Method Article

Deniz sünger Spicules mekanik özelliklerini ölçmek için bir milimetre ölçek bükülme test sistemi

DOI:

10.3791/56571

⸱

October 11th, 2017

 ,  ,  , 
1School of Engineering, Brown University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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. T....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. montaj ve hizalama

  1. 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.

figure-protocol-1
şekil 3: konsol hazırlamak için yordam zorlamak sensör ve ölçme onun sertlik. (A) yükleme noktası (LP) yukarı işaret yükleme noktası ucu ile (LPT) prensibine gör....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 figure-results-1 ve örnek'ın kesit LPT içinde altında çıkarılması figure-results-2 yön, figure-results-3 . .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu eser Ulusal Bilim Vakfı [mekanik malzemeler ve yapılar Program numarası 1562656 vermek,]; tarafından desteklenen ve makine mühendisleri [Haythornthwaite Genç Araştırmacı Ödülü] American Society.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
TMC 36" x 48" izolasyon masası, 4" CleanTop breadboard ileTMC63-563İzolasyon Tablası
Diferansiyel Vida AyarlayıcıThorlabsDAS110Sahne tesviye plakası için
1" 0.001" Mezuniyetli Seyahat Mikrometre KafasıThorlabs150-801MESahne tesviye plakası için
PT Serisi Çeviri Aşamaları için Dik Açılı Braket, 1/4"- 20 Montaj DeliğiThorlabsPT102Mikroskop montajı için
1" Kırlangıç Kuyruğu Çeviri Aşaması, 1/4"-20 MuslukThorlabsDT25Mikroskop montajı için
1" Çeviri Aşaması 1/4"-170 Ayar Vidalı, 1/4"-20 MuslukThorlabsPT1BMikroskop montajı için
12" Uzunluk, Kırlangıç Kuyruğu Optik RayEdmund Optics54-401için mikroskop montajı
2.5 "Genişlik, Kırlangıç Kuyruğu TaşıyıcıEdmund Optics54-404Mikroskop montajı için
0.5 "Genişlik, Kırlangıç Kuyruğu TaşıyıcıEdmund Optics54-403Mikroskop montajı için
InfiniTube Montajı ¼-20 ile C-ClampEdmund Optics57-788Mikroskop bileşeni
Standart (Sıralı Ek olmadan), InfiniTubeEdmund Optics56-125Mikroskop bileşeni
Standart Hat İçi Bağlantı (2X-10X'te Optimize Edilmiş), InfiniTubeEdmund Optics56-126Mikroskop bileşeni
Mitutoyo/Achrovid Objektif Adaptörü (M26 - M27)Edmund Optics53-787Mikroskop bileşeni
5X Infinity Achrovid Mikroskop ObjektifEdmund Optics55-790Mikroskop bileşeni
0.316" ID, Fiber Optik Adaptör SX-6Edmund Optics38-944Mikroskop bileşeni
ve frac14; " x 36", Esnek Fiber Optik Işık KılavuzuEdmund Optics42-347Mikroskop bileşeni
115V, MI-150 Fiber Optik Aydınlatıcı, IR Filtreli ve TutuculuEdmund Optics55-718Mikroskop bileşeni
Allied Vision Manta G-223 2/3" Renkli CMOS KameraEdmund Optics88-452Manta
/ Guppy Pro / Stingray / PikeKaynağı68-586Mikroskop bileşeni
1/4" Seyahat Tek Eksenli Çeviri AşamasıThorlabsMS1SFODS mikrometre
Analog Yansımaya Bağlı Fiber Optik Deplasman SensörüPhiltecD20FODS
30V, 3A DC Güç KaynağıAgilentU8001ADAQ ve FODS için güç kaynağı
14-Bit, 48 kS/s Düşük Maliyetli Çok İşlevli DAQUlusal AletlerUSB-6009FODS için DAQ
Üç Eksenli Motorlu Çeviri AşamasıThorlabsThorlabs T25 XYZ-E/MÇeviri aşaması
T-Cube DC Servo Motor Kontrol CihazıThorlabsTDC001Sahne
T-Cube Güç KaynağıThorlabsTPS001Motor kontrolörü için güç kaynağı
Ulusal Enstrümanlar LabVIEW (2013 SP1)Yazılımıçalıştırmak için kullanılan
Ulusal Aletler LabVIEW Vizyon Edinme Yazılımı (2016)çalıştırmak için kullanılanUlusal Aletler
Nikon Eclipse Ci-POL Ana GövdeMVIMDA96000Polarize ışık mikroskobu
Nikon Pi Analizör Kaydırıcılı Ara TüpMVIMDB45305Polarize ışık mikroskobu
Nikon Dia-PolarizerMVIMDN11920Polarize ışık mikroskobu
Güç Kablosu - 7'6"MVI79035Polarize ışık mikroskobu
Nikon P-Amh Mekanik AşamaMVIMDC45000Polarize ışık mikroskobu
Nikon Lwd Achromat KondenserMVIMBL16100Polarize ışık mikroskobu
Nikon LV-NBD5BD-CH Manuel Quint Burunluk ESDMVIMBP60125Polarize ışık mikroskobu
Nikon C-TF Trinoküler Tüp FMVIMBB93100Polarize ışık mikroskobu
Nikon CFI 10X Mercek FN 22mmNC MVIMAK10110Polarize ışık mikroskobu
Nikon TU Plan Flour BD 10x ObjektifMVIMUE42100Polarize ışık mikroskobu
Venüs Çiçek Sepeti SüngerDenis MarkaN / ASünger iskelet
3.5X Kafa Bandı Flip-Up BüyüteçMcMaster Carr1490T5Spikül bölümleme ve
Oslash için kullanılır; 1" Silikon Gofret, Tip P /< 100>Ted Pella16011Yük noktası aynası için kullanılır
Düşük Tiftikli Konik Uçlu Pamuklu ÇubukMcMaster Carr71035T31LP aynayı temizlemek için kullanılır
Kauçuk kavrama hassas bıçakMcMaster Carr35575A68Spicikülleri bölmek için kullanılır
Mikroskop Slaytları, buzlu uç, 75 x 25 x 1mmTed Pella260409Spicikülleri
kesitlere ayırmak için kullanılırSamur Fırçalar, #00000, 0,08 mm G x 4,0 mm LTed Pella11806Spikülleri işlemek için kullanılır
PELCO Pro Yüksek Hassasiyetli Cımbız, ekstra ince uçlar, üstün kaplamaTed Pella5367-5NMSpikülleri işlemek için kullanılır
Çift Eksenli Doğrusal Ölçekli MikrometreEdmund Optics58-608Mikroskopları kalibre etmek için kullanılır
FLEX-A-TOP FT-38 CASESD Plastik KaplarFT-38-CASSpikülleri depolamak için kullanılır
Plastik Flakon Bullseye SeviyesiMcMaster Carr2147A11Sahneyi tesviye etmek için kullanılır
Analitik TeraziMettler ToledoMS105DUAğırlıkları kütle kalibrasyonu için kullanılır
Edmund Optics için Mikroskop bileşeni Güç için motor kontrolörü Ulusal Aletler Yazılımı

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wegst, U. G., Bai, H., Saiz, E., Tomsia, A. P., Ritchie, R. O. Bioinspired structural materials. Nat. Mater. 14 (1), 23-36 (2015).
  2. Meyers, M. A., McKittrick, J., Chen, P. Y. Structural biological materials: critical mechanics-materials connections. Science. 339 (6121), 773-779 (2013).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Marine Sponge SpiculesThree Point BendingFlexural Testing SystemMechanical PropertiesBiological StructuresForce DisplacementCantilever StiffnessFiber Optic SensorLoad Point TipSample Stage

Related Articles