Name: System do badania zginania w skali milimetrowej do pomiaru właściwości mechanicznych iglic z gąbek morskich (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 25 s
Description: Poznaj metodę trójpunktowego zginania do pomiaru właściwości mechanicznych włókien biologicznych, w tym iglic z gąbek morskich. Niestandardowe urządzenie testujące mierzy siły od 20 µN do 10 N.

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

Ta praca była wspierana przez National Science Foundation [Program Mechaniki Materiałów i Konstrukcji, numer grantu 1562656]; oraz Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Mechaników [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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Kilka etapów protokołu jest szczególnie istotnych dla zapewnienia dokładnego pomiaru sił i przemieszczeń. Podczas gdy niektóre z tych krytycznych kroków są uniwersalne dla wszystkich testów zginania trójpunktowego, inne są charakterystyczne dla tego konkretnego urządzenia do badań mechanicznych.
W kroku 1.2 protokołu lustro LP jest czyszczone i sprawdzane pod kątem zarysowań, a w kroku 1.6 protokołu ustawiane jest wzmocnienie FODS. Ważne jest, aby wzmocnienie ...

Poprzez badanie architektury biologicznych struktur nośnych (LBBS), takich jak muszle i kości, inżynierowie opracowali nowe materiały kompozytowe, które charakteryzują się jednocześnie wysoką wytrzymałością i odpornością na pękanie 1. Wykazano, że niezwykłe właściwości mechaniczne struktur LBBS oraz ich bioinspirowanych odpowiedników są związane z ich złożoną wewnętrzną architekturą 2. Jednakże zależności między architekturą LBBS a właściwościami mechanicznymi nie są w pełni zrozumiałe. Pomiar odpowiedzi mechanicznej struktury LBBS jest pierwszym krokiem do zrozumienia, w jaki sposób jej architektura poprawia właściwości mechaniczne.
Ważne jest jednak, aby rodzaj testu wykorzystywanego do pomiaru odpowiedzi mechanicznej LBBS była zgodna z jego funkcją mechaniczną. Na przykład, ponieważ pióra muszą znosić obciążenia aerodynamiczne, główną funkcją rachis pióra jest zapewnienie sztywności zginania 3. Dlatego do pomiaru jego odpowiedzi mechanicznej preferowany jest test zginania zamiast jednowymiarowej próby rozciągania. W rzeczywistości wiele LBBS-ów — takich jak rachis piór 3, łodygi traw 4 oraz spikule 5,6,7,8 — ulega przede wszystkim odkształceniom poprzez zginanie. Wynika to z faktu, że struktury te są smukłe — tzn. ich długość jest znacznie większa niż szerokość lub głębokość. Przeprowadzenie testów zginania na tych LBBS-ach jest jednak trudne, ponieważ siły i przemieszczenia, które są one w stanie wytrzymać przed zniszczeniem, mieszczą się odpowiednio w zakresie od 10-2 do 102 N oraz od 10-4 do 10-3 m 3,4,5,7,8. W konsekwencji urządzenie używane do przeprowadzania tych testów mechanicznych powinno posiadać rozdzielczość siły i przemieszczenia wynoszącą odpowiednio ≈10-5 N i ≈10-7 m (tzn. 0,1% maksymalnej mierzalnej siły i przemieszczenia czujnika).
Dostępne komercyjnie, wielkoskalowe systemy badań mechanicznych zazwyczaj nie pozwalają na pomiar sił i przemieszczeń z taką rozdzielczością. Choć urządzenia testowe oparte na mikroskopii sił atomowych 9,10 lub systemach mikroelektromechanicznych 11 posiadają odpowiednią rozdzielczość, maksymalna siła (odpowiednio przemieszczenie), jaką mogą zmierzyć, jest mniejsza niż maksymalna siła (odpowiednio przemieszczenie), jaką może wytrzymać LBBS. W związku z tym, aby przeprowadzić testy zginania tych LBBS, inżynierowie i naukowcy muszą polegać na specjalistycznych, budowanych na zamówienie urządzeniach do badań mechanicznych 5,7,12,13. Główną zaletą tych dedykowanych urządzeń jest możliwość obsługi szerokich zakresów sił i przemieszczeń. Jednakże konstrukcja i zasada działania tych urządzeń nie są dobrze udokumentowane w literaturze.
Opisano protokół przeprowadzania testów zginania trójpodporowego przy użyciu specjalnie skonstruowanego urządzenia do badań mechanicznych, które umożliwia pomiar sił w zakresie od 10-5 do 101 N oraz przemieszczeń w zakresie od 10-7 do 10-2 m. Rysunki techniczne komponentów urządzenia do badań mechanicznych, zawierające wszystkie wymiary, znajdują się w materiałach uzupełniających. Główną zaletą tego urządzenia jest możliwość łatwego dostosowania zakresów siły i przemieszczenia do różnych LBBSs. Zasada działania urządzenia jest podobna do zasady działania mikroskopu sił atomowych 9. W urządzeniu tym próbka jest umieszczana w poprzek szczeliny wyciętej w płycie ze stali nierdzewnej (patrz Rysunek 1A-C). Rozpiętość szczeliny, zmierzona na podstawie mikrografii optycznych, wynosi 1278 ± 3 µm (średnia ± odchylenie standardowe; n = 10). Krawędzie szczeliny podtrzymują próbkę podczas testu zginania (patrz Rysunek 1C oraz D). Stołik z próbką jest przymocowany do trójosiowego stołu translacyjnego i ustawiony pod aluminiowym klinem w taki sposób, aby klin znajdował się w połowie rozpiętości szczeliny (patrz Rysunek 1C). Poprzez przesuwanie stołu w kierunku <img alt="Równanie równowagi statycznej ΣFz=0; reprezentacja wzoru matematycznego, koncepcja fizyczna." src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"> (patrz Rysunek 1A oraz C), próbka jest dociskana do klina, co powoduje jej zgięcie.
Klin określamy mianem grotu punktu obciążenia (LPT), a element urządzenia zawierający klin jako punkt obciążenia (LP). LP jest przymocowany do końca wspornika, którego przemieszczenie jest mierzone przez światłowodowy czujnik przemieszczeń (FODS). FODS emituje światło podczerwone, które odbija się od lustra znajdującego się na górnej powierzchni LP (patrz Rysunek 1B) i jest odbierane przez światłowód w FODS. Jako lustro LP wykorzystuje się polerowany fragment płytki krzemowej o boku ≈5 mm, który jest przytwierdzony do LP za pomocą żywicy epoksydowej. FODS mierzy przemieszczenia poprzez porównywanie intensywności światła emitowanego i odbitego. Sztywność i przemieszczenie wspornika służą do obliczenia siły, <img alt="Schemat równowagi statycznej; równania ΣFx=0, ΣFy=0; analiza układu sił; bilans sił." src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 2">, działającej na klin w wyniku jego oddziaływania z próbką. Przemieszczenie wspornika jest również wykorzystywane do obliczenia przemieszczenia przekroju poprzecznego próbki pod klinem, <img alt="Równania równowagi statycznej, ΣFx=0, przedstawione na schemacie z wektorami sił i momentami." src="/files/ftp_upload/56571/56571eq3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 3">. Czujniki siły oparte na wspornikach były stosowane w wielu badaniach mechanicznych w mikro- i makroskali 10,11,12,13,14. Przedstawiona tutaj konkretna konstrukcja została zaadaptowana z urządzenia do badań mechanicznych stosowanego w eksperymentach dotyczących kontaktu adhezyjnego 14. Podobna konstrukcja została wykorzystana również w dostępnym komercyjnie mikrotrybometrze 15,16.
<img alt="Schemat układu mikroskopii sił atomowych przedstawiający wspornik, spikulę oraz stół do pomiaru siły." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Przegląd specjalnie skonstruowanego urządzenia do badań mechanicznych. (A) Rendering urządzenia wykonany w programie wspomaganego projektowania komputerowego. Elementy stołu są wyróżnione na zielono. Podzespół czujnika siły (wspornik, punkt obciążenia (LP)) jest wyróżniony na czerwono. (B) Powiększony widok (A). Lustro LP jest zaznaczone na niebiesko na górnej powierzchni LP pod FODS i jest opisane jako LPM. (C) Układ współrzędnych używany do opisu ruchu stołu translacyjnego. Poprzez wypoziomowanie stołu w kroku 1.9 protokołu, kierunek <img alt="Równanie równowagi statycznej ΣFz=0; reprezentacja formuły matematycznej, koncepcja fizyczna." src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"> zostaje dopasowany do wektora normalnego do powierzchni lustra LP. (D) Schemat konfiguracji zginania trójpunktowego pokazujący odkształcenie spikuli oraz zmierzone przemieszczenia <img alt="Formuła równowagi statycznej, \( w^{st} \), symbol dla analizy układu ciężarów, równania fizyczne." src="/files/ftp_upload/56571/56571eq49.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 49"> oraz <img alt="Formuła równowagi statycznej w^lt, wyświetlająca symbole w wykresie badania naukowego." src="/files/ftp_upload/56571/56571eq50.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 50">. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56571/56571fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
Możliwości urządzenia zostały zademonstrowane poprzez przeprowadzenie testów zginania trójpodporowego na elementach szkieletowych gąbki morskiej Euplectella aspergillum6,7. Szkielet tej gąbki stanowi zespół włókien, zwanych spikulami (patrz Rysunek 2A). Spikule mają grubość ≈50 µm i składają się głównie z krzemionki 6. Spikule oparte na biosilice występują u gąbek należących do klas Demospongiae, Homoscleromorpha i Hexactinellida. Gąbki, takie jak E. aspergillum, które należą do klasy Hexactinellida, są znane również jako „gąbki szklane”. Chociaż spikule gąbek szklanych składają się głównie z krzemionki, wykazano, że krzemionka ta często zawiera macierz organiczną składającą się z kolagenu 17,18 lub chityny 19,20,21. Macierz organiczna ta odgrywa istotną rolę w biomineralizacji krzemionki 18,20. Ponadto w niektórych spikulach macierz organiczna służy również jako matryca dla biomineralizacji wapnia 22. Oprócz rozmieszczenia wewnątrz krzemionki, macierz organiczna może również tworzyć wyraźne warstwy, które dzielą krzemionkę spikuli na koncentryczne, cylindryczne lamelki 6,23. Wykazano, że ta koncentryczna, lamelarna architektura może wpływać na zachowanie spikul podczas deformacji 6,7,8,24,25,26. W konsekwencji właściwości mechaniczne spikul są determinowane przez kombinację ich składu chemicznego (t.j. struktury chemicznej kompozytu krzemionkowo-białkowego) oraz ich architektury 27. Zarówno struktura chemiczna, jak i architektura spikul gąbek szklanych są nadal przedmiotem badań 24,28,29.
Większość spikuli u E. aspergillum jest ze sobą scementowana, tworząc sztywną klatkę szkieletową. Jednak u podstawy szkieletu znajduje się pęczek bardzo długich (≈10 cm) spikuli, znanych jako spikule kotwiczące (patrz Rysunek 2A). Opisujemy protokół przeprowadzania testów zginania trójpunktowego na małych fragmentach spikul kotwiczących.
W kroku 1 protokołu opisano procedurę montażu i wyrównania komponentów niestandardowego urządzenia do badań mechanicznych. Kroki 2 i 4 protokołu zawierają instrukcje dotyczące generowania danych kalibracyjnych wykorzystywanych do obliczania sił i przemieszczeń w teście zginania. Kroki podjęte w celu przygotowania fragmentu spikuli i jego zamocowania w uchwycie testowym opisano w kroku 3. Procedura przeprowadzania testu zginania fragmentu spikuli opisana jest w kroku 5. Na koniec, w sekcji Reprezentatywne wyniki, dane kalibracyjne uzyskane w krokach 2 i 4 są wykorzystywane wraz z danymi z testu zginania uzyskanymi w kroku 5 do obliczenia <img alt="Schemat równowagi statycznej; równania ΣFx=0, ΣFy=0; analiza ciała swobodnego; bilans sił." src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 2"> oraz <img alt="Równania równowagi statycznej, ΣFx=0, przedstawione na schemacie z wektorami sił i momentami." src="/files/ftp_upload/56571/56571eq3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 3">.
<img alt="Przygotowanie spikul gąbki morskiej; konfiguracja mikroskopowa; rozmieszczenie preparatu na szkiełku; analiza strukturalna." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Procedura sekcjonowania i inspekcji spikul E. aspergillum. (A) Szkielet E. aspergillum. U podstawy szkieletu widoczny jest pęczek wolnostojących spikul kotwicowatych. Pasek skali wynosi ~25 mm. (B) Pojedyncza spikula kotwicowata unieruchomiona na szkiełku mikroskopowym za pomocą pędzla z czerwonego kuna nr #00000 i sekcjonowana za pomocą żyletki. Pasek skali wynosi ~12 mm. (C) Przekrój spikuli E. aspergillum umieszczony w poprzek rowka na stole preparatowym. Krawędzie rowka i krawędź grzbietu rowka są wyróżnione odpowiednio kolorem turkusowym i pomarańczowym. Spikulę dociska się do grzbietu rowka, aby zapewnić, że jej oś jest prostopadła do krawędzi rowka. (D) Mikrografia spikuli, która przeszła procedurę inspekcji opisaną w kroku 3.4 protokołu, w którym wyjaśniono, jak określić, czy przekrój spikuli jest uszkodzony i powinien zostać odrzucony. (E) Mikrografia spikuli zawierającej wiele pęknięć i brakujące duże fragmenty warstw krzemionki, która nie przeszłaby procedury inspekcji opisanej w kroku 3.4 protokołu. Paski skali = 250 µm (C), 100 µm (D) oraz 100 µm (E). <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56571/56571fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>

<table><tbody><tr><td>Stół izolacyjny TMC 36" x 48" z płytką stykową CleanTop 4"</td><td>TMC</td><td>63-563</td><td>Stół izolacyjny</td></tr><tr><td>Różny regulator śrubowy</td><td>Thorlabs</td><td>DAS110</td><td>Do płyty poziomującej stolika</td></tr><tr><td>1" Głowica mikrometryczna podróżna z podziałką 0,001"</td><td>Thorlabs</td><td>150-801ME</td><td>Do płyty poziomującej stolik</td></tr><tr><td>Kątownik kątowy do stolików translacyjnych serii PT, 1/4"- 20 otworów montażowych</td><td>Thorlabs</td><td>PT102</td><td>Do montażu mikroskopu</td></tr><tr><td>1" Stolik translacyjny na jaskółczy ogon, 1/4"-20 kranów</td><td>Thorlabs</td><td>DT25</td><td>Do montażu mikroskopu</td></tr><tr><td>1" Stolik translacyjny ze śrubą regulacyjną 1/4"-170, gwintowniki 1/4"-20 Gwintowniki</td> Do <td></td><td>montażu mikroskopu</td><td></td></tr><tr><td>Długość 12", szyna optyczna na jaskółczy ogon</td><td>Edmund Optics</td><td>54-401</td><td>Do Uchwyt mikroskopowy</td></tr><tr><td>2.5" Szerokość, jaskółczy ogon Carrier</td><td>Edmund Optics</td><td>54-404</td><td>Do montażu mikroskopu</td></tr><tr><td>0.5" Szerokość, jaskółczy ogon</td><td>Carrier Edmund Optics</td><td>54-403</td><td>Do montażu mikroskopu</td></tr><tr><td>InfiniTube Montaż C-Clamp z &frac14;-20</td><td>Edmund Optics</td><td>57-788</td><td>Element mikroskopu</td></tr><tr><td>Standard (bez mocowania In-Line), InfiniTube</td><td>Edmund Optics</td><td>56-125</td><td>Komponent mikroskopu</td></tr><tr><td>Standardowa przystawka liniowa (zoptymalizowana przy 2X-10X), InfiniTube</td><td>Edmund Optics</td><td>56-126</td><td>Element mikroskopu</td></tr><tr><td>Adapter obiektywu Mitutoyo/Achrovid (M26 do M27)</td><td>Edmund Optics</td><td>53-787</td><td>Element mikroskopu</td></tr><tr><td>5X Infinity Achrovid Obiektyw</td><td>Edmund Optics</td><td>55-790</td><td>Element</td></tr> <tr><td>mikroskopu0,316" ID, adapter światłowodowy SX-6</td><td>Edmund Optics</td><td>38-944</td><td>Komponent mikroskopu</td></tr> <tr><td>i frac14; " x 36", elastyczny światłowód światłowodowy</td><td>Edmund Optics</td><td>42-347</td><td>Element mikroskopu</td></tr><tr><td>115V, Oświetlacz światłowodowy MI-150 z filtrem IR i uchwytem</td><td>Edmund Optics</td><td>55-718</td><td>Element mikroskopu</td></tr><tr><td>Allied Vision Manta G-223 2/3" Kolorowa kamera CMOS</td><td>Edmund Optics</td><td>88-452</td><td>Zasilacz do elementu mikroskopu</td></tr><tr><td>Manta/ Guppy Pro/ Stingray/ Pike</td><td>Edmund Optics</td><td>68-586</td><td>Komponent mikroskopu</td></tr><tr><td>1/4 "Przesuwny jednoosiowy stolik translacyjny</td><td>Thorlabs</td><td>MS1S</td><td>Mikrometr FODS</td></tr><tr><td>Analogowy czujnik przemieszczenia światłowodu zależny od odbicia Zasilacz</td><td>Philtec</td><td>D20</td><td>FODS</td></tr><tr><td>30V, 3A DC</td><td>Zasilacz Agilent</td><td>U8001A</td><td>do DAQ i FODS</td></tr><tr><td>14-bitowy, 48 kS / s Tani wielofunkcyjny DAQ</td><td>National Instrumenty</td><td>USB-6009</td><td>DAQ dla FODS</td></tr><tr><td>Trzyosiowy zmotoryzowany stolik translacyjny</td><td>Thorlabs</td><td>Thorlabs T25 XYZ-E/M</td><td>Etap translacji</td></tr><tr><td>T-Cube DC Servo Motor Controller</td><td>Thorlabs</td><td>TDC001</td><td>Sterownik silnika do stage</td></tr><tr><td>T-Cube Power Supply</td><td>Thorlabs</td><td>TPS001</td><td>Zasilacz do sterownika silnika</td></tr><tr><td>National Instruments LabVIEW (2013 SP1)</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Używane do uruchamiania oprogramowania</td></tr><tr><td>National Instruments LabVIEW Vision Acquisition Software (2016)</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Używane do uruchamiania oprogramowania</td></tr><tr><td>Nikon Eclipse Ci-POL Main Body</td><td>MVI</td><td>MDA96000</td><td>Mikroskop światła spolaryzowanego</td></tr><tr><td>Nikon Pi Rurka pośrednia z suwakiem analizatora</td><td>MVI</td><td>MDB45305</td><td>Mikroskop</td></tr> <tr><td>światła spolaryzowanegoNikon Dia-Polarizer</td><td>MVI</td><td>MDN11920</td><td>Mikroskop światła spolaryzowanego</td></tr><tr><td>Przewód zasilający - 7'6"</td><td>MVI</td><td>79035</td><td>Mikroskop światła spolaryzowanego</td></tr><tr><td>Nikon P-AMH Stopień mechaniczny</td><td>MVI</td><td>MDC45000</td><td>Mikroskop światła spolaryzowanego</td></tr><tr><td>Nikon Lwd Achromat kondensor</td><td>MVI</td><td>MBL16100</td><td>Mikroskop światła spolaryzowanego</td></tr><tr><td>Nikon LV-NBD5BD-CH Ręczny nosek Quint ESD</td><td>MVI</td><td>MBP60125</td><td>Mikroskop światła spolaryzowanego</td></tr><tr><td>Nikon C-TF Tubus trójokularowy F</td><td>MVI</td><td>MBB93100</td><td>Mikroskop światła spolaryzowanego</td></tr><tr><td>Nikon CFI 10X Okular FN 22mm NC</td><td>MVI</td><td>MAK10110</td><td>Mikroskop światła spolaryzowanego</td></tr><tr><td>Nikon TU Plan Flour BD 10x Obiektyw</td><td>MVI</td><td>MUE42100</td><td>Mikroskop światła spolaryzowanego</td></tr><tr><td>Gąbka Venus Flower Basket</td> Denis <td>Brand</td><td>Nie dotyczy</td><td>szkieletu gąbki</td></tr><tr><td>3,5X Lupa z pałąkiem</td><td>McMaster Carr</td><td>1490T5</td><td>Służy do cięcia kolców</td></tr> <tr><td>i Oslash; Wafel krzemowy 1" typu P / < 100></td><td>Ted Pella</td><td>16011</td><td>Używany do lustra punktu obciążenia</td></tr><tr><td>Wacik bawełniany o niskiej kłaczkach ze zwężającą się końcówką</td><td>McMaster Carr</td><td>71035T31</td><td>Używany do czyszczenia lustra LP</td></tr><tr><td>Nóż precyzyjny z gumową rękojeścią</td><td>McMaster Carr</td><td>35575A68</td><td>Używany do cięcia spikul</td></tr><tr><td>Szkiełka mikroskopowe, matowy koniec, 75 x 25 x 1mm</td><td>Ted Pella</td><td>260409</td><td>Służy do cięcia iglic</td></tr><tr><td>Szczotki sobolowe, #00000, 0.08mm szer. x 4.0mm dł</td>. <td>Ted Pella</td><td>11806</td><td>Służy do przenoszenia spikul</td></tr><tr><td>Pęseta PELCO Pro o wysokiej precyzji, bardzo cienkie końcówki, doskonałe wykończenie</td><td>Ted Pella</td><td>5367-5NM</td><td>Służy do przenoszenia kolców</td></tr><tr><td>Dwuosiowy mikrometr liniowy</td><td>Edmund Optics</td><td>58-608</td><td>Służy do kalibracji mikroskopów</td></tr><tr><td>FLEX-A-TOP FT-38 CAS</td><td>ESD Pojemniki plastikowe</td><td>FT-38-CAS</td><td>Służy do przechowywania spikul</td></tr><tr><td>Plastikowa fiolka Bullseye Poziomica</td><td>McMaster Carr</td><td>2147A11</td><td>Służy do poziomowania stolika</td></tr><tr><td>Waga analityczna</td><td>Mettler Toledo</td><td>MS105DU</td><td>Służy do wzorcowania masy</td></tr></tbody></table>

system do badania zginania w skali milimetrowej do pomiaru właściwości mechanicznych iglic z gąbek morskich

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

Wiele nośnych struktur biologicznych (LBBS) - takich jak pióra, rycze i kolce - są małe (<1 mm), ale nie mikroskopijne. Pomiar zachowania tych LBBS przy zginaniu jest ważny dla zrozumienia pochodzenia ich niezwykłych funkcji mechanicznych.
Opisujemy protokół przeprowadzania trzypunktowych testów zginania za pomocą specjalnie skonstruowanego mechanicznego urządzenia testującego, które może mierzyć siły w zakresie od 10-5 do 101 N i przemieszczenia w zakresie od 10-7 do 10-2 m. Główną zaletą tego mechanicznego urządzenia testującego jest to, że siłę i przemieszczenie można łatwo dostosować do różnych LBBS. Zasada działania urządzenia jest podobna do działania mikroskopu sił atomowych. Mianowicie, siła jest przykładana do LBBS przez punkt obciążenia, który jest przymocowany do końca wspornika. Przemieszczenie w punkcie obciążenia jest mierzone przez światłowodowy czujnik przemieszczenia i przekształcane w siłę za pomocą zmierzonej sztywności wspornika. Zakres siły urządzenia można regulować za pomocą wsporników o różnych sztywnościach.
Możliwości urządzenia są demonstrowane poprzez przeprowadzanie trzypunktowych testów zginania na elementach szkieletu gąbki morskiej Euplectella aspergillum. Elementy szkieletowe - znane jako kolce - to włókna krzemionkowe o średnicy około 50 μm. Opisujemy procedury kalibracji mechanicznego urządzenia wytrzymałościowego, montażu iglic na trzypunktowym uchwycie do gięcia o rozpiętości ≈1,3 mm oraz wykonania próby zginania. Mierzona jest siła przyłożona do iglicy i jej ugięcie w miejscu przyłożonej siły.

Podstawowymi wynikami każdego testu mechanicznego są wartość siły przyłożonej do próbki oraz przemieszczenie w miejscu przyłożenia tej siły. W przypadku testu zginania trójpunktowego celem jest uzyskanie wartości siły przyłożonej przez LPT, <img alt="Równowaga statyczna, ΣFx=0, ΣFy=0, diagram sił, edukacyjny koncept fizyczny, analiza wektorowa" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 13">, oraz przemieszczenia przekroju poprzecznego...

Przedstawiamy protokół do przeprowadzania trzypunktowych testów zginania na włóknach w skali submilimetrowej za pomocą specjalnie skonstruowanego urządzenia do testowania mechanicznego. Urządzenie może mierzyć siły w zakresie od 20 μN do 10 N, dzięki czemu może dostosować się do różnych rozmiarów włókien.

System do badania zginania w skali milimetrowej do pomiaru właściwości mechanicznych iglic z gąbek morskich

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

Ogólnym celem tego eksperymentu jest zmierzenie zachowania włókien o średnicy od 10 do 100 mikrometrów. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące mechanicznego zachowania struktur biologicznych, takich jak wytrzymałość i sztywność iglic gąbek morskich. Główną zaletą tej techniki jest to, że można ją wykorzystać do pomiaru zachowania mechanicznego szerokiej gamy materiałów o różnych rozmiarach i właściwościach elastycznych.Chociaż metoda ta może dostarczyć informacji na temat mechanicznego zachowania kolców, można ją również zastosować do innych nośnych struktur biologicznych, takich jak łodygi roślin i osadki piór. Aby rozpocząć, przymocuj punkt obciążenia do wspornika za pomocą z gniazdowym nr 4-40. Uważaj, aby nie zdeformować plastycznie ramion wspornikowych podczas mocowania punktu obciążenia.Następnie umieść końcówkę punktu obciążenia z dala od płyty wspornikowej i luźno przymocuj wspornik do płyty za pomocą z gniazdowym o numerze 6-32. Następnie włóż kołki wyrównujące 1/8 cala przez wspornik i płytę, dokręć, a następnie wyjmij kołki wyrównujące. Cofnij światłowodowy czujnik przemieszczenia tak bardzo, jak to możliwe, obracając mikrometr czujnika w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.Następnie luźno przymocuj płytę wspornikową do ramy za pomocą z walcowym o numerze 6-32 z końcówką punktu obciążenia skierowaną w ujemnym kierunku z. Ponownie włóż kołki wyrównujące 1/8 cala, tym razem przez ramę i płytę wspornikową, dokręć, a następnie wyjmij kołki wyrównujące. Teraz umieść stolik na płycie podstawy stolika tak, aby końcówki głowic mikrometrycznych na płycie poziomującej spoczywały we wgłębieniach płyty podstawy stolika.Umieść poziomicę na stole izolacyjnym i wyreguluj ciśnienie w każdej z nóg stołu, obracając radełkowane ramienia zaworu tak, aby powierzchnia była równa. Przesuń poziomicę na górę płytki wyrównującej stage i wyreguluj mikrometr tak, aby był również wypoziomowany. Zwróć uwagę na pozycje mikrometru i wyjmij stolik z płyty podstawy stage.Użyj pęsety, aby chwycić jedną iglicę kotwiczną za jej dystalny koniec i pociągnij, aby usunąć ją ze szkieletu. Umieść spikulę na czystym szkiełku mikroskopowym. Używając pięciokrotnej czerwonej szczotki sobolowej w rozmiarze zero, przyłóż spikulę do szkiełka.Wytnij czteromilimetrowy odcinek szpilki, dociskając żyletkę do igły po obu stronach szczotki, prostopadle do powierzchni szkiełka. Następnie odrzuć dystalną i proksymalną część iglicy i utrzymuj czteromilimetrowy przekrój odcięty od punktu środkowego. Przenieść przekrój spikuli do etapu pobierania próbek.Umieść go w poprzek wykopu z żądaną rozpiętością do próby zginania i delikatnie popchnij go w dodatnim kierunku y do grzbietu rowu, aby upewnić się, że iglica jest prostopadła do krawędzi rowu. Umieść stolik na płycie podstawy stolika tak, aby końcówki wrzecion mikrometru spoczywały we wgłębieniach podstawy stolika. W razie potrzeby wyreguluj mikrometry na płycie poziomującej stolika.Otwórz program do testu zginania znajdujący się w pliku kodu uzupełniającego i ustaw rozmiar kroku na dwa mikrometry, maksymalne przemieszczenie na 0,5 milimetra, zatrzymanie niskiego napięcia na 1,5 V i zatrzymanie wysokiego napięcia na 4,6 wolta, korzystając z pól tekstowych pokazanych w interfejsie użytkownika. Wybierz żądany obraz, katalogi danych i nazwę pliku wyjściowego, korzystając z pól tekstowych w interfejsie użytkownika. Następnie ustaw przełącznik Zapisz obrazy w interfejsie użytkownika w dolnej pozycji i kliknij zielony prostokątny przycisk poniżej słów Różnica napięć, aby się zaświecił.Teraz uruchom program Test zginania i poczekaj na zainicjowanie interfejsu sterownika silnika i kamery. Włącz oświetlacz i dostosuj jasność tak, aby końcówka punktu obciążenia była widoczna. Następnie obróć mikrometr światłowodowego czujnika przemieszczenia zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż napięcie wyjściowe wyświetlane na wykresie interfejsu użytkownika wyniesie około 1,7 wolta.Teraz użyj suwaka potencjometru na sterowniku silnika osi z, aby przesunąć stolik w dodatnim kierunku z, aż znajdzie się około jednego centymetra poniżej końcówki punktu obciążenia, a następnie ustaw pozycję początkową osi z, klikając przycisk Home. Użyj suwaków potencjometru na sterownikach silników osi x i y, aby ustawić końcówkę punktu obciążenia nad środkiem cienkiej taśmy stalowej znajdującej się na stoliku próbki w ujemnym kierunku x od wykopu. Następnie użyj suwaka potencjometru na sterowniku silnika osi z, aby przesunąć stolik w dodatnim kierunku z, aż stolik znajdzie się w polu widzenia mikroskopu.Kliknij przycisk oznaczony Rozpocznij test, a po wyświetleniu monitu wprowadź wartości 0.003 V i 0.001 milimetra odpowiednio dla czułości na dotyk i rozmiaru kroku dotknięcia. Kliknij przycisk OK i poczekaj kilka minut na zakończenie kalibracji. Otwórz i uruchom program Basic Data znajdujący się w pliku kodu uzupełniającego i obróć mikrometr czujnika przemieszczenia światłowodu w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aż napięcie wyjściowe wyświetlane na wykresie interfejsu użytkownika wyniesie około trzech woltów.Następnie użyj suwaka potencjometru na sterowniku silnika osi x, aby umieścić końcówkę punktu obciążenia między krawędziami wykopu nad wypiczem. Użyj również suwaka potencjometru na sterowniku silnika osi z, aby przesunąć stolik w dodatnim kierunku z, aż końcówka punktu obciążenia znajdzie się poniżej górnej powierzchni grzbietu rowu. Na koniec użyj suwaka potencjometru na sterowniku silnika osi y, aby ustawić ostrość na przedniej powierzchni grzbietu rowu, tak aby cała szerokość końcówki punktu obciążenia znajdowała się między krawędziami grzbietu rowu.Następnie zatrzymaj program Basic Data, klikając przycisk Zatrzymaj. Następnie otwórz i uruchom program Center Load Point, jak znajduje się w pliku kodu uzupełniającego. Użyj sterownika silnika osi x, aby przesunąć stolik do momentu, gdy końcówka punktu obciążenia prawie zetknie się z prawą krawędzią rowu.Następnie kliknij przycisk Znajdź krawędź. Po wyświetleniu monitu użyj sterownika silnika osi x, aby przesunąć stolik, aż końcówka punktu obciążenia prawie zetknie się z lewą krawędzią rowu. W tym momencie ponownie kliknij przycisk Znajdź krawędź i poczekaj, aż program umieści końcówkę punktu obciążenia w połowie przęsła wykopu.Następnie otwórz program Test zginania. Ustaw rozmiar kroku na dwa mikrometry, maksymalne przemieszczenie na 0,5 milimetra, zatrzymanie niskiego napięcia na 1,5 V i zatrzymanie wysokiego napięcia na 4,5 V za pomocą pól tekstowych w interfejsie użytkownika. Dodatkowo wybierz żądane katalogi obrazów i danych oraz nazwę pliku wyjściowego, korzystając z pól tekstowych w interfejsie użytkownika.Ustaw przełącznik Zapisz obrazy w interfejsie użytkownika w pozycji górnej i kliknij zielony prostokątny przycisk poniżej słów Różnica napięć, aby nie świecił. Następnie uruchom program Test zginania i poczekaj na zainicjowanie interfejsów sterownika silnika i kamery. Po zainicjowaniu przesuń stolik w dodatnim kierunku z, używając suwaka potencjometru na sterowniku silnika, aż iglica znajdzie się w polu widzenia mikroskopu.Następnie użyj suwaka potencjometru na sterowniku silnika osi y, aby przesunąć stolik, aż iglica znajdzie się pod końcówką punktu obciążenia. Następnie wyreguluj pokrętło ostrości mikroskopu tak, aby spikula była ostra w interfejsie użytkownika. Następnie obróć mikrometr światłowodowego czujnika przemieszczenia w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aż napięcie wyjściowe wyniesie około 1,8 wolta.Po ustawieniu kliknij Rozpocznij test i poczekaj, aż test zginania zostanie zakończony i stage powróci do pozycji początkowej osi z. Przemieszczenie iglicy w kierunku z i siłę przyłożoną przez końcówkę punktu obciążenia można obliczyć za pomocą pliku interpolacji napięcie-przemieszczenie, pliku kalibracji siły oraz pliku próby zginania uzyskanego z trzypunktowej próby zginania. Plik interpolacji napięcia i przemieszczenia służy do pomiaru przemieszczenia wspornika podczas próby zginania.Aby oszacować sztywność wspornika, stosuje się kalibrację siły, która jest następnie wykorzystywana do powiązania przemieszczenia wspornika z siłą przyłożoną przez końcówkę punktu obciążenia. Podsumowując, można je wykorzystać do stworzenia reakcji na przemieszczenie siły. Pokazane tutaj są trzy różne iglice kotwiące E.aspergillum z udanych testów zginania trzypunktowego.Po opanowaniu próbę zginania można przeprowadzić za pomocą tego urządzenia w ciągu około 10 do 15 minut. Najważniejszym aspektem tej procedury jest upewnienie się, że iglica jest prawidłowo osadzona na scenie i aby jej oś była prostopadła do krawędzi wykopu. Trzypunktowe testy zginania stanowią stosunkowo prosty sposób dla naukowców badających nośne struktury biologiczne na uzyskanie wglądu w ich mechaniczne zachowanie.Po teście zginania można wykorzystać teorie belki do obliczenia modułu Younga i wytrzymałości na pękanie na podstawie danych o przemieszczeniu siły.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Omówiono metodę, za pomocą której mechaniczne zachowanie in vivo materiałów reagujących na bodźce jest monitorowane w funkcji czasu. Próbki są badane ex vivo przy użyciu testera mikrorozciągania z kontrolą środowiska w celu symulacji środowiska fizjologicznego. Praca ta dodatkowo przyczynia się do zrozumienia zachowania naszego materiału in vivo.

Kontrolowane środowiskowo badania mikrorozciągalności mechanicznie adaptacyjnych nanokompozytów polimerowych do charakterystyki ex vivo

Opisano metodę pomiaru trwałości lub sztywności zginania biopolimerów.  Metoda wykorzystuje test ślizgowy mikrotubul napędzany kinezyną do eksperymentalnego określenia długości trwałości poszczególnych mikrotubul i można ją dostosować do testów ślizgowych opartych na aktynie.

Pomiary sztywności na zginanie biopolimerów za pomocą testów ślizgowych

Prezentujemy w tym artykule nowatorską platformę rozciągającą, która może być wykorzystana do badania reakcji pojedynczych komórek na złożone anizotropowe dwuosiowe deformacje mechaniczne i ilościowego określania właściwości mechanicznych tkanek biologicznych.

Nowatorska platforma do rozciągania do zastosowań w mechanobiologii komórek i tkanek

Ten artykuł przedstawia metody używane do badania przestrzennie skorelowanych właściwości chemicznych, strukturalnych i mechanicznych wielowarstwowej skali szpatułki Atractosteus (A. szpatułka) za pomocą nanowgłębienia, spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i rentgenowskiej tomografii komputerowej (X-ray CT). Wyniki eksperymentów wykorzystano do zbadania zasad projektowania ochronnych materiałów biologicznych.

Charakterystyka wielowarstwowych łusek ryb (szpatułka Atractosteus) za pomocą nanoindentacji, rentgenowskiej tomografii komputerowej, FTIR i SEM

Trwałość polimerów i kompozytów polimerowych wzmocnionych włóknami w eksploatacji jest krytycznym aspektem dla ich projektowania i konserwacji w oparciu o stan. Przedstawiamy nowatorską, niskokosztową platformę do badań laboratoryjnych do badania wpływu jednoczesnych obciążeń mechanicznych i środowiskowych, która może pomóc w projektowaniu bardziej wydajnych, a jednocześnie bezpieczniejszych struktur kompozytowych.

Platforma testowa do badań trwałości polimerów i kompozytów polimerowych wzmacnianych włóknami w warunkach jednoczesnych bodźców higrotermomechanicznych

Substraty o sztywności w zakresie kilopaskali są przydatne do badania reakcji komórek na fizjologicznie istotną sztywność mikrośrodowiska. Za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego o szerokim polu widzenia można określić moduł Younga miękkich żeli silikonowych za pomocą wgłębienia z odpowiednią kulą.

Pomiar sztywności miękkich podłoży silikonowych do badań mechanobiologicznych przy użyciu szerokokątnego mikroskopu fluorescencyjnego

Celem badania było opracowanie protokołów do przygotowania spójnych próbek do dokładnych testów mechanicznych elastycznych jednokierunkowych laminatów kompozytowych na bazie aramidu o wysokiej wytrzymałości lub polietylenu o ultra wysokiej masie molowej oraz opisanie protokołów przeprowadzania sztucznego starzenia na tych materiałach.

Procedury cięcia, próby rozciągania i starzenia elastycznych jednokierunkowych laminatów kompozytowych

Opracowaliśmy proces mechano-obrazowania do badania heterogenicznych strukturalnych i mechanicznych właściwości blaszek miażdżycowych. Rurociąg ten umożliwia korelację lokalnego dominującego kąta i dyspersji orientacji włókien kolagenowych, zachowania podczas pękania i odcisków palców naprężeń włóknistej tkanki płytki nazębnej.

Metoda badania korelacji między lokalną strukturą kolagenu a właściwościami mechanicznymi tkanki włóknistej blaszki miażdżycowej

Ten artykuł opisuje proces produkcji laminatów kompozytowych z matrycą polimerową wzmocnioną włóknami, uzyskanych metodą mokrego ręcznego układania/worka próżniowego.

Pomiar właściwości mechanicznych polimerowych laminatów kompozytowych wzmocnionych włóknem szklanym otrzymanych w różnych procesach produkcyjnych

Protokół ten przedstawia konfigurację urządzenia do testów ściskania zdolnego do precyzyjnego pomiaru właściwości mechanicznych mikrostruktur w obszarze małych odkształceń, wraz z systematyczną metodą testów ściskania z użyciem tego urządzenia. Proponowane urządzenie może być wykorzystywane do analizy różnych mikrostruktur oraz zachowania mechanicznego materiałów na bazie polimerów.

Pomiar odpowiedzi na naprężenie ściskające-odkształcenie przy małych odkształceniach

Poznaj metodę trójpunktowego zginania do pomiaru właściwości mechanicznych włókien biologicznych, w tym iglic z gąbek morskich. Niestandardowe urządzenie testujące mierzy siły od 20 µN do 10 N.

System do badania zginania w skali milimetrowej do pomiaru właściwości mechanicznych iglic z gąbek morskich

Przeglądaj więcej filmów