Summary
Biz özel olarak oluşturulmuş bir mekanik test aygıtı kullanarak alt milimetre ölçek lifler üzerinde üç sayılık bükme testleri gerçekleştirmek için bir protokol mevcut. Cihazın Kuvvetleri en fazla 10 N 20 µN kadar ölçebilir ve bu nedenle çeşitli lif boyutları hizmet verebilir.
Abstract
Çok biyolojik yapıları (LBBSs) taşıyan yükleme — tüy rachises ve spicules gibi — küçük (< 1 mm) ama değil mikroskobik. Bu LBBSs bükülme davranışını ölçme kökenleri dikkate değer mekanik işlevlerini anlamak için önemlidir.
Üç nokta bükme test ölçebilirsiniz özel olarak oluşturulmuş bir mekanik test aygıtı kullanarak performans 10-5 101 N talebiyle 10-7 10-2 m arasında değişen çeşitli zorlar için bir protokol açıklar. Mekanik test cihazlarıyla birincil avantajı kuvvet ve yer değiştirme kapasiteleri farklı LBBSs için kolaylıkla ayarlanabilir olmasıdır. Cihazın çalışma prensibi bir Atomik kuvvet mikroskobu, benzer. Yani, güç LBBS için bir konsol sonu iliştirilmiş bir yükleme noktası tarafından uygulanır. Yükleme noktası deplasman bir fiber optik deplasman algılayıcı ile ölçülmüş ve ölçülen prensibine göre sertlik kullanarak bir güç dönüştürülür. Cihazın güç aralığı farklı stiffnesses cantilevers kullanılarak ayarlanabilir.
Yetenekleri deniz sünger Euplectella aspergillumiskelet öğeleri üzerinde üç sayılık bükme testleri gerçekleştirerek gösterildiği. İskelet öğeleri — spicules bilinen — yaklaşık 50 µm çapı olan silis iplikleri. Biz spicules bir üç nokta bükme fikstür bir ≈1.3 mm aralığı ile montaj mekanik test aygıtın ayarlanması için yordamlar açıklar ve bir bükme performans test edin. İğne ve onun saptırma uygulanan kuvvet bulunduğu konumda uygulanan kuvvet ölçülür.
Introduction
Biyolojik yapıları (LBBSs), shell ve kemik gibi taşıyıcı mimarileri inceleyerek, mühendisler güçlü ve sert 1yeni kompozit malzemeler geliştirdik. Bu olağanüstü mekanik özellikleri, LBBSs ve biyo-ilham karşılıkları onların karmaşık iç mimarileri 2' ye ilişkilidir gösterilmiştir. Ancak, LBBS mimarileri ve mekanik özellikleri arasındaki ilişkileri tam olarak anlaşılmış değildir. Bir LBBS'ın mekanik yanıt ölçme nasıl mimarisi mekanik özelliklerini geliştirir anlamak doğru ilk adımdır.
Ancak, bir LBBS'ın mekanik yanıt ölçmek için kullanılan test türü ile mekanik işlevini tutarlı olması önemlidir. Tüyler aerodinamik yükler desteklemesi gerekir beri Örneğin, bir tüy rachis birincil işlevi bükülme sertliği 3sağlamaktır. Bu nedenle, bir bükme testi onun mekanik yanıt ölçmek için bir uniaxial gerilim test için tercih edilir. Aslında, birçok LBBSs — gibi tüy rachises 3, 4ve spicules 5,6,7,8çim kaynaklanıyor — öncelikle bükme tarafından delmeyin. Bunun nedeni bu LBBSs ince —Yani, uzunlukları genişlik ve derinlik çok daha büyük. Kuvvetler ve onlar daha önce başarısız olan dayanabilir talebiyle 10-2 10'a değişir çünkü ancak, bu LBBSs üzerinde bükme testleri gerçekleştirme zordur2 N ve 10-4 ile 10-3 m, sırasıyla 3 , 4 , 5 , 7 , 8. sonuç olarak, bu mekanik testleri gerçekleştirmek için kullanılan bir aygıttan kuvvet ve Deplasman olarak ≈10-5 N ve ≈10-7 m (yani, % 0,1 oranında sensör ölçülebilir maksimum güç ve öteleme), sırasıyla sahiptir.
Piyasada bulunan, büyük ölçek, mekanik test sistemleri genellikle güçleri ve talebiyle ile bu kararlılık ölçemezsiniz. Atomik kuvvet mikroskobu tabanlı 9,10 veya Mikroelektromekanik 11 tabanlı sistemler test cihazları yeterli çözünürlüğe sahip, onlar ölçmek maksimum güç (ilgili uzaklık) daha küçük iken LBBS dayanabilir maksimum güç (ilgili uzaklık). Bu nedenle, bu LBBSs, mühendisler ve bilim adamları bükme testleri gerçekleştirmek için özel olarak oluşturulmuş mekanik test cihazları 5,7,12,13tarihinde güvenmek gerekir. Özel olarak oluşturulmuş bu cihazlar birincil avantajı kuvvetler ve talebiyle büyük aralıkları hizmet verebilir olmasıdır. Ancak, inşaat ve işletme bu cihazların değil de belgelerde yer literatürde.
Üç nokta bükme test ölçebilirsiniz özel olarak oluşturulmuş bir mekanik test aygıtı kullanarak performans 10-5 101 N talebiyle 10-7 10-2 m arasında değişen çeşitli zorlar için bir protokol tanımlanır. Teknik çizimler, mekanik test aygıt bileşenlerinin tüm boyutları da dahil olmak üzere ek malzeme temin edilmektedir. Mekanik test cihazlarıyla birincil avantajı kuvvet ve yer değiştirme aralıkları kolaylıkla farklı LBBSs uyacak şekilde ayarlanabilir olmasıdır. Cihazın çalışma prensibi bir Atomik kuvvet mikroskobu 9için benzer. Bu cihazda bir örnek bir paslanmaz çelik plaka kesim bir siper boyunca yerleştirilir (bkz. şekil 1A-C). Hendek yayılımı 1278 ± 3 µm olmak optik Filmler ölçülür (ortalama ± standart sapma; n = 10). Hendek kenarları numune bükme test sırasında (bkz: şekil 1 cve D) destekler. Bu örnek sahne bir üç eksenli çeviri Sahne Alanı'na bağlı ve kama Trench'in span midway bulunur bir alüminyum kama altında konumlandırılmış (bkz. şekil 1C). Sahneye taşıyarak 
(bkz: şekil 1A, ve C), numune eğmek için örnek neden kama itilir.
Biz takoz yükleme noktası uç (LPT) ve kama (LP) yükleme noktası olarak içeren aygıtı bileşeni olarak bakın. LP kimin deplasman fiber optik deplasman algılayıcı (FODS) tarafından ölçülür bir konsol sonuna eklenir. FODS LP üst yüzeyinde bulunan bir ayna kapalı yansıyan kızılötesi ışık yayar (bkz. şekil 1B) ve FODS bir optik lif tarafından alınan. Bir ≈5 mm kare parça parlak silikon gofret LP ayna olarak kullanılır ve epoksi kullanarak LP yapıştırılmış. FODS talebiyle yoğunluklarda verilmiş ve yansıyan ışık karşılaştırarak ölçer. Prensibine göre sertlik ve deplasman güç hesaplamak için kullanılan 
, kama numune ile etkileşimi nedeniyle tarafından deneyimli. Prensibine göre deplasman da numune'nın kesit kama altında çıkarılması hesaplamak için kullanılan 
. Mikro ve makro ölçekli mekanik test çalışmaları 10,11,12,13,14bir dizi konsol tabanlı kuvvet sensörleri kullanılmaktadır. Burada sunulan özel tasarım yapışkanlı kişi deneyler 14gerçekleştirmek için kullanılan mekanik test cihazı adapte. Benzer bir tasarım bir piyasada bulunan mikro-tribometer 15,16' da kullanılmıştır.
Şekil 1: özel olarak oluşturulmuş mekanik test aygıtı bakış. (A) A bilgisayar destekli tasarım işleme cihazın. Sahne alanı bileşenleri yeşil renkle vurgulanmıştır. Yarı mamul (konsol, yükleme noktası (LP)) algılama kuvvet kırmızı ile vurgulanacaktır. (B) A (A) görünümünü büyütülmüş. LP ayna mavi LP FODS altında üst yüzeyinde gösterilir ve LPM etiketlenir. (C) çeviri sahne hareket açıklamak için kullanılan koordinat sistemi. İnci seviyelendirme ileAdım 1.9 protokolünün aşamasında e yön LP ayna yüzeye normal vektör ile aynı tarihte yapılır. (D) A şematik iğne ve ölçülen talebiyle deformasyon gösterilen üç sayılık bükme yapılandırma 
, ve 
. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Yetenekleri içinde deniz sünger Euplectella aspergillum6,7. iskelet öğeleri üzerinde üç sayılık bükme testleri gerçekleştirerek gösterilen Bu sünger'ın iskelet filamentler, spicules (bkz. Şekil 2A) adı verilen bir derlemedir. Spicules ≈50 µm kalınlığında ve öncelikle 6silis oluşur. Biosilica tabanlı spicules Demospongiae, Homoscleromorpha ve Hexactinellida sınıflarına ait sünger bulunur. Hexactinellida sınıfına ait Süngerler, E. aspergillumgibi "cam sünger" da bilinen Cam sünger spicules öncelikle silis oluşur iken, bu silis kez her iki kollajen 17,18 veya kitin 19,20 oluşan organik bir matris içeren gösterilmiştir , 21. organik bu matris silis biomineralization 18,20içinde önemli bir rol oynar. Ayrıca, bazı spicules organik matrix Ayrıca kalsiyum 22biomineralization için bir şablon olarak hizmet vermektedir. Silis içinde ek olarak dağıtılmakta, organik matris aynı zamanda iğne'nın silis konsantrik, silindirik lamellae 6,23bölme ayrı Katmanlar oluşturabilir. Bu konsantrik, lamel mimari spicules deformasyon davranış 6,7,8,24,25,26 etkileyebilir gösterilmiştir . Sonuç olarak, spicules mekanik özellikleri onların kimya birleşimiyle belirlenir (i.e., Silis-protein kompozit kimyasal yapısı) ve onların mimari 27. Cam sünger spicules mimarisini ve kimyasal yapısını hala soruşturma 24,28,29altında bulunmaktadır.
E. aspergillum spicules çoğunu birlikte forma sert bir iskelet kafes çimentolu. Ancak, iskelet tabanında çok uzun (bkz. Şekil 2A) çapa spicules bilinen (≈10 cm) spicules bir tutam yoktur. Biz üç sayılık bükme testi çapa spicules küçük bölümler üzerinde gerçekleştirmek için protokol tanımlamak.
1. adım ' nın protokol, montaj ve özel olarak oluşturulmuş mekanik test aygıt bileşenlerini hizalama yordamı açıklanmıştır. Adım 2 ve 4 Protokolü'nün kuvvetler ve talebiyle bükme testi hesaplamak için kullanılan oluşturma kalibrasyon verileri için yönergeler sağlar. Bir iğne bir bölümünü hazırlamak ve test fikstür monte gerçekleştirilen adımları Adım 3'teaçıklanmıştır. İğne bölümünde bükme testi yürütmek için yordam Adım 5'teaçıklanmıştır. Son olarak, Temsilcisi sonuçları bölümünde adımları 2 ve 4 elde kalibrasyon verileri birlikte Adım 5'te elde edilen bükme test verileri hesaplamak için kullanılan ve .
Resim 2: kesit ve E. aspergillum spiculesteftiş için yordam. (A) E. aspergillumiskelet. Müstakil çapa spicules tutam iskelet tabanında gösterilir. Ölçek çubuğu ~ 25 mm tek çapa iğne #00000 kırmızı samur fırça kullanarak ve jilet kullanarak kesitli bir mikroskop slayt üzerinde yerinde tutulur. (B) olduğunu. Ölçek çubuğu ~ 12 mm bir E. aspergillum iğne bir bölümünü hendek arasında örneği Sahne Alanı'nda yerleştirilir. (C) olduğunu. Hendek kenarları ve hendek ridge deniz mavisi ve turuncu, sırasıyla vurgulanır. İğne Siperi ridge karşı kendi ekseni hendek kenarlarına dik olması için itilir. Adım 3,4 nasıl bir iğne bölümü oluşmuşsa ve atılmalıdır belirleneceği açıklanır Protokolü'nün açıklandığı muayene yordam geçirmeden bir iğne (D) A test. Birçok çatlaklar içeren ve Adım 3.4 Protokolü'nün açıklandığı muayene yordamı başarısız olur silis katmanları büyük bölümü eksik bir iğne (E) A test. Ölçek çubukları 250 µm (C), 100 µm (D) ve 100 µm (E) =. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. montaj ve hizalama
- Seç, sertlik hedeflenen denemenin uygun bir konsol. LP #4-40 yuva baş cap (bkz. şekil 3 A) vidaları (SHCSs) kullanarak konsol iliştirin. Take care değil plastically LP eklenirken prensibine göre silah deforme.
şekil 3: konsol hazırlamak için yordam zorlamak sensör ve ölçme onun sertlik. (A) yükleme noktası (LP) yukarı işaret yükleme noktası ucu ile (LPT) prensibine göre (C), bağlı. (B) konsol ve LP yarı mamul CP belirtilen konsol plakasına bağlı. Gömme cep konsol plaka konsol silah altında gösterilir. (C) prensibine göre plaka bağlı bir çerçeve alt (B) gösterilen plaka tarafında karşı karşıya böylece 
yön. FODS mikrometre FM. (D) Tel kanca gösterilir ve Kalibrasyon ağırlıkları Adım 2 protokolü kullanılan LPT delik asılı gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
- 2-propanol birkaç damla bir tüysüz ücretsiz pamuklu çubukla uygulamak ve LP ayna yüzeyine silin. Çizikler için ayna incelemek ve bu zarar görmüşse ayna değiştirin.
- Gevşek #6-32 SHCSs LPT uzak plaka işaret ile gömme cep içeren plaka tarafında kullanma prensibine göre plaka konsol takın (bkz. şekil 3 B). 1/8 Ekle " hizalama pimleri konsol ve plaka, vidaları sıkıştırın ve sonra hizalama pimleri kaldırmak.
- FODS mümkün olduğu kadar FODS mikrometre yönünün (bkz. şekil 3 C) çevirerek geri çek. #6-32 SHCSs LPT içinde işaret ile kullanarak çerçeve gevşek prensibine göre plaka eklemek
yön (bkz. şekil 1 A). 1/8 Ekle " hizalama iğne saplayıp çerçeve ve konsol plaka vidaları sıkıştırın ve sonra (bkz şekil 3 C) hizalama pimleri kaldırmak. - Güç açmak tedarik ve gerilim 12,00 V sabit voltaj modunda ayarlama düğmesi kullanarak ayarlayın. Sonra gerilim çıkışını açmak ve geçerli çizmek güç kaynağı görüntülenen onaylayın ' s LCD ekrandır yaklaşık 60-70 anne. Gerilim ölçüm belirsizliği azaltmak için kararlı duruma ulaşmak geçerli çizmek için en az bir saat bekleyin.
- Açın ve çalıştırın Basic_Data programı (bkz: ek kod dosyaları). (Bkz: şekil 3 C ve şekil 4 A) FODS mikrometre FODS LP doğru ayna kullanıcı arayüzü grafik üzerinde görüntülenen çıkış voltajı en büyük bir değer ulaşıncaya kadar taşımak için saat yönünde çevir.
- Set çevirerek FODS kazanç vida FODS konut tarafında çıkış gerilimi dönüş V. 5.0 FODS mikrometre FODS geri çekmek için saat yönünün olduğunu böylece ayarlama.
- Mikroskop ışığı açmak ve mikroskop pozisyonunu ayarlayýn ve LPT görüş alanı ortalanacak şekilde iki el ile çeviri aşamaları kullanarak odak. Basic_Data programı tıklayarak durdurabilirsiniz ' durdurmak ' düğmesini.
- Motor kontrolörü kullanıcı arabirimi yazılımını açın. Potansiyometre kaydırıcıyı kullanın
-eksen motor kontrolörü maksimum izin verilen seyahat için sahne alanı taşımak için < img alt "Denklem 6" src = "/ dosya/ftp_ = upload/56571/56571eq6.jpg"/ > yön ve set tıklayarak ev konumu ' ev ' düğme kullanıcı arabiriminde.
- Kullanım potansiyometre kaymak üzerinde
-maksimum izin verilen seyahat için sahne alanı taşımak için eksen motor kontrolörü 
yön ve set ev konum. Kullanıcı arabirimi yazılım kapatın.
- Kullanım potansiyometre kaymak üzerinde
- Seviyelendirme ipuçları mikrometre başkanları içinde yatsın sahne taban plakası efendim plaka böylece sahne taban plakası (bkz. şekil 4 A) sahnede koltuk. Bir kabarcık düzey yalıtım masaya koyun ve her tablo içindeki basınç ayarlama ' kapak kapatarak s bacakları kol parmak vida böylece düzey yüzeydir.
- Kabarcık seviyesi plaka tesviye sahne başına taşımak ve aynı zamanda düzey mikrometre ayarlayın. Mikrometre pozisyonları unutmayın ve sahne sahne taban plakası kaldırın. Not: Burada protokol duraklatılmış.
-maksimum izin verilen seyahat için sahne alanı taşımak için eksen motor kontrolörü 
yön ve set ev konum. Kullanıcı arabirimi yazılım kapatın. 
şekil 4: mekanik test aygıtı toplandı gibi adımlar 1.9 ve protokolünün 3.7. (A) örneği Sahne Alanı'nda (SS), çeviri Sahne Alanı'na (TS) bağlıdır ve sahne taban plakası (SBP) oturmuş plaka (SLP), tesviye sahnede mikrometre kullanarak dümdüz edildi. Sahne taban plakası için yalıtım tablo breadboard optik eklenir. Konsol (C); prensibine göre plaka (CP); ve fiber optik deplasman sensörü (FODS) sistem algılama gücü oluşturmak. (B) yükleme noktası (LP) konsol için bağlı olduğu ve yük noktası uç (LPT) örneği Sahne Alanı'nda iğne üzerinde konumlandırılmış. Bükme test sırasında LP yerinden FODS ölçülür. FODS ve LP ayna arasındaki ilk mesafe (A) gösterilen FODS mikrometre (FM) tarafından denetlenir. LPT altında konumlandırılmış örnek aşamasında hendek arasında döşeme iğne (C) A test. Ölçek çubuğu 250 µm (C) =. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
2. konsol sertlik ölçüm
- Basic_Data program ve çevirmek FODS mikrometre çıkış voltajı kadar saat yönünde yaklaşık 4 Stop V. tıklayarak çalıştırın ' durdurmak ' düğmesini.
- Bir analitik denge kullanarak Tel kanca ve Kalibrasyon ağırlıkları kitle ölçmek.
- Cantilever_Calibration programı açın (bkz: ek kod dosyaları) ve kuvvet için istenen dosya adı girin calibration çıkış dosyası kullanıcı arabirimindeki metin kutusuna.
- Cantilever_Calibration programını çalıştırın ve'ı tıklatın ' tamam ' ilk kalibrasyon ağırlığı kitle girmeniz istendiğinde. Salınan durdurmak ve yeşil'i tıklatın kullanıcı arabirimi grafikte gösterilen çıkış voltajı beklemek ' gerilim stabilize ' gerilim ölçü almak için düğmeyi.
- Kullanım cımbız tel asmak için kanca LPT delik üzerinden böylece kanca mikroskop objektif (bkz: D 3 rakam) uzak karşı karşıya. Buna ek olarak kanca tarafından neden prensibine göre titreşim nemli için cımbız kullanın.
- Kanca kitle iletişim kutusunun gram girin ve'ı tıklatın ' tamam '. Önceki adımı olduğu gibi'ı tıklatmadan önce salınan durdurmak çıkış voltajı beklemek ' gerilim stabilize ' düğmesini.
- Kullanım cımbız tel üzerinde ilk ağırlığı asmak için kanca ve önceki adımda anlatıldığı gibi bir gerilim ölçü alma işlemi yineleyin. Ya tüm kalibrasyon ağırlıkları asıldılar veya çıkış voltajı daha az 1,8 V kadar bu adımı yineleyin. Bu noktada,'ı tıklatın ' iptal ' Cantilever_Calibration programdan çıkmak için iletişim kutusundaki.
- FODS mikrometre yönünün FODS geri çekmek için açın. Kanca ve ağırlıkları LPT dikkatli bir şekilde çıkarın.
Not: Güç kalibrasyon çıktı dosyası kalibrasyon kitleler, 100 FODS çıkış voltaj değerleri ortalaması ve standart sapma Bu okumalar tarafından uygulanan kuvvet bir sekmeyle ayrılmış listesidir. Temsilcisi sonuçları bölümü konsol sertlik ölçmek için bu veri dosyası nasıl işleneceğini açıklar.
3. Numune hazırlama
E. aspergillum ele alırken- giyim nitril eldiven sünger iskeletler ve değil işlenen zaman iskelet mühürlü kaplarda saklayın.
Dikkat: bu yana spicules öncelikle silis oluşur, kırık iğne parçaları keskin ve cilt tahriş için önde gelen, gömülü olmak. - Bir çapa iğne onun distal uç ve iskelet kaldırmak için çekme kavramak için bir çift cımbız kullanın (bkz. Şekil 2 A). İğne temiz mikroskop slaytta yer.
- İğne slaytın orta nokta #00000 kırmızı samur fırça kullanarak kendi uzunluğu boyunca yanında karşı tutun. Kesin bir ≈ jilet iğne karşı fırça her iki tarafında dikey slayt için bastırıyor tarafından iğne bölümünün 4 mm yüzey (bkz: Şekil 2 B). Büyük distal ve proksimal iğne bölümleri atın ve koruyun ≈ 4 mm bölüm.
- 4-mm iğne bölümü 10 x büyütme oranında polarize ışık mikroskop kullanarak kontrol edin (bkz. Şekil 2 C-E). İğne bölümü atıp büyük bölgeleri (bkz: Şekil 2 E) silis katmanların eksikse Adım 3.2 dönmek. Sadece yeni zarar onların silis katmanlara tanıtımı önlemek için #00000 kırmızı samur fırça kullanarak kontrol iğne bölümlerde ele.
- Herhangi bir iğne parçaları veya diğer parçacıklar bir fırça veya basınçlı hava ile örnek sahnenin yüzeyinden temizlemek. Sonra 2-propanol birkaç damla bir tüysüz ücretsiz pamuklu çubukla uygulamak ve örnek sahne alanı silin. Yansıtıcı boya kaplı sahne alanlarında temastan kaçının. Not: Boya görüntüleri bükme test sırasında alınan Aynasal Yansıma sayısını azaltmak için kullanılır
- İğne bölümü örneği Sahne Alanı'na transfer. Bükme testi için istenen yayılma ile hendek arasında iğne bölümüne getirin ve yavaşça içeri it
hendek ridge karşı yön. İğne (bkz: Şekil 2 C) hendek kenarlarına dik olduğundan emin olun.
Böylece ipuçları mikrometre iğlik sahne taban plakası efendim dinlenme - sahne taban plakası sahnede koltuk. Gerekirse, mikrometre plaka Adım 1.9 iletişim kuralı not ettiğiniz değerlerle seviyelendirme sahnede belirleyin.
hendek ridge karşı yön. İğne (bkz: Şekil 2 C) hendek kenarlarına dik olduğundan emin olun.4. Gerilim-deplasman ilişkilendirme dosya
- Bending_Test programı açın (bkz: ek kod dosyaları). Ayarla ' adım boyutu ' için 2 µm, ' maksimum deplasman ' 0.5 mm, ' alçak gerilim dur ' 1,5 V, ve ' yüksek gerilim dur ' 4,6 kullanıcı arabiriminde gösterilen metin kutularını kullanarak V için.
Metni kullanarak
- seçin istenen görüntü ve veri dizinleri ve çıkış dosyası adı kullanıcı arabiriminde kutuları. Ayarla ' görüntüleri kaydetmek ' kullanıcı arabiriminde aşağı konuma geçin ve kelimelerin altındaki yeşil dikdörtgen düğmesini tıklayın ' gerilim farkı ' böylece aydınlatılmış olur.
- Bending_Test programını çalıştırın ve başlatmak motor denetleyicisi ve kamera arabirimler için bekleyin.
- Üzerinde ışığı açmak ve LPT görünür parlaklığı ayarlamak. Kullanıcı arabirimi grafikte gösterilen çıkış voltajı ~1.7 V. olana FODS mikrometre saat yönünde çevir
- Kullanım potansiyometre kaymak üzerinde -eksen motor kontrolörü sahne alanı taşımak için
kadar yön ~ 1 cm LPT ve küme aşağıdaki olduğunu -eksen ev konumu tıklatarak " ev " düğmesini.
- Kullanım potansiyometre kaymak üzerinde
- Üzerinde potansiyometre kaydırıcıları kullanın - ve
-eksen motor denetleyicileri LPT konumlandırmak için örneği Sahne Alanı'nda bulunan ince çelik şerit merkezi üzerinden 
hendek yönden. Potansiyometre kaydırıcıyı kullanın -eksen motor kontrolörü sahne alanı taşımak için kadar sahne yön içinde mikroskop ' s alan bakış. - Üzerinde potansiyometre kaydırıcıyı kullanın -eksen motor kontrolörü sahne alanı taşımak için yönünde iken çıkış voltaj grafik kullanıcı arabiriminde izliyor. LPT bağlantı sahne kurar yaklaşık konumu belirlemek ' s yüzey gerilimi ile yapılan bir değişikliğin bakarak daha fazla hareket sahne alanı. Etap yaklaşık 10 µm geri çek.
- Etiketli düğmeyi tıklatın " başlamak Test ". İstendiğinde, 0,003 V ve 0,001 mm için değerleri girin ' hassasiyet dokunma ' ve ' adım boyu touch ', anılan sıraya göre. Testi tamamlamak bekleyin.
Not: doğru deplasman ölçümler sağlamak için bükme testi tamamlanıncaya kadar bu noktadan sonra sahne sahne temel plaka kaldırmaz. Gerilim-deplasman ilişkilendirme çıktı dosyası 100 FODS çıkış voltajı ölçümler ortalama ve standart sapma ile birlikte bu okumalar, bir sekmeyle ayrılmış listesidir- Eksen sahne her sahne deplasman artışı konumunda. Temsilcisi sonuçları bölümü bu veri dosyası için LP talebiyle ölçülen FODS çıkış gerilimleri dönüştürmek için nasıl kullanıldığı açıklanmaktadır.
-eksen motor denetleyicileri LPT konumlandırmak için örneği Sahne Alanı'nda bulunan ince çelik şerit merkezi üzerinden 
hendek yönden. Potansiyometre kaydırıcıyı kullanın 5. Test bükme
- açık ve koşmak Basic_Data program ve kullanıcı arayüzü grafik üzerinde görüntülenen çıkış voltajı üzerinde yaklaşık 3 potansiyometre kaydırıcıyı kullanın f. olana FODS mikrometre saat yönünün tersine çevirmek < img alt "Denklem 7" src="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56571/56571eq7.jpg" = / > -hendek kenarları iğne (bkz. şekil 4 C) yukarıda arasındaki LPT konumlandırmak için eksen motor kontrolörü.
- Kullanım potansiyometre kaymak üzerinde -eksen motor kontrolörü sahne alanı taşımak için kadar yön LPT hendek ridge üst yüzeyinin altında olduğunu (bkz. şekil 5 A). Son olarak, üzerinde potansiyometre kaydırıcıyı kullanarak -LP tam genişliğini kenarları arasında böylece hendek ridge ön yüzeyine odak haline getirmek için eksen motor kontrolörü hendek ridge. Basic_Data programı tıklayarak durdurabilirsiniz ' durdurmak ' düğmesini.
- Kullanım potansiyometre kaymak üzerinde
- Aç ve Center_LoadPoint programı çalıştır (tamamlayıcı kod dosyasına bakın). Kullanım -eksen motor kontrolörü LPT neredeyse doğru hendek kenarına ile temas kadar sahne alanı taşımak için. ' I tıklatın " bulmak kenar " düğmesini.
İstendiğinde,
- kullanmak -eksen motor kontrolörü LPT neredeyse sol hendek kenarına ile temas kadar sahne alanı taşımak için. ' I tıklatın " bulmak kenar " düğmesi. Programın LPT orta yolda hendek span konumlandırmak bekleyin (bkz şekil 5 B).
Not: Bu noktadan sonra değil ayarlamak önemli 's-eksen motor kontrolörü olarak bu hatalı hizalaması LPT içinde sonuçlanacaktır. - Bending_Test programını açın. Adım boyutunu ayarlamak için 2 µm, 0,5 mm, alçak gerilim durdurmak için 1.5 V ve yüksek gerilim durdurmak için 4.5 metin kutularını kullanarak kullanıcı arabiriminde V maksimum deplasman.
Metni kullanarak
- seçin istenen görüntü ve veri dizinleri ve çıkış dosyası adı kullanıcı arabiriminde kutuları. Ayarla ' görüntüleri kaydetmek ' kullanıcı arabiriminde yukarı konuma kelimeler yeşil dikdörtgen düğmesini tıklatın ve ' gerilim farkı ' böylece değil aydınlatılır.
- Bending_Test programını çalıştırın ve başlatmak motor denetleyicisi ve kamera arabirimler için bekleyin.
- Sahne hareket iğne içinde mikroskop olana motor kumanda üzerindeki potansiyometre kaydırıcıyı kullanarak yön ' s alanı elde edersiniz. Potansiyometre kaydırıcıyı kullanın -iğne altında LPT olana sahne alanı taşımak için eksen motor kontrolörü.
- Ayarlamak mikroskop odak topuzlar iğne kullanıcı odakta olması (bkz. şekil 4 C) arabirim. Çıkış voltajı yaklaşık 1,8 V. olana FODS mikrometre saat yönünün tersine çevirmek
- Sahne alanı taşımak için z ekseni motor denetleyicisinde potansiyometre kaydırıcıyı kullanın Çıkış voltajı grafik kullanıcı arabiriminde izlerken yön. Hangi rehber LPT iğne gerilim ile daha fazla hareket Sahne Alanı'nın bir değişim bakarak yaklaşık konumunu belirleyin. Sahne yaklaşık 50 µm geri çek.
- Tıklama " Begin Test " ve bükme testi tamamlandıktan ve sahne döner kadar bekleyin -eksen ev konumu.
Not: Sahne alanı 2 µm artışlarla (Adım 5,4 Protokolü'nün reçete olarak) hareket edecek yön, iğne bükme (bkz: Şekil 5 C) birkaç durdurma koşullardan biri gerçekleşene dek. Durdurma koşullar vardır: bir) 0,5 mm maksimum sahne yerinden ulaşılır; b) iğne tatili program algılar ve büyük bir damla FODS çıkış voltajı; veya c) 4.5 V yüksek gerilim sınırına ulaşıldı. Testi sonlandırabilir veya önceki değeri geçersiz kılmak isterseniz koşul (a) durdurmak için kullanıcıdan istenir. Ne zaman ' geçersiz kılmak ' olduğunu seçili, kullanıcı sahne deplasman sınırı artırmak veya iğne boş olduğu gibi veri toplama devam edebilmek için sahne deplasman adım yönünü tersine çevirmek için fırsatınız olacak. Sahne deplasman artışı yönünde de tıklatarak değiştirilebilir " geri yükleme " düğmesini test sırasında herhangi bir noktada. Bükme testi çıktı dosyası'nın protokol Adım 4.6 üretilen gerilim-deplasman ilişkilendirme çıktı dosyası olarak aynı yapıya sahiptir. Diğer bir deyişle, 100 FODS çıkış voltaj değerleri ortalaması, bu okuma ile birlikte standart sapması sekmeyle ayrılmış listesi verilmiştir -eksen sahne konumu her aşamada Deplasman artışı. Temsilcisi sonuçları bölümü bu veri dosyası konsol talebiyle ve sahne talebiyle sırasında bükme testi hesaplamak için gerilim-deplasman ilişkilendirme dosya ile birlikte nasıl kullanıldığını açıklar. Daha sonra konsol sertlik LPT iğne üzerinde tarafından uygulanan kuvvet hesaplamak için kullanılır.
Test tamamlandıktan sonra - FODS en az 5 mm LPT aynadan olana FODS mikrometre saat yönünün tersine çevirin. Sonra dikkatli bir şekilde sahne sahne taban plakası çıkarın.
şekil 5: LPT siper ile hizalamak için yordam ' s aralığı orta ve bükme test performans (A) LPT Adım 5.1 Protokolü'nün sonunda hendek sırtın üst yüzeyinin altında yerleştirilmiş, ancak henüz orta açıklıklı yerleştirilmiyor. Açıklanan adımları 5.2 ve 5.3 Protokolü'nün (B) merkezleme sonra LPT konumunu yordam tamamlandı. Bükme testi sırasında alınan bir iğne (C) A test. İğne kesit LPT altında çıkarılması 
, şematik olarak işaretlendi. Ölçek çubukları 250 µm = (A-C). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Herhangi bir mekanik test en temel çıkış örnek ve deplasman kuvvet uygulandığı yerde uygulanan kuvvet büyüklüğü vardır. Üç nokta bükme test durumunda LPT tarafından uygulanan kuvvet büyüklüğü elde etmek için hedeftir 
ve örnek'ın kesit LPT içinde altında çıkarılması 
yön, . Ancak, burada açıklanan mekanik test cihaz için çeşitli son işlem adımları adımları 2, 4 ve 5 iletişim kuralının bu istenilen elde edilen çıktı verileri dönüştürmek için gerçekleştirilmesi gereken - veri. Üç nokta bükme testi elde veri dosyaları: 1) gerilim-deplasman ilişkilendirme dosyası; 2) güç kalibrasyon dosyası; ve 3) bükme test dosyası. Ölçülü ve türetilmiş miktarların özetini Tablo 1' de gösterilen.
| Sembol | Tanımı | |||
| Nh | Gerilim-deplasman ilişkilendirme çıktı dosyasındaki voltaj değerleri sayısı | |||
| Vh | Protokolü'nün 4. adımda ölçülen gerilim değerleri | |||
| ΣVh | Vh standart sapması | |||
| zsh | 4. adımda sahne konumunu protokol ölçülen | |||
| Nc | Kuvvet ölçüm sonuçları güç kalibrasyon çıktı dosyası sayısı | |||
| Fc | Kalibrasyon ağırlıkları ancak 2 iletişim kuralı tarafından uygulanan kuvvet | |||
| Vc | Protokolü'nün 2. adımda ölçülen gerilim değerleri | |||
| ΣVc | Vc standart sapması | |||
| zlc | LP Protokolü'nün 2. adımda Vh ve Vc kullanarak hesaplanan konumunu | |||
| wlc | Zlc hesaplanan deplasman Protokolü'nün 2. adımda LP | |||
| Nt | Kuvvet ve deplasman ölçüm sonuçları bükme testi çıktı dosyası sayısı | |||
| zst | Sahne Alanı'nın bulunduğu adım 5 iletişim kuralı | |||
| wst | Adım 5 Protokolü aşamasında çıkarılması | |||
| Vt | Adım 5 Protokolü'nün ölçülen gerilim değerleri | |||
| ΣVt | Vt standart sapması | |||
| zlt | Vh ve Vt kullanarak hesaplanan bulunduğu plağın adım 5 iletişim kuralı | |||
| wlt | Zlt hesaplanan deplasman Protokolü'nün 5 adımda LP | |||
| F | Adım 5 Protokolü'nün LP tarafından uygulanan kuvvet zlt hesaplanan | |||
| w0 | İğne'nın kesit LP adım 5 Protokolü'nün altında çıkarılması | |||
Tablo 1: Adım 2, 4 ve 5 Protokolü'nün ölçülen ve temsilcisi sonuçları bölümünde hesaplanan miktarlar için kullanılan simgeleri özetini.
Gerilim-deplasman ilişkilendirme dosya ölçülen FODS çıkış gerilimleri LPT talebiyle ilişkilendirmek için amaçtır. Bu yüzden bu sahne olarak taşınır katı LPT çeviri Sahne Alanı'na kaplin tarafından yapılır yön, değişikliği 
-eksen sahne konumu LPT deplasman (Adım 4 Protokolü) eşittir. Gerilim-deplasman ilişkilendirme dosyasını noktaları bir dizi içeren 
, nerede 
olduğunu FODS ortalama çıkış voltajı bir örnekleme hızı 1000 Hz, 100 ölçülerde ele 
100 gerilim ilişkili standart sapması ölçümler, 
olduğunu -eksen sahne konumu ve 
(bkz: şekil 6 (B)) yer değiştirme adımları sahne sayısıdır.
Güç kalibrasyon dosyası LP talebiyle LP tarafından uygulanan kuvvet büyüklüğünü hesaplamak için kullanılabilir böylece ölçülecek prensibine göre sertlik verir. Noktaları bir dizi kuvvet kalibrasyon dosyasının bulunduğu 
, nerede 
olduğunu FODS ortalama çıkış voltajı bir örnekleme hızı 1000 Hz, 100 ölçülerde ele 
100 ilişkili standart sapması voltaj ölçümleri, 
LPT, ağırlık tarafından güç ve 
kalibrasyon ağırlıkları kullanılan sayısıdır. Kuvvet için ikinci nokta tel kanca yalnız tarafından sarf ve Kalibrasyon ağırlıkları daha ilk noktası için sıfır ölçülür çünkü iki daha fazla puan olduğuna dikkat edin kuvvet uygulanır.
Son olarak, bükme test dosyasını hesaplamak için kullanılan ve . Noktaları bir dizi içeren 
, nerede 
olduğunu FODS ortalama çıkış voltajı bir örnekleme hızı 1000 Hz, 100 ölçülerde ele 
100 voltaj ölçümleri ilişkili standart sapması 
olduğunu -Eksen sahne konumu ve 
sa olduğunur sahne yer değiştirme adımları bükme testi sırasında.
İlk, LPT'ın pozisyon kuvvet kalibrasyon sırasında bileşen 
, küme kullanılarak bulunur 
eşlemek için değerler 
değerler doğrusal enterpolasyon yoluyla. LPT deplasman bileşeni tarafından verilen 
, 
. LPT talebiyle küçük olduğundan prensibine göre arasındaki ilişkinin uzunluğu ile karşılaştırıldığında ve 
doğrusal gibi görünüyor. Bir satıra yaklaştırarak prensibine göre sertlik bu nedenle, hesaplanması 
veri ve yamaç, bilgisayar 
. Noktaları temsil eden bir dizi ve onun karşılık gelen monte içini kaplamak içinde gösterilir şekil 6A. Bükme deneylerde kullanılan konsol sertliği 90.6 ± 0,3 oldu N/m.
Şekil 6: üç sayılık bükme test temsilcisi sonuçları Adım 2 ile birlikte doğrusal uygun (mavi) prensibine göre sertliği tahmin etmek için kullanılan Protokolü'nün(a)kuvvet ve yer değiştirme veri elde (gri). (B) gerilim-deplasman ilişkilendirme çıktı dosyasında yer veri temsili örneği. Ölçülen FODS için çıkış gerilimi, 
, sahne, konumunu 
, doğrusal enterpolasyon elde edilebilir. Bu konsol deplasman ölçmek için kullanılan , bükme sırasında test. (C) temsilcisi kuvvet-deplasman yanıt 3 farklı E. aspergillum bir çapa spicules testlerden başarılı üç sayılık bükme. (D) A güç-deplasman başarısız bir üç nokta bükme testi yanıt vermiyor. Eğri nonlinearity iğne düzgün örneği Sahne Alanı'nda oturmuş ve kaydı veya LPT ile ilk temas imkan ittifaka olduğunu göstermektedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Sonraki, LPT'ın pozisyonu bükme testi sırasında bileşen 
, küme kullanılarak bulunur eşlemek için değerler 
değerler doğrusal enterpolasyon yoluyla. LPT deplasman bükme testi sırasında bileşen tarafından verilen 
, 
. Sahne deplasman bükme testi sırasında bileşen tarafından verilen 
.
LPT ve iğne bükme testi, iğne yerinden tamamını sırasında temas halinde olduğu 
tarafından verilen
(1)
ve LPT tarafından uygulanan kuvvet 
, bu
(2)
Bu kümenin beri unutmamak gerekir her iki elde etmek için kullanılan ve değerleri ile ilişkilendirme, değerleri 
ve aralığı içinde olmalıdır . Bu adımları 2, 4 ve 5 iletişim kuralının başlangıç gerilim için uygun değerleri ve yüksek gerilim dur değerleri ayarlayarak sağlanmaktadır.
Şekil 6 C üç temsilcisi spicules için kuvvet-deplasman eğrileri gösterir. Üç nokta bükme, dolu ince, doğrusal elastik yapıları için ile doğrusal olarak artması beklenmektedir küçük değerleri için 30. Nonlinearity, - eğrisi için küçük (örneğin, bkz: şekil 6D) genellikle iğne doğru örneği Sahne Alanı'nda oturabilir değil olduğunu göstermektedir. Bu durumda, test durdu olmalıdır ve iğne örneği Sahne Alanı'nda (3,6 adımı Protokolü) yeniden konumlandırılmış.
Yeterli doğruluğunu sağlamak için ve ölçümleri, bükme testi boyunca toplam voltaj değişikliği 
, en az 1 V olmalıdır. Toplam voltaj değişikliği 1 V'den küçük ise, daha uyumlu bir konsol se olmalıdırSeçilen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
İletişim kuralı birkaç adım kuvvetler ve talebiyle doğru ölçülür sağlamak için özellikle önemlidir. Bazı kritik adımlar tüm üç sayılık bükme testleri için evrensel olmakla birlikte, bu mekanik test aygıt için benzersiz diğerleri.
Adım 1.2 LP ayna temizlenir ve çizikler için kontrol Protokolü ve Adım 1,6 Protokolü'nün FODS kazanç ayarlanır. Kazanç ve LP ayna yansıma adımları 2, 4ve 5 iletişim kuralı için sabit olduğu için önemlidir. Bu nedenle, iki kalibrasyon adımları (adımları 2 ve 4 Protokolü) hemen bükme test önce (Adım 5 iletişim kuralı) yapılmalıdır.
Adımları 1.9 ve 3.7 Protokolü'nün sahne yalıtım masa yüzeyi ile ilgili dümdüz edildi. Aşağıdaki adımları emin güç iğne'nın boyuna eksenine dikey bileşendir. Böylece konsol, LP ayna ve yüzey FODS ile tüm yalıtım tablo yüzeyine paralel mekanik test aygıtı çerçevesinde üretilmektedir. Bu kuvvet sensör bileşen kuvvet ve deplasman yalıtım tablo yüzeye normal ölçmek anlamına gelir. Sahne Alanı'nın üstündeki bir açı tarafından yanlış hizalanmış olup olmadığını 
yalıtım masa yüzeyi ile ilgili olarak, o zaman LPT ölçülen yerinden olacak 
, nerede 
yönünde gerçek deplasman dik olduğunu iğne'nın boyuna ekseni (bkz. Şekil 7). Beri 
, bu bir yere sonuç tahmin uygulanan kuvvetlerin ve iğne talebiyle denklemler (1) ve (2) başına tahmin altında.
Şekil 7: Deplasman ölçümler tesviye sahne etkisi. (A) sahne bir açıyla eğik , yalıtım masa yüzeyi ve konsol alt yüzeyi ile ilgili. (B) LP dikey yönde yerinden (bakınız şekil 1 (D)), FODS tarafından ölçülür. LP deplasman iğne'nın eksenine dikey yönde bileşenidir . Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Adımları 5.1-5,3 LPT olduğunu Protokolü'nün orta yol Trench'in span konumlandırılmış. Orta alanı ile ilgili olarak LPT kayma 31,32olduğundan daha sert görünen numune neden olur. Diğer bir deyişle, iğne'nın deplasman aynı güç orta açıklıklı uygulandıysa hangi ölçülen daha küçük olacak. Bu tür bir kayma değil sahne sahne taban plakası kaldırma veya xayarlama önlenebilir-merkezleme yordamı tam (adımları 5.1-5,3 Protokolü) sonra eksen sahne konumu.
Böylece FODS çıkış gerilimleri eksiksiz 1.8 için 4.5 V olarak bükme sırasında yayılan kuvvet ve deplasman ölçümleri göreceli ölçüm belirsizliği azaltmak için konsol sertlik seçilmesi gerekir ki bu yöntem bir sınırlama olduğunu test. Ancak, bu gerilim aralığı sadece (bkz. şekil 6 (C)) başarısız olmadan önce iğne yer değiştirme ile aynı olduğu kabaca yaklaşık ≈250 µm, bir konsol yer değiştirme karşılık gelir. Bu konsol ve iğne benzer stiffnesses olduğu anlamına gelir. Bu elastik yanıt ve spicules güç özelliklerini ölçmek için sorunlu olmasa da, bu spicules tokluk özellikleri doğru ölçüm engel. Bunun nedeni doğru ölçüm tokluk özellikleri sağlamak için iğne bir boşlukta bir kontrollü şekilde 33yaymak gerekir. Genellikle test aygıtı numune 33çok sert ise sadece budur. Test aygıtı sertliği artırmak için daha duyarlı bir deplasman sensör FODS yerine kullanılabilir.
E. aspergillum spicules üzerinde bükme testi Protokolü gösterdi iken, mekanik test cihazı diğer LBBSs ve sentetik malzemeler de üç sayılık bükme testleri gerçekleştirmek için kullanılabilir. Mekanik test cihazlarıyla 0.01, kesit çapı aralığı 1 mm ve hendek için 1-10 mm arasında yayılan numuneler için uygundur. Böylece örnek sahne alanı boyunca alamazsınız büyük çapları için örnek sahne yeniden. Sahne Alanı'nın yüzey pürüzlülüğü numune haddeleme gelen önlemek için yeterli çünkü bu spicules gibi daha küçük lifleri için bir sorun değil. Hendek kenarları ve LPT yarıçaplarını da örnek desteklenen 31,32nerede noktalarda yerel hasar tanıtımı önlemek için daha büyük yapılmalıdır. Ayrıca, plaka tesviye sahne sahne taban plakası tutturulmuş (bkz. şekil 4A) Kuvvetleri ≈1 aşmanız durumunda sahne devirme önlemek için Adım 3.7 Protokolü'nün sonra ¼"-20 yuva baş cap vidaları kullanarak N.
Doğru kuvvet ve deplasman ölçüm için konsol'ın sertlik her zaman çerçevenin sertlik (≈107 N/m) çok daha küçük olmalıdır. Bu gereksinim, bu aygıt tarafından ≈25 N. için uygulanacak en fazla kuvvet sınırlar Sonuç olarak, bir örnek bu cihaz testi gerçekleştirmek için kullanılabilir olup olmadığını belirlemek için bir bükme testi gerçekleştirmeden önce dayanabilir maksimum güç tahmin etmek önemlidir.
Bu eser protokolü, teknik çizimler sağlar (bkz: ek dosya 1) ve yazılım (bkz: ek kod dosyaları) üreten ve bizim mekanik test aygıtı kullanmak için. Bu umut verici bir biçimde doğru bir şekilde pek çok farklı LBBSs bükülme davranışını ölçmek için bir platform sağlayacaktır. Bu ölçümler bir LBBS'ın mimari ve mekanik özellikleri arasındaki ilişki daha derin bir anlayış geliştirmek için bir önkoşuldur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Bu eser Ulusal Bilim Vakfı [mekanik malzemeler ve yapılar Program numarası 1562656 vermek,]; tarafından desteklenen ve makine mühendisleri [Haythornthwaite Genç Araştırmacı Ödülü] American Society.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| TMC 36" x 48" isolation table with 4" CleanTop breadboard | TMC | 63-563 | Isolation Table |
| Diffeential Screw Adjuster | Thorlabs | DAS110 | For stage leveling plate |
| 1" Travel Micrometer Head with 0.001" Graduations | Thorlabs | 150-801ME | For stage leveling plate |
| Right-Angle Bracket for PT Series Translation Stages, 1/4"-20 Mounting Holes | Thorlabs | PT102 | For microscope mount |
| 1" Dovetail Translation Stage, 1/4"-20 Taps | Thorlabs | DT25 | For microscope mount |
| 1" Translation Stage with 1/4"-170 Adjustment Screw, 1/4"-20 Taps | Thorlabs | PT1B | For microscope mount |
| 12" Length, Dovetail Optical Rail | Edmund Optics | 54-401 | For microscope mount |
| 2.5" Width, Dovetail Carrier | Edmund Optics | 54-404 | For microscope mount |
| 0.5" Width, Dovetail Carrier | Edmund Optics | 54-403 | For microscope mount |
| InfiniTube Mounting C-Clamp with ¼-20 | Edmund Optics | 57-788 | Microscope component |
| Standard (with no In-Line Attachment), InfiniTube | Edmund Optics | 56-125 | Microscope component |
| Standard In-Line Attachment (Optimized at 2X-10X), InfiniTube | Edmund Optics | 56-126 | Microscope component |
| Mitutoyo/Achrovid Objective Adapter (M26 to M27) | Edmund Optics | 53-787 | Microscope component |
| 5X Infinity Achrovid Microscope Objective | Edmund Optics | 55-790 | Microscope component |
| 0.316" ID, Fiber Optic Adapter SX-6 | Edmund Optics | 38-944 | Microscope component |
| ¼" x 36", Flexible Fiber Optic Light Guide | Edmund Optics | 42-347 | Microscope component |
| 115V, MI-150 Fiber Optic Illuminator w/IR Filter and Holder | Edmund Optics | 55-718 | Microscope component |
| Allied Vision Manta G-223 2/3" Color CMOS Camera | Edmund Optics | 88-452 | Microscope component |
| Power Supply for Manta/ Guppy Pro/ Stingray/ Pike | Edmund Optics | 68-586 | Microscope component |
| 1/4" Travel Single Axis Translation Stage | Thorlabs | MS1S | FODS micrometer |
| Analog Reflectance Dependent Fiber Optic Displacement Sensor | Philtec | D20 | FODS |
| 30V, 3A DC Power Supply | Agilent | U8001A | Power supply for DAQ and FODS |
| 14-Bit, 48 kS/s Low-Cost Multifunction DAQ | National Instruments | USB-6009 | DAQ for FODS |
| Three Axis Motorized Translation Stage | Thorlabs | Thorlabs T25 XYZ-E/M | Translation stage |
| T-Cube DC Servo Motor Controller | Thorlabs | TDC001 | Motor controller for stage |
| T-Cube Power Supply | Thorlabs | TPS001 | Power supply for motor controller |
| National Instruments LabVIEW (2013 SP1) | National Instruments | Used for running software | |
| National Instruments LabVIEW Vision Acquisition Software (2016) | National Instruments | Used for running software | |
| Nikon Eclipse Ci-POL Main Body | MVI | MDA96000 | Polarized light microscope |
| Nikon Pi Intermediate Tube with Analyzer Slider | MVI | MDB45305 | Polarized light microscope |
| Nikon Dia-Polarizer | MVI | MDN11920 | Polarized light microscope |
| Power Cord - 7'6" | MVI | 79035 | Polarized light microscope |
| Nikon P-Amh Mechanical Stage | MVI | MDC45000 | Polarized light microscope |
| Nikon Lwd Achromat Condenser | MVI | MBL16100 | Polarized light microscope |
| Nikon LV-NBD5BD-CH Manual Quint Nosepiece ESD | MVI | MBP60125 | Polarized light microscope |
| Nikon C-TF Trinocular Tube F | MVI | MBB93100 | Polarized light microscope |
| Nikon CFI 10X Eyepiece FN 22mm NC | MVI | MAK10110 | Polarized light microscope |
| Nikon TU Plan Flour BD 10x Objective | MVI | MUE42100 | Polarized light microscope |
| Venus Flower Basket Sponge | Denis Brand | N/A | Sponge skeleton |
| 3.5X Headband Flip-Up Magnifier | McMaster Carr | 1490T5 | Used for spicule sectioning |
| Ø1" Silicon Wafer, Type P / <100> | Ted Pella | 16011 | Used for load point mirror |
| Low Lint Tapered Tip Cotton Swab | McMaster Carr | 71035T31 | Used for cleaning LP mirror |
| Rubber grip precision knife | McMaster Carr | 35575A68 | Used for sectioning spicules |
| Microscope Slides, frosted end, 75 x 25 x 1mm | Ted Pella | 260409 | Used for sectioning spicules |
| Sable Brushes, #00000, 0.08mm W x 4.0mm L | Ted Pella | 11806 | Used for handling spicules |
| PELCO Pro High Precision Tweezers, extra fine tips, superior finish | Ted Pella | 5367-5NM | Used for handling spicules |
| Dual Axis Linear Scale Micrometer | Edmund Optics | 58-608 | Used for calibrating the microscopes |
| FLEX-A-TOP FT-38 CAS | ESD Plastic Containers | FT-38-CAS | Used for storing spicules |
| Plastic Vial Bullseye Level | McMaster Carr | 2147A11 | Used for leveling the stage |
| Analytical Balance | Mettler Toledo | MS105DU | Used to mass calibration weights |
References
- Wegst, U. G., Bai, H., Saiz, E., Tomsia, A. P., Ritchie, R. O. Bioinspired structural materials. Nat. Mater. 14 (1), 23-36 (2015).
- Meyers, M. A., McKittrick, J., Chen, P. Y. Structural biological materials: critical mechanics-materials connections. Science. 339 (6121), 773-779 (2013).
- Bodde, S. G., Meyers, M. A., McKittrick, J. Correlation of the mechanical and structural properties of cortical rachis keratin of rectrices of the Toco Toucan (Ramphastos toco). J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 4 (5), 723-732 (2011).
- Gibson, L. J. The hierarchical structure and mechanics of plant materials. J. R. Soc. Interface. , (2012).
- Monn, M. A., Kesari, H. A new structure-property connection in the skeletal elements of the marine sponge Tethya aurantia that guards against buckling instability. Sci. Rep. 7, (2017).
- Monn, M. A., Weaver, J. C., Zhang, T., Aizenberg, J., Kesari, H. New functional insights into the internal architecture of the laminated anchor spicules of Euplectella aspergillum. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112 (16), 4976-4981 (2015).
- Monn, M. A., Kesari, H. Enhanced bending failure strain in biological glass fibers due to internal lamellar architecture. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. , In Press (2017).
- Levi, C., Barton, J. L., Guillemet, C., Bras, E., Lehuede, P. A remarkably strong natural glassy rod: the anchoring spicule of the Monorhaphis sponge. J. Mater. Sci. Letters. 8 (3), 337-339 (1989).
- Kesari, H., Doll, J. C., Pruitt, B. L., Cai, W., Lew, A. J. Role of surface roughness in hysteresis during adhesive elastic contact. Philos. Mag. Lett. 90 (12), 891-902 (2010).
- Croisier, F., et al. Mechanical testing of electrospun PCL fibers. Acta Biomater. 8 (1), 218-224 (2012).
- Haque, M. A., Saif, M. T. A review of MEMS-based microscale and nanoscale tensile and bending testing. Exp. Mech. 43 (3), 248-255 (2003).
- Gudlavalleti, S. Mechanical testing of solid materials at the micro-scale. , Doctoral dissertation, Massachusetts Institute of Technology (2002).
- Tohmyoh, H., Ishihara, M., Akanda, M. S., Yamaki, S., Watanabe, T., Iwabuchi, T. Accurate determination of the structural elasticity of human hair by a small-scale bending test. J. Biomech. 44 (16), 2833-2837 (2011).
- Waters, J. F. Contact mechanics of biologically-inspired interface geometries. , Doctoral dissertation, Brown University (2009).
- Dai, Z., Gorb, S. N., Schwarz, U. Roughness-dependent friction force of the tarsal claw system in the beetle Pachnoda marginata (Coleoptera, Scarabaeidae). J. Exp. Biol. 205 (16), 2479-2488 (2002).
- Tramacere, F., Kovalev, A., Kleinteich, T., Gorb, S. N., Mazzolai, B. Structure and mechanical properties of Octopus vulgaris suckers. J. R. Soc. Interface. 11 (91), (2014).
- Ehrlich, H., et al. Nanostructural organization of naturally occurring composites: Part I. Silica-Collagen-based biocomposites. J. Nanomater. 53, (2008).
- Ehrlich, H., et al. Mineralization of the meter-long biosilica structures of glass sponges is templated on hydroxylated collagen. Nat. Chem. 2, 1084-1088 (2010).
- Ehrlich, H., et al. First evidence of the presence of chitin in skeletons of marine sponges. Part II. Glass sponges (Hexactinellida: Porifera). J. Exp. Zoo. 308 (4), 473-483 (2007).
- Ehrlich, H. Chitin and collagen as universal and alternative templates in biomineralization. Int. Geol Rev. 52, 661-699 (2010).
- Ehrlich, H., et al. Supercontinuum generation in naturally occurring glass sponge spicules. Adv. Opt. Mater. 4 (10), 1608-1613 (2016).
- Ehrlich, H., et al. Calcite reinforced silica-silica joints in the biocomposite skeleton of deep-sea glass sponges. Adv. Funct. Mater. 21, 3473-3481 (2011).
- Werner, P., Blumtritt, H., Zlotnikov, I., Graff, A., Dauphin, Y., Fratzl, P. Electron microscope analyses of the bio-silica basal spicule from the Monorhaphis chuni sponge. J. Struct. Biol. 191 (2), 165-174 (2015).
- Kolednik, O., Predan, J., Fischer, F. D., Fratzl, P. Bioinspired Design Criteria for Damage-Resistant Materials with Periodically Varying Microstructure. Adv. Funct. Mater. 21 (19), 3634-3641 (2011).
- Weaver, J. C., et al. Unifying design strategies in demosponge and hexactinellid skeletal systems. J. Adhes. 86 (1), 72-95 (2010).
- Walter, S. L., Flinn, B. D., Mayer, G. Mechanisms of toughening of a natural rigid composite. Mater. Sci. Eng. C. 27 (3), 570-574 (2007).
- Ehrlich, H. Silica biomineralization in Sponges. Encyclopedia of Geobiology. , Springer Verlag. 796-808 (2011).
- Zlotnikov, I., Werner, P., Fratzl, P., Zolotoyabko, E. Eshelby Twist as a possible source of lattice rotation in a perfectly ordered protein/silica structure grown by a simple organism. Small. 11 (42), 5636-5641 (2015).
- Zlotnikov, I., et al. A perfectly periodic three-dimensional protein/silica mesoporous structure produced by an organism. Adv. Mater. 26 (11), 1682-1687 (2014).
- Gere, J. M., Timoshenko, S. P. Chapter 5: Stresses in Beams. Mechanics of materials. , 205-217 (1997).
- Baratta, F. I., Matthews, W. T., Quinn, G. D. Errors associated with flexure testing of brittle materials. , Army Lab Command Watertown MA Material Technology Lab. No. MTL-TR-87-35 (1987).
- Quinn, G. D., Sparenberg, B. T., Koshy, P., Ives, L. K., Jahanmir, S., Arola, D. D. Flexural strength of ceramic and glass rods. J. Test. Eval. 37 (3), 1-23 (2009).
- Tattersall, H. G., Tappin, G. The work of fracture and its measurement in metals, ceramics and other materials. J. Mater. Sci. 1 (3), 296-301 (1966).
