Wykonywanie testów cięcia w kształcie litery Y montowanych pod mikroskopem

Skrawanie w kształcie litery Y mierzy energię uszkodzenia i krytyczną skalę ogniw tworzenia powierzchni w miękkich ciałach stałych. Włączenie tej techniki do mikroskopu ułatwia rozwikłanie mechanizmów mikrostrukturalnych, które rządzą tymi wielkościami. W przeciwieństwie do dużego pęknięcia typowego dla obciążenia przedniego koła, protokół ten wykorzystuje lokalizację rozciągania wywołaną przez płytę w celu zmniejszenia pola widzenia potrzebnego do zobrazowania procesu uszkodzenia wnętrza.

Podejście to może dostarczyć informacji na temat uszkodzeń miękkich materiałów syntetycznych i biologicznych tkanek miękkich. Aby rozpocząć, zastąp oryginalny uchwyt szkiełkowy montowany na stoliku niestandardowym uchwytem na próbkę i przymocuj zespół do mikroskopu. Ustaw kąt kubka, poluzowując skrzydełkową regulacji kąta, a następnie przesuwając suwak liniowy.

Ustaw kąt po zmierzeniu go kątomierzem i dokręć skrzydełkową regulacji kąta. Kąt między nogą a theta w płaszczyźnie środkowej próbki można regulować w zakresie od 8 do 45 stopni. Ustaw dwa pionowe koła pasowe za aparatem.

Przygotuj cienką prostokątną próbkę polidimetylosiloksanu lub PDMS, wycinając ją z większego arkusza lub używając formy o odpowiednich wymiarach. Wymiary mogą się różnić, ale na początek zaleca się szerokość 1 1/2 centymetra lub mniej dla próbki o grubości trzech milimetrów lub mniejszej. Użyj żyletki, aby przeciąć próbkę trzy centymetry wzdłuż linii środkowej, aby utworzyć próbkę w kształcie litery Y.

To połączenie może się różnić, ale nogi powinny być wystarczająco długie, aby pomieścić wypustki, a jednocześnie wystarczająco krótkie, aby pozostawić nieoszlifowaną próbkę do pomiaru. Za pomocą markera lub tuszu umieść dwa znaki wyśrodkowane i oddalone od siebie o około jeden centymetr na każdej z cienkich nóg i korpusie próbki, aby zmierzyć zastosowane rozciągnięcie w każdej z trzech nóg próbki pod obciążeniem. Użyj kleju cyjanoakrylowego, aby przymocować wydrukowaną w 3D lub wyciętą laserowo zakładkę na końcu każdej nogi.

Zmierz i odetnij dwa odcinki cienkiej żyłki. Około 30 centymetrów linki jest potrzebne do wewnętrznego poprowadzenia przez mechanizm do zewnętrznego zestawu kół pasowych. Przymocuj pięciogramowe płytki wagowe do końca linii przechodzących przez zewnętrzne koła pasowe i przywiąż drugi koniec do wypustki na każdej nodze.

Zacisnąć podstawę próbki za pomocą skrzydełkowej uchwytu próbki i poprowadzić linię dla każdej nogi przez każdą stronę układu kół pasowych. Zrób zdjęcie próbki od góry, gdy próbka jest pod znikomą wagą, trzymając kamerę przy spodniej części mechanizmu regulacji kąta. Upewnij się, że kamera jest równoległa do płaszczyzny próbki, aby zminimalizować efekty nieprawidłowego kąta.

Dodaj żądaną wagę napięcia wstępnego 75 gramów na oba końce żyłki w pobliżu zewnętrznych kół pasowych. Zwiększ tę ilość do 150 gramów lub zmniejsz ją do 50 gramów, aby w razie potrzeby zmienić wkład rozdarcia dla tej kombinacji materiału i geometrii próbki. Wyrównaj żyłkę z najniższego koła pasowego z płaszczyzną Z odcinków próbki za pomocą elementu Z trójstronnego stopnia mikroregulacji.

Wykonać drugie zdjęcie próbki po dodaniu masy. W przybliżeniu ustaw przewidywaną końcówkę ostrza blisko pola widzenia obiektywu. Umieść żyletkę w odpowiednim zacisku ostrza i zabezpiecz ostrze na miejscu za pomocą dociskowej.

Wsuń tę przyciętą żyletkę do uchwytu zacisku ostrza przymocowanego do ogniwa obciążnikowego. Wybierz obiektyw mikroskopowy 2,5x lub nawet 20x, jeśli pożądane są bliższe obrazy, i użyj ustawienia światła przechodzącego, w razie potrzeby zwiększając światło za próbką. Po założeniu ostrza ustaw ostrość mikroskopu na najbliższej powierzchni ostrza, korzystając z systemu regulacji pionowej, jeśli to konieczne, aby ustawić końcówkę na odpowiednią odległość roboczą dla obiektywu.

Ostrożnie ustaw żyletkę w polu widzenia mikroskopu, używając tylko kierunków X i Y trójstronnej mikroregulacji stage. Skoncentruj mikroskop na próbce i wyrównaj końcówkę pęknięcia z żyletką, przesuwając stolik X/Y mikroskopu. Gwarantuje to, że płaszczyzna środkowa próbki jest wyrównana z płaszczyzną środkową mechanizmu regulacji kąta.

Otwórz kod używany do pobierania danych z czujnika wagowego i rozpocznij rejestrowanie danych ogniwa obciążnikowego, klikając przycisk Rozpocznij nagrywanie. Przełóż próbkę w kierunku żyletki na jeden centymetr lub więcej ze stałą prędkością, korzystając z kontroli stolika mikroskopu. Jednoczesne gromadzenie obrazów za pomocą interfejsu obrazowania mikroskopu.

Gdy stolik mikroskopu X/Y zatrzyma się, kliknij przycisk Zatrzymaj nagrywanie, aby zatrzymać rejestrowanie danych i automatycznie zapisać plik tekstowy z obciążeniem i czasem reakcji. Krzywa siły i czasu dla polidimetylosiloksanu przy użyciu ultra ostrego ostrza jest pokazana tutaj. Obszary obciążenia sprężystego, inicjacji cięcia, cięcia w stanie ustalonym i odciążania krzywej są oznaczone na wykresie.

Dane te ilustrują dużą siłę początkową, która jest zwykle wymagana do zainicjowania cięcia, po której następuje stała siła, wskazująca na cięcie w stanie ustalonym. Siła skrawania to maksymalna wartość siły w tym reżimie stanu ustalonego. Pokazane tutaj czerwone okręgi odpowiadają konkretnym obrazom uzyskanym przez mikroskop.

Dodano żółte kółko, aby ułatwić obserwację ruchu wzoru plamkowego, a liczby te wskazują znaczniki czasu i sekundy obrazu. Zmierzona siła skrawania w stanie ustalonym w połączeniu z eksperymentalnymi parametrami testowymi, takimi jak kąt ramienia theta, grubość próbki T, napięcie wstępne f wstępnej i promień ostrza, daje energię skrawania w stanie ustalonym zgodnie z przedstawionym równaniem. W tym przypadku udało nam się odtworzyć energię skrawania opisaną wcześniej w literaturze dla tych warunków.

Wprowadzając cięcie w kształcie litery Y do mikroskopu, umożliwiamy ilościowe określenie wpływu mikrostruktury na uszkodzenie tkanek miękkich i miękkich za pomocą sond fluorescencyjnych, autofluorescencji i technik natężenia pełnego pola.