Um milímetro escala Flexural sistema de testes para medir as propriedades mecânicas de espículas de esponja marinha

O objetivo geral deste experimento é medir o comportamento flexural de fibras cujos diâmetros estão entre 10 e 100 micrômetros. Este método pode ajudar a responder a questões-chave sobre o comportamento mecânico de estruturas biológicas, como as propriedades de resistência e rigidez das espículas de esponjas marinhas. A principal vantagem dessa técnica é que ela pode ser usada para medir o comportamento mecânico de uma ampla variedade de materiais com diferentes tamanhos e propriedades elásticas.

Embora esse método possa fornecer informações sobre o comportamento mecânico das espículas, ele também pode ser aplicado a outras estruturas biológicas de suporte de carga, como caules de plantas e ráquis de penas. Para começar, fixe o ponto de carga ao cantilever, usando os parafusos de cabeça cilíndrica número 4-40. Tenha cuidado para não deformar plasticamente os braços cantilever ao fixar o ponto de carga.

Em seguida, posicione a ponta do ponto de carga longe da placa cantilever e prenda frouxamente o cantilever à placa, usando parafusos de cabeça cilíndrica número 6-32. Em seguida, insira os pinos de alinhamento de 1/8 de polegada através do cantilever e da placa, aperte os parafusos e remova os pinos de alinhamento. Retraia o sensor de deslocamento de fibra óptica o máximo possível girando o micrômetro do sensor no sentido anti-horário.

Em seguida, prenda frouxamente a placa cantilever à estrutura, usando os parafusos de cabeça cilíndrica número 6-32 com a ponta do ponto de carga apontando na direção z negativa. Novamente, insira os pinos de alinhamento de 1/8 de polegada, desta vez através da estrutura e da placa cantilever, aperte os parafusos e remova os pinos de alinhamento. Agora, coloque o stage na placa de base do stage de modo que as pontas das cabeças do micrômetro na placa de nivelamento fiquem na placa de base do stage divots.

Coloque um nível de bolha na mesa de isolamento e ajuste a pressão em cada uma das pernas da mesa girando os parafusos de aperto manual do braço da válvula para que a superfície fique nivelada. Mova o nível da bolha para o topo da placa de nivelamento do palco e ajuste o micrômetro para que também fique nivelado. Observe as posições do micrômetro e remova a platina da placa de base da platina.

Use uma pinça para segurar uma espícula de âncora por sua extremidade distal e puxe para removê-la do esqueleto. Coloque a espícula em uma lâmina de microscópio limpa. Usando um pincel de zibelina vermelha quíntuplo de tamanho zero, segure a espícula contra o slide.

Corte uma seção de quatro milímetros da espícula empurrando uma lâmina de barbear contra a espícula em ambos os lados da escova, perpendicular à superfície da corrediça. Em seguida, descarte as seções da espícula distal e proximal e mantenha a seção de quatro milímetros cortada a partir do ponto médio. Transfira a seção da espícula para o estágio de amostra.

Posicione-o na vala com o vão desejado para o teste de flexão e empurre-o suavemente na direção y positiva contra a crista da vala para garantir que a espícula esteja perpendicular às bordas da vala. Assente o stage na placa de base do stage de modo que as pontas dos fusos do micrômetro fiquem nos divots da placa de base do stage. Se necessário, ajuste os micrômetros na placa de nivelamento do palco.

Abra o programa Teste de flexão encontrado no arquivo de código suplementar e defina o Tamanho do passo para dois micrômetros, o Deslocamento máximo para 0,5 milímetros, a Parada de baixa tensão para 1,5 volts e a Parada de alta tensão para 4,6 volts, usando as caixas de texto mostradas na interface do usuário. Selecione a imagem desejada, os diretórios de dados e o nome do arquivo de saída, usando as caixas de texto na interface do usuário. Em seguida, coloque a chave Salvar imagens na interface do usuário para a posição para baixo e clique no botão retangular verde abaixo das palavras Voltage Diferença para que fique iluminado.

Agora, execute o programa Teste de flexão e aguarde a inicialização do controlador do motor e da câmera. Ligue o iluminador e ajuste o brilho para que a ponta do ponto de carga fique visível. Em seguida, gire o micrômetro do sensor de deslocamento de fibra óptica no sentido horário até que o volume de saídatage exibido no gráfico da interface do usuário é de cerca de 1.7 volts.

Agora, use o controle deslizante do potenciômetro no controlador do motor do eixo z para mover o stage na direção z positiva até que esteja cerca de um centímetro abaixo da ponta do ponto de carga e defina a posição inicial do eixo z clicando no botão Home. Use os controles deslizantes do potenciômetro nos controladores do motor dos eixos x e y para posicionar a ponta do ponto de carga sobre o centro da tira de aço fina localizada no estágio de amostra na direção x negativa da vala. Em seguida, use o controle deslizante do potenciômetro no controlador do motor do eixo z para mover o estágio na direção z positiva até que o estágio esteja dentro do campo de visão do microscópio.

Clique no botão Iniciar teste e, quando solicitado, insira valores de 0,003 volts e 0,001 milímetros para sensibilidade ao toque e tamanho do passo de toque, respectivamente. Clique em OK e aguarde alguns minutos para que a etapa de calibração seja concluída. Abra e execute o programa de Dados Básicos encontrado no código suplementar file e gire o micrômetro do sensor de deslocamento de fibra óptica no sentido anti-horário até que a tensão de saída exibida no gráfico da interface do usuário seja de aproximadamente três volts.

Em seguida, use o controle deslizante do potenciômetro no controlador do motor do eixo x para posicionar a ponta do ponto de carga entre as bordas da vala acima da espícula. Além disso, use o controle deslizante do potenciômetro no controlador do motor do eixo z para mover o estágio na direção z positiva até que a ponta do ponto de carga esteja abaixo da superfície superior da crista da vala. Por fim, use o controle deslizante do potenciômetro no controlador do motor do eixo y para focar a superfície frontal da crista da vala de modo que a largura total da ponta do ponto de carga fique entre as bordas da crista da vala.

Em seguida, pare o programa Dados básicos clicando no botão Parar. Em seguida, abra e execute o programa Center Load Point, conforme encontrado no arquivo de código suplementar. Use o controlador do motor do eixo x para mover a platina até que a ponta do ponto de carga esteja quase em contato com a borda direita da vala.

Em seguida, clique no botão Localizar borda. Quando solicitado, use o controlador do motor do eixo x para mover o estágio até que a ponta do ponto de carga esteja quase em contato com a borda esquerda da vala. Neste ponto, clique no botão Localizar aresta novamente e aguarde que o programa posicione a ponta do ponto de carga no meio do vão da vala.

Em seguida, abra o programa Teste de dobra. Defina o Tamanho do Passo para dois micrômetros, Deslocamento Máximo para 0,5 milímetros, Parada de Baixa Tensão para 1,5 volts e Parada de Alta Tensão para 4,5 volts usando as caixas de texto na interface do usuário. Além disso, selecione os diretórios de imagem e dados desejados e o nome do arquivo de saída, usando as caixas de texto na interface do usuário.

Coloque a chave Salvar imagens na interface do usuário para a posição para cima e clique no botão retangular verde abaixo das palavras Voltage Diferença para que não fique iluminado. Em seguida, execute o programa Teste de flexão e aguarde a inicialização do controlador do motor e da câmera. Uma vez inicializado, mova a platina na direção z positiva, usando o controle deslizante do potenciômetro no controlador do motor, até que a espícula esteja dentro do campo de visão do microscópio.

Em seguida, use o controle deslizante do potenciômetro no controlador do motor do eixo y para mover o stage até que a espícula esteja sob a ponta do ponto de carga. Em seguida, ajuste o botão de foco do microscópio para que a espícula fique em foco na interface do usuário. Em seguida, gire o micrômetro do sensor de deslocamento de fibra óptica no sentido anti-horário até que a tensão de saída seja de aproximadamente 1.8 volts.

Uma vez definido, clique em Iniciar teste e aguarde até que o teste de flexão seja concluído e o estágio retorne à posição inicial do eixo z. O deslocamento da espícula na direção z e a força aplicada pela ponta do ponto de carga podem ser calculados usando o arquivo de interpolação tensão-deslocamento, o arquivo de calibração de força e o arquivo de teste de flexão obtido do teste de flexão de três pontos. O arquivo de interpolação tensão-deslocamento é usado para medir o deslocamento do cantilever durante o teste de flexão.

Para estimar a rigidez do cantilever, é usada a calibração de força, que é então usada para relacionar o deslocamento do cantilever com a força aplicada pela ponta do ponto de carga. Juntos, eles podem ser usados para criar as respostas de deslocamento de força. Aqui são mostradas três espículas de ancoragem de E.aspergillum diferentes de testes de flexão de três pontos bem-sucedidos.

Uma vez dominado, um teste de flexão pode ser realizado com este dispositivo em aproximadamente 10 a 15 minutos. O aspecto mais importante deste procedimento é garantir que a espícula esteja devidamente assentada no palco e que seu eixo seja perpendicular às bordas da vala. Os testes de flexão de três pontos fornecem uma maneira relativamente simples para os pesquisadores que estudam estruturas biológicas de suporte de carga obterem informações sobre seu comportamento mecânico.

Após o teste de flexão, as teorias de feixe podem ser usadas para calcular o módulo de Young das espículas e a resistência à fratura a partir dos dados de deslocamento de força.