micrometer te meten. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over het mechanische gedrag van biologische structuren, zoals de sterkte en stijfheidseigenschappen van mariene sponsspicuulen. Het grote voordeel van deze techniek is dat het kan worden gebruikt om het mechanische gedrag van een grote verscheidenheid aan materialen met verschillende groottes en elastische eigenschappen te meten.Hoewel deze methode inzicht kan geven in het mechanische gedrag van spicules, kan het ook worden toegepast op andere dragende biologische structuren, zoals plantenstengels en veerrachiden. Om te beginnen, bevestig de laadpunt aan de cantilever, met behulp van nummer 4-40 kopspijkers met socketkop. Zorg ervoor dat de cantileverarmen niet plastisch worden vervormd tijdens het bevestigen van het laadpunt.Plaats vervolgens de laadpunttip weg van de cantileverplaat en bevestig de cantilever losjes aan de plaat met behulp van nummer 6-32 kopspijkers met socketkop. Breng vervolgens de 1/8-inch uitlijningspenen door de cantilever en de plaat, draai de schroeven vast en verwijd

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Milieuvriendelijke gecontroleerde Microtensile Testen van mechanisch-adaptieve nanocomposieten voor<em&gt; Ex vivo</em&gt; Karakterisering

Een methode om de persistentielengte of buigstijfheid van biopolymeren meten beschreven. De methode gebruikt een kinesine aangedreven microtubule gliding assay experimenteel bepalen de persistentielengte van individuele microtubuli en is aanpasbaar aan actine gebaseerde assays glijden.

Buigstijfheid Metingen van Biopolymeren gebruik Zweefvliegen Assays

We presenteren in dit artikel een nieuw strekken platform dat kan worden gebruikt om cel responsen op complexe anisotrope biaxiale mechanische vervorming onderzoeken en kwantificeren van de mechanische eigenschappen van biologisch weefsel.

A Novel Stretching platform voor toepassingen in de Cel en Weefsel Mechanobiology

Dit document presenteert de voor sonderen ruimtelijk gecorreleerde chemische, structurele en mechanische eigenschappen van het meerlagige omvang van Atractosteus spatel (A. spatel) met nanoindentation methoden Fourier transformatie infrarood (FTIR) spectroscopie, scanning elektronen microscopie (SEM), en X- ray tomografie (X-ray CT). De experimentele resultaten zijn gebruikt om de ontwerpprincipes beschermende biologisch materiaal onderzocht.

Karakterisering van Multi-layered Fish Scales (<em&gt; Atractosteus spatel</em&gt;) Met behulp Nanoindentation, röntgen-CT, FTIR en SEM

De duurzaamheid van polymeren en vezelversterkte polymeercomposietmaterialen in gebruik is een cruciaal aspect voor hun ontwerp en onderhoud op basis van de toestand. We presenteren een nieuwe, goedkope laboratoriumtestplatform voor het onderzoek naar de invloed van gelijktijdige mechanische en omgevingsbelastingen, en kunnen helpen bij het ontwerpen van efficiëntere en toch veiligere composietstructuren.

Een Testen Platform Duurzaamheid Studies van Polymeren en vezelversterkte Polymer Composites onder Concurrent Hygrothermo-mechanische stimuli

We presenteren een reeks technieken om de visco-elastische mechanische eigenschappen van de hersenen te karakteriseren op micro-, meso- en macro-schalen.

Karakteriseren Multiscale mechanische eigenschappen van hersenweefsel met behulp van Atomic Force Microscopy, Impact Inspringen en reometrie

Ondergronden met stijfheid in het kilopascal-bereik zijn nuttig zijn te onderzoeken van de reactie van cellen op fysiologisch relevante stijfheid van de micro-omgeving. Met behulp van slechts een widefield fluorescentie Microscoop, kan de Youngs modulus van zachte siliconen gel worden bepaald met behulp van een inkeping met een geschikt gebied.

Meting van de stijfheid van zachte siliconen substraten voor Mechanobiology Studies met een Widefield fluorescentie Microscoop

Het doel van de studie was het ontwikkelen van protocollen om consistente specimens voor te bereiden voor nauwkeurige mechanische tests van hoogsterkte aramide of Ultra-hoge-molaire massa-polyethyleen gebaseerde flexibele unidirectionele composiet laminaat materialen en om protocollen voor het uitvoeren van kunstmatige veroudering op deze materialen.

Snij procedures, trekproeven en veroudering van flexibele unidirectionele composiet laminaten

Dit artikel beschrijft een fabricageproces voor vezelversterkte polymeermatrixcomposietlaminaten die worden verkregen met behulp van de natte hand lay-up/vacuümzakmethode.

Het meten van de mechanische eigenschappen van glasvezelversterkingspolymeercomposietlaminaten verkregen door verschillende fabricageprocessen

Dit protocol biedt de configuratie van een compressietestapparaat dat in staat is de mechanische eigenschappen van microstructuren in het klein-rekgebied nauwkeurig te meten, samen met een systematische methode voor compressietesten met dit apparaat. Het voorgestelde apparaat kan worden gebruikt om verschillende microstructuren en het mechanisch gedrag van polymeergebaseerde materialen te analyseren.

Meting van de compressieve spanning-rekrespons bij kleine rekken

Leer een millimeterschaal buigsterktetest voor het meten van mechanische eigenschappen van mariene spons botsplinters. Deze methode meet krachten van 20 µN tot 10 N en is toepasbaar op diverse biologische structuren.

Een Millimeter schaal buigsterkte testsysteem voor het meten van de mechanische eigenschappen van mariene spons botsplinters

Meer video's verkennen