Deniz sünger Spicules mekanik özelliklerini ölçmek için bir milimetre ölçek bükülme test sistemi
11 Ekim 2017
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.
Bu deneyin genel amacı, çapları 10 ile 100 mikrometre arasında olan liflerin eğilme davranışını ölçmektir. Bu yöntem, deniz süngeri spiküllerinin mukavemet ve sertlik özellikleri gibi biyolojik yapıların mekanik davranışı hakkındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, farklı boyutlara ve elastik özelliklere sahip çok çeşitli malzemelerin mekanik davranışını ölçmek için kullanılabilmesidir.
Bu yöntem, spiküllerin mekanik davranışı hakkında fikir verebilse de, bitki sapları ve tüy rahisleri gibi diğer yük taşıyan biyolojik yapılara da uygulanabilir. Başlamak için, 4-40 numaralı soket başlı vidaları kullanarak yük noktasını konsola takın. Yükleme noktasını takarken konsol kollarını plastik olarak deforme etmemeye dikkat edin.
Ardından, yük noktası ucunu konsol plakasından uzağa yerleştirin ve 6-32 numaralı soket başlı vidaları kullanarak konsolu plakaya gevşek bir şekilde takın. Ardından, 1/8 inç hizalama pimlerini konsol ve plakadan geçirin, vidaları sıkın ve ardından hizalama pimlerini çıkarın. Sensör mikrometresini saat yönünün tersine çevirerek fiber optik yer değiştirme sensörünü mümkün olduğunca geri çekin.
Ardından, yük noktası ucu negatif z yönünü gösterecek şekilde 6-32 numaralı soket başlı vidaları kullanarak konsol plakasını çerçeveye gevşek bir şekilde takın. Yine, 1/8 inç hizalama pimlerini bu sefer çerçeve ve konsol plakasından geçirin, vidaları sıkın ve ardından hizalama pimlerini çıkarın. Şimdi, sahneyi sahne taban plakasına oturtun, böylece tesviye plakası üzerindeki mikrometre kafalarının uçları sahne taban plakası bölmelerinde duracak
.İzolasyon masasına bir kabarcık seviyesi yerleştirin ve valf kolu kelebek vidalarını yüzey düz olacak şekilde çevirerek masanın her bir ayağındaki basıncı ayarlayın. Kabarcık seviyesini sahne tesviye plakasının üstüne getirin ve mikrometreyi de düz olacak şekilde ayarlayın. Mikrometre konumlarına dikkat edin ve s'yi sahne taban plakasından çıkarın.
Bir çapa spikülünü distal ucundan kavramak için bir cımbız kullanın ve iskeletten çıkarmak için çekin. Spikülü temiz bir mikroskop lamı üzerine yerleştirin. Beşli sıfır boyutlu kırmızı samur fırça kullanarak, spikülü slayta karşı tutun.
Fırçanın her iki yanındaki spiküle doğru bir tıraş bıçağını sürgü yüzeyine dik olarak iterek spikülün dört milimetrelik bir bölümünü kesin. Ardından, distal ve proksimal spikül bölümlerini atın ve dört milimetrelik bölümü orta noktadan kesilmiş halde tutun. Spikül bölümünü numune aşamasına aktarın.
Bükme testi için istenen açıklık ile hendek boyunca konumlandırın ve spikülün hendek kenarlarına dik olduğundan emin olmak için hendek sırtına karşı pozitif y yönünde hafifçe itin. Mikrometre millerinin uçları sahne taban plakasına dayanacak şekilde sahneyi sahne taban plakasına yerleştirin. Gerekirse, sahne tesviye plakasındaki mikrometreleri ayarlayın.
Ek kod dosyasında bulunan Bükme Testi programını açın ve kullanıcı arayüzünde gösterilen metin kutularını kullanarak Adım Boyutu'nu iki mikrometreye, Maksimum Yer Değiştirme'yi 0,5 milimetreye, Düşük Voltaj Durdurma'yı 1,5 volta ve Yüksek Voltaj Durdurma'yı 4,6 volta ayarlayın. Kullanıcı arabirimindeki metin kutularını kullanarak istediğiniz görüntüyü, veri dizinlerini ve çıktı dosyası adını seçin. Ardından, kullanıcı arayüzündeki Görüntüleri Kaydet anahtarını aşağı konuma getirin ve Voltage Difference kelimelerinin altındaki yeşil dikdörtgen düğmeye tıklayın, böylece yanacaktır.
Şimdi Bükme Testi programını çalıştırın ve motor kontrolörü ve kamera arayüzlerinin başlatılmasını bekleyin. Aydınlatıcıyı açın ve parlaklığı, yük noktası ucu görünecek şekilde ayarlayın. Ardından, fiber optik yer değiştirme sensörü mikrometresini, kullanıcı arayüzü grafiğinde görüntülenen çıkış voltajı yaklaşık 1,7 volt olana kadar saat yönünde çevirin.
Şimdi, s'yi hareket ettirmek için z ekseni motor kontrol cihazındaki potansiyometre kaydırıcısını kullanın.tage yük noktası ucunun yaklaşık bir santimetre altına gelene kadar pozitif z yönünde hareket ettirin ve Ana Sayfa düğmesine tıklayarak z ekseni ana konumunu ayarlayın. Yük noktası ucunu, s'de bulunan ince çelik şeridin merkezi üzerine konumlandırmak için x ve y ekseni motor kontrolörlerindeki potansiyometre kaydırıcılarını kullanın.ample'den eksi x yönünde. Ardından, sahne alanı mikroskobun görüş alanına girene kadar sahneyi pozitif z yönünde hareket ettirmek için z ekseni motor kontrol cihazındaki potansiyometre kaydırıcısını kullanın.
Testi Başlat etiketli düğmeye tıklayın ve istendiğinde, dokunma hassasiyeti ve dokunma adımı boyutu için sırasıyla 0,003 volt ve 0,001 milimetre değerlerini girin. Tamam'a tıklayın ve kalibrasyon adımının tamamlanması için birkaç dakika bekleyin. Ek kod dosyasında bulunan Temel Veri programını açın ve çalıştırın ve fiber optik yer değiştirme sensörü mikrometresini, kullanıcı arayüzü grafiğinde görüntülenen çıkış voltajı yaklaşık üç volt olana kadar saat yönünün tersine çevirin.
Ardından, yük noktası ucunu spikülün üzerindeki hendek kenarları arasına yerleştirmek için x ekseni motor kontrol cihazındaki potansiyometre kaydırıcısını kullanın. Ayrıca, yük noktası ucu hendek sırtının üst yüzeyinin altına gelene kadar sahneyi pozitif z yönünde hareket ettirmek için z ekseni motor kontrol cihazındaki potansiyometre kaydırıcısını kullanın. Son olarak, yük noktası ucunun tam genişliği hendek sırtının kenarları arasında olacak şekilde hendek sırtının ön yüzeyini odak haline getirmek için y ekseni motor kontrol cihazındaki potansiyometre kaydırıcısını kullanın.
Ardından, Durdur (Stop) düğmesine tıklayarak Basic Data (Temel) programını durdurunuz. Ardından, ek kod dosyasında bulunduğu gibi Center Load Point programını açın ve çalıştırın. Yük noktası ucu sağ hendek kenarı ile neredeyse temas edene kadar sahneyi hareket ettirmek için x ekseni motor kontrol cihazını kullanın.
Ardından, Kenarı Bul düğmesine tıklayın. İstendiğinde, yük noktası ucu sol hendek kenarı ile neredeyse temas edene kadar sahneyi hareket ettirmek için x ekseni motor kontrol cihazını kullanın. Bu noktada, Kenar Bul düğmesine tekrar tıklayın ve programın yük noktası ucunu hendek açıklığının ortasına yerleştirmesini bekleyin.
Ardından, Bükme Testi programını açın. Kullanıcı arabirimindeki metin kutularını kullanarak Adım Boyutu'nu iki mikrometreye, Maksimum Yer Değiştirme'yi 0,5 milimetreye, Düşük Voltaj Durdurma'yı 1,5 volta ve Yüksek Voltaj Durdurma'yı 4,5 volta ayarlayın. Ayrıca, kullanıcı arabirimindeki metin kutularını kullanarak istenen görüntü ve veri dizinlerini ve çıktı dosyası adını seçin.
Kullanıcı arayüzündeki Görüntüleri Kaydet anahtarını yukarı konuma getirin ve yanmaması için Voltaj Farkı kelimelerinin altındaki yeşil dikdörtgen düğmeye tıklayın. Ardından, Bükme Testi programını çalıştırın ve motor kontrolörü ile kamera arayüzlerinin başlatılmasını bekleyin. Başlatıldıktan sonra, spikül mikroskobun görüş alanına girene kadar motor kontrolöründeki potansiyometre kaydırıcısını kullanarak sahneyi pozitif z yönünde hareket ettirin.
Ardından, sözüm yük noktası ucunun altına gelene kadar sahneyi hareket ettirmek için y ekseni motor kontrol cihazındaki potansiyometre kaydırıcısını kullanın. Ardından, mikroskop odak düğmesini, spikül kullanıcı arayüzünde odakta olacak şekilde ayarlayın. Ardından, fiber optik yer değiştirme sensörü mikrometresini çıkış voltajı yaklaşık 1.8 volt olana kadar saat yönünün tersine çevirin.
Ayarlandıktan sonra, Testi Başlat'a tıklayın ve bükme testi tamamlanana ve s'ye kadar bekleyin.tage z ekseni ana konumuna döner. Spikülün z yönünde yer değiştirmesi ve yük noktası ucu tarafından uygulanan kuvvet, voltaj-yer değiştirme enterpolasyon dosyası, kuvvet kalibrasyon dosyası ve üç noktalı eğilme testinden elde edilen eğilme test dosyası kullanılarak hesaplanabilir. Voltaj-yer değiştirme enterpolasyon dosyası, bükme testi sırasında konsol yer değiştirmesini ölçmek için kullanılır.
Konsolun sertliğini tahmin etmek için, daha sonra konsol yer değiştirmesini yük noktası ucu tarafından uygulanan kuvvetle ilişkilendirmek için kullanılan kuvvet kalibrasyonu kullanılır. Birlikte ele alındığında, bunlar kuvvet yer değiştirme tepkilerini oluşturmak için kullanılabilir. Burada, başarılı üç noktalı bükme testlerinden elde edilen üç farklı E.aspergillum ankraj spikülü gösterilmektedir.
Bir kez ustalaştıktan sonra, bu cihazla yaklaşık 10 ila 15 dakika içinde bir bükme testi yapılabilir. Bu prosedürün en önemli yönü, spikülün sahneye düzgün bir şekilde oturmasını ve ekseninin hendek kenarlarına dik olmasını sağlamaktır. Üç noktalı eğilme testleri, yük taşıyan biyolojik yapıları inceleyen araştırmacıların mekanik davranışları hakkında fikir edinmeleri için nispeten basit bir yol sağlar.
Eğilme testini takiben, kiriş teorileri, kuvvet yer değiştirme verilerinden spikül Young modülünü ve kırılma mukavemetini hesaplamak için kullanılabilir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, özel olarak üretilmiş bir mekanik test cihazı kullanılarak çapları 10 ile 100 mikrometre arasında olan fiberlerin eğilme davranışının ölçülmesi için bir protokol sunmaktadır. Cihaz, 20 µN ile 10 N arasındaki kuvvetleri ölçebilme kapasitesine sahiptir ve bu sayede çeşitli fiber boyutları için uygundur.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Biyolojik yapıların mekanik testi
- Malzeme bilimi
- Biyomekanik
Arka Plan
- Çalışma, biyolojik fiberlerin mekanik davranışına odaklanmaktadır.
- Deniz süngeri spiküllerinin dayanım ve sertliğinin anlaşılmasının önemini vurgulamaktadır.
- Bu yöntem, bitki sapları ve tüyler gibi diğer biyolojik yapılara da uygulanabilir.
- Özel mekanik test cihazları, ölçüm kapasitelerini artırmaktadır.
Çalışmanın Amacı
- Küçük çaplı fiberlerin eğilme özelliklerini ölçmek.
- Deniz süngeri spiküllerinin mekanik davranışlarını incelemek.
- Çeşitli biyolojik yapılara uygulanabilecek öngörüler sunmak.
Kullanılan Yöntemler
- Fiberler üzerinde üç nokta eğilme testleri.
- Özel yapım bir mekanik test cihazının kullanımı.
- 20 µN ile 10 N arasında değişen kuvvetlerin ölçümü.
- Deformasyonu önlemek için yük noktalarının dikkatli bir şekilde sabitlenmesi.
Ana Sonuçlar
- Fiberlerin eğilme davranışının başarılı bir şekilde ölçülmesi.
- Deniz süngeri spiküllerinin mekanik özellikleri hakkında bilgiler.
- Yöntemin çeşitli malzemeler için çok yönlülüğünün gösterilmesi.
- Diğer biyolojik yapılar için potansiyel uygulamalar.
Sonuçlar
- Protokol, fiber mekaniğinin test edilmesi için güvenilir bir yöntem sunmaktadır.
- Bulgular, biyolojik materyal özelliklerinin anlaşılmasına katkıda bulunur.
- Teknik, geniş bir biyolojik uygulama yelpazesine uyarlanabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Önemi
Milimetre altı biyolojik liflerin kantitatif eğilme testi, erken evre biyomalzeme keşfi ve doğrulaması için kritik olan hassas mekanik karakterizasyona olanak tanır. Bu yetenek, yeni yük taşıyan yapıların mekanik performansı konusunda öngörülebilir bir güven sağlar; böylece hem hedef seçimini hem de biyofarma Ar-Ge portföyündeki riskle uyumlu ilerlemeyi bilgilendirir. Bu yaklaşım, translasyonel biyomalzeme araştırmalarıyla ilgili olan küçük, mikroskobik olmayan biyolojik konstrüksiyonlar için temel bir ölçüm boşluğunu doldurmaktadır.
Biyofarma Ar-Ge'de Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Aday biyomalzemelerin dayanım ve sertliğinin doğrudan ölçülmesini sağlar.
- Biyolojik fiberlerin yük taşıma kapasitesini nicelendirerek mekanizmaya dayalı risk azaltımını destekler.
- Yeni biyomalzemelerdeki yapı-fonksiyon ilişkilerine dair hipotezlerin test edilmesini kolaylaştırır.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Küçük çaplı fiberler için standartlaştırılmış, tekrarlanabilir üç nokta eğilme analizleri sağlar.
- Karşılaştırmalı taramaya uygun kantitatif kuvvet-yer değiştirme verileri oluşturur.
- Çeşitli numune tiplerine ve boyutlarına uyum sağlamak için cihaz parametrelerinin ayarlanmasına olanak tanır.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Mekanik özelliklerin, translasyonel biyomalzeme gereksinimleriyle uyumlu hale getirilmesini sağlar.
- Yük taşıyıcı yapıların keşif aşamasından preklinik doğrulamasına kadar olan sürekliliği destekler.
- Belirlenmiş mekanik performans profillerine sahip adayların geliştirilme sürecindeki belirsizliği azaltır.
İş Akışı ve Boru Hattı Entegrasyonu
Bu eğilme testi sistemi, biyomalzemeler için keşiften preklinik aşamaya kadar olan sürece uyum sağlayarak hem erken hipotez testlerini hem de mekanik özelliklerin sonraki aşamalardaki doğrulanmasını desteklemektedir.
- Keşif Biyolojisi: Aday biyomalzemelerdeki yapı-fonksiyon hipotezlerini açıklığa kavuşturmak için mekanik davranışı nicelleştirir.
- Tarama: Örnekler arası karşılaştırma ve sıralama için tekrarlanabilir, nicel çıktılar sağlar.
- Analitik: Güçlü istatistiksel analizler için kuvvet-yer değiştirme eğrileri ve türetilmiş mekanik parametreler sunar.
- Translasyonel Araştırma: Mekanik test çıktılarını preklinik performans kriterleri ile uyumlu hale getirir.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Uyarlanabilir cihaz tasarımı, farklı biyolojik ve sentetik fiber sistemlerinde tekrarlı kullanımı destekler.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Biyomalzeme mekanik performansı ve hedef doğrulama konusundaki öngörü güvenini artırır.
- Operasyonel Değer: Küçük ölçekli biyolojik yapılar için eğilme testlerini standartlaştırarak tekrarlanabilirliği iyileştirir.
- Stratejik Değer: Geliştirme sürecinin erken aşamalarında kantitatif mekanik kıyaslamalar sunarak devam/durdur kararlarını bilgilendirir.
- Portföy Etkisi: Doğrulanmış mekanik özelliklere dayanarak biyomalzeme adaylarının riskten arındırılmış önceliklendirmesine olanak tanır.
Uygulama Hususları
- Mikro ölçekli cihazların mekanik testi ve kalibrasyonu konusunda uzmanlık gerektirir.
- Yer değiştirme sensörleri ve motorlu sahneler dahil olmak üzere hassas enstrümantasyona erişim gereklidir.
- Numune hazırlama ve test parametrelerinin ekipler arası sıkı bir şekilde standardize edilmesini gerektirir.
- Uygun kalibrasyon ile bir dizi biyolojik ve sentetik fiber sistemine uyarlanabilir.
- Geçerli ve tekrarlanabilir sonuçlar sağlamak için numunelerin dikkatli bir şekilde monte edilmesi ve hizalanması kritik önem taşır.
