Realização de testes de corte em forma de Y montados no microscópio

O corte em forma de Y mede a energia de falha e uma escala crítica de ligação de criação de superfície em sólidos moles. Incorporar essa técnica em um microscópio facilita desvendar os mecanismos microestruturais que governam essas quantidades. Em contraste com a grande rachadura plantada típica do carregamento da roda dianteira, este protocolo usa a localização de estiramento induzida por placa para reduzir o campo de visão necessário para visualizar o processo de falha interior.

A abordagem pode fornecer informações sobre a falha de materiais sintéticos moles e tecidos moles biológicos. Para começar, substitua o suporte de lâmina montado no estágio original por um suporte de amostra personalizado e prenda o conjunto ao microscópio. Defina o ângulo do copo afrouxando o parafuso de aperto manual de ajuste angular e, em seguida, movendo o deslizamento linear.

Defina o ângulo depois de medi-lo com um transferidor e aperte o parafuso do polegar de ajuste do ângulo. O ângulo entre a perna e a do plano médio da amostra pode ser ajustado de 8 a 45 graus. Configure as duas polias verticais atrás do aparelho.

Prepare uma amostra retangular fina de polidimetilsiloxano, ou PDMS, cortando-a de uma folha maior ou usando um molde das dimensões corretas. As dimensões podem variar, mas recomenda-se iniciar uma largura de 1 1/2 centímetros ou menos para uma amostra com uma espessura de três milímetros ou menos. Use uma lâmina de barbear para cortar a amostra três centímetros longitudinalmente ao longo da linha central para criar a amostra em forma de Y.

Esse link pode variar, mas as pernas devem ser longas o suficiente para acomodar as abas, mas curtas o suficiente para deixar uma amostra não cortada para medição. Usando um marcador ou tinta, coloque duas marcas centradas e separadas por aproximadamente um centímetro em cada uma das pernas finas e no corpo da amostra para medir o alongamento aplicado em cada uma das três pernas da amostra sob carga. Use cola de cianoacrilato semelhante a um adesivo para anexar uma aba impressa em 3D ou cortada a laser no final de cada perna.

Meça e corte dois comprimentos de linha de pesca fina. Aproximadamente 30 centímetros de linha são necessários para o encaminhamento interno através do mecanismo para o conjunto externo de polias. Anexe placas de pesagem de cinco gramas ao final das linhas que passam pelas polias externas e amarre a outra extremidade à aba de cada perna.

Aperte a base da amostra usando o parafuso de aperto manual do suporte da amostra e encaminhe a linha para cada perna através de cada lado do sistema de polia. Tire uma foto da amostra do topo enquanto a amostra estiver sob peso insignificante, segurando uma câmera contra a parte inferior do mecanismo de ajuste de ângulo. Verifique se a câmera está paralela ao plano de amostra para minimizar os efeitos fora de ângulo.

Adicione o peso de pré-carga desejado de 75 gramas a ambas as extremidades da linha de pesca perto das polias externas. Aumente essa quantidade para 150 gramas ou diminua para 50 gramas para alterar a contribuição de rasgo, se desejado para essa combinação de material e geometria da amostra. Alinhar a linha de pesca da polia mais baixa com o plano Z das pernas da amostra utilizando a componente Z da fase de micro regulação de três vias.

Tire uma segunda foto da amostra depois que o peso for adicionado. Posicione aproximadamente a ponta da lâmina prevista perto do campo de visão do objetivo. Coloque a lâmina de barbear em seu clipe de lâmina correspondente e prenda a lâmina no lugar com um parafuso definido.

Deslize esta lâmina de barbear cortada para o suporte do clipe da lâmina anexado à célula de carga. Selecione a objetiva do microscópio de 2,5x ou até 20x, se imagens mais próximas forem desejadas, e use a configuração de luz transmitida, aumentando a luz atrás da amostra, se necessário. Com a lâmina no lugar, foque o microscópio na superfície mais próxima da lâmina usando o sistema de ajuste vertical, se necessário, para levar a ponta à distância de trabalho apropriada para o objetivo.

Alinhe cuidadosamente a lâmina de barbear dentro do campo de visão do microscópio usando apenas as direções X e Y do estágio de microajuste de três vias. Concentre o microscópio na amostra e alinhe a ponta da rachadura com a lâmina de barbear traduzindo o estágio X/Y do microscópio. Isso garante que o plano médio da amostra se alinhe com o plano médio do mecanismo de ajuste de ângulo.

Abra o código usado para a aquisição de dados da célula de carga e comece a gravar os dados da célula de carga clicando no botão Iniciar Gravação. Traduza a amostra em direção à lâmina de barbear por um centímetro ou mais a uma velocidade constante usando o controle de estágio do microscópio. Reúna imagens simultaneamente usando a interface de imagem do microscópio.

Quando o estágio X/Y do microscópio parar, clique no botão Parar gravação para interromper a gravação dos dados e salve automaticamente um arquivo de texto da resposta de carga e tempo. A curva força-tempo para polidimetilsiloxano usando uma lâmina ultra afiada é mostrada aqui. As regiões de carga elástica, início do corte, corte em estado estacionário e descarga da curva são rotulados no gráfico.

Esses dados ilustram uma força inicial alta, como normalmente é necessário para o início do corte, seguida por uma força constante, indicando corte em estado estacionário. A força de corte é o valor máximo da força dentro deste regime de estado estacionário. Os círculos vermelhos mostrados aqui correspondem a imagens específicas obtidas pelo microscópio.

Um círculo amarelo foi adicionado para facilitar a observação do movimento do padrão de manchas, e esses números indicam carimbos de data/hora e segundos da imagem. A força de corte de estado estacionário medida combinada com os parâmetros de teste experimental de de ângulo de perna, espessura da amostra T, pré-carga f de pré e raio da lâmina produzem a energia de corte de estado estacionário de acordo com a equação mostrada. Aqui, replicamos com sucesso a energia de corte relatada anteriormente na literatura para essas condições.

Ao incorporar o corte em forma de Y em um microscópio, permitimos a quantificação de contribuições microestruturais para a falha de tecidos moles e moles por meio de sondas fluorescentes, autofluorescência e técnicas de força de campo completo.