Mikroskopa Monte Y Şekilli Kesme Testlerinin Yapılması
20 Ocak 2023
Y şeklindeki kesim, yumuşak malzemelerdeki kırılmaya bağlı uzunluk ölçeklerini ve enerjileri ölçer. Önceki aparatlar tezgah üstü ölçümler için tasarlanmıştır. Bu protokol, kurulumu yatay olarak yönlendiren bir aparatın imalatını ve kullanımını açıklar ve optik mikroskop aracılığıyla yerinde görüntüleme için gerekli ince konumlandırma yeteneklerini ve ayrıca arıza ölçümünü sağlar.
Y şeklindeki kesim, arıza enerjisini ve yumuşak katılarda kritik bir yüzey oluşturma bağlantı ölçeğini ölçer. Bu tekniği bir mikroskopa dahil etmek, bu miktarları yöneten mikroyapısal mekanizmaların çözülmesini kolaylaştırır. Ön tekerlek yüklemesine özgü büyük ekili çatlağın aksine, bu protokol, iç arıza sürecini görüntülemek için gereken görüş alanını azaltmak için plaka kaynaklı gerilme lokalizasyonunu kullanır.
Yaklaşım, yumuşak sentetik materyallerin ve biyolojik yumuşak dokuların başarısızlığı hakkında fikir verebilir. Başlamak için, orijinal aşamaya monte edilmiş slayt tutucuyu özel bir numune tutucu ile değiştirin ve montajı mikroskopa takın. Açı ayarı parmak vidasını gevşeterek ve ardından doğrusal slaytı hareket ettirerek kabın açısını ayarlayın.
Bir açıölçerle ölçtükten sonra açıyı ayarlayın ve açı ayarı başparmak vidasını sıkın. Bacak ve numune orta düzlem tetası arasındaki açı 8 ila 45 derece arasında ayarlanabilir. Aparatın arkasındaki iki dikey kasnağı kurun.
İnce dikdörtgen bir polidimetilsiloksan veya PDMS numunesini, daha büyük bir tabakadan keserek veya doğru boyutlarda bir kalıp kullanarak hazırlayın. Boyutlar değişebilir, ancak üç milimetre veya daha az kalınlığa sahip bir numune için 1 1/2 santimetre veya daha az genişlikte bir başlangıç yapılması önerilir. Y şeklindeki numuneyi oluşturmak üzere numuneyi merkez çizgisi boyunca üç santimetre uzunlamasına kesmek için bir tıraş bıçağı kullanın.
Bu bağlantı değişebilir, ancak bacaklar tırnakları barındıracak kadar uzun, ancak ölçüm için kesilmemiş bir numune bırakacak kadar kısa olmalıdır. Bir işaretleyici veya mürekkep kullanarak, yük altındaki üç numune bacağının her birinde uygulanan gerilmeyi ölçmek için ince bacakların her birine ve numunenin gövdesine ortalanmış ve yaklaşık bir santimetre ayrılmış iki işaret yerleştirin. Her bacağın ucuna 3D baskılı veya lazer kesimli bir sekme takmak için yapışkan benzeri siyanoakrilat yapıştırıcı kullanın.
İki uzunlukta ince oltayı ölçün ve kesin. Mekanizma boyunca dış kasnak setine iç yönlendirme için yaklaşık 30 santimetre hat gereklidir. Dış kasnaklardan geçen çizgilerin sonuna beş gramlık tartım plakaları takın ve diğer ucunu her bir bacaktaki tırnağa bağlayın.
Numune tutucu parmak vidasını kullanarak numunenin tabanını kelepçeleyin ve her bir bacak için çizgiyi kasnak sisteminin her iki tarafına yönlendirin. Açı ayarlama mekanizmasının alt tarafına karşı bir kamera tutarak numune ihmal edilebilir ağırlık altındayken numunenin üstten fotoğrafını çekin. Açı dışı efektleri en aza indirmek için kameranın örnek düzleme paralel olduğundan emin olun.
Dış kasnakların yakınındaki oltanın her iki ucuna 75 gramlık istenen ön yük ağırlığını ekleyin. Bu malzeme ve numune geometrisi kombinasyonu için istenirse yırtılma katkısını değiştirmek için bu miktarı 150 grama yükseltin veya 50 grama düşürün. Üç yönlü mikro ayarlama aşamasının Z bileşenini kullanarak oltayı en alçak kasnaktan numune ayaklarının Z düzlemiyle hizalayın.
Ağırlık eklendikten sonra numunenin ikinci bir fotoğrafını çekin. Beklenen bıçak ucunu yaklaşık olarak hedefin görüş alanına yakın bir yere yerleştirin. Jilet bıçağını karşılık gelen bıçak klipsine yerleştirin ve bıçağı ayarlanmış bir vida ile yerine sabitleyin.
Bu kırpılmış tıraş bıçağını yük hücresine bağlı bıçak klipsi yuvasına kaydırın. Daha yakın görüntüler isteniyorsa, 2,5x mikroskop hedefini veya 20x'e kadar yüksek bir hedefi seçin ve iletilen ışık ayarını kullanarak gerekirse numunenin arkasındaki ışığı artırın. Bıçak yerindeyken, ucu hedefe uygun çalışma mesafesine getirmek için gerekirse dikey ayarlama sistemini kullanarak mikroskobu bıçağın en yakın yüzeyine odaklayın.
Üç yönlü mikro ayarlama aşamasının yalnızca X ve Y yönlerini kullanarak tıraş bıçağını mikroskobun görüş alanı içinde dikkatlice hizalayın. Mikroskopu numuneye odaklayın ve mikroskop X / Y aşamasını çevirerek çatlak ucunu tıraş bıçağı ile hizalayın. Bu, numunenin orta düzleminin açı ayarlama mekanizmasının orta düzlemiyle hizalanmasını sağlar.
Yük hücresi veri alımı için kullanılan kodu açın ve Kaydı Başlat düğmesini tıklatarak yük hücresi verilerini kaydetmeye başlayın. Mikroskop aşaması kontrolünü kullanarak numuneyi sabit hızda bir santimetre veya daha fazla tıraş bıçağına doğru çevirin. Mikroskopun görüntüleme arayüzünü kullanarak aynı anda görüntü toplayın.
Mikroskop X/Y aşaması durduğunda, Kaydı Durdur Verileri kaydetmeyi durdurmak ve yükleme ve zaman yanıtının bir metin dosyasını otomatik olarak kaydetmek için düğmesine basın. Ultra keskin bir bıçak kullanan polidimetilsiloksan için kuvvet-zaman eğrisi burada gösterilmiştir. Eğrinin elastik yükleme, kesme başlatma, kararlı durum kesme ve boşaltma bölgeleri grafikte etiketlenir.
Bu veriler, tipik olarak kesim başlatma için gerekli olan yüksek bir başlangıç kuvvetini, ardından kararlı durum kesimini gösteren sabit bir kuvveti göstermektedir. Kesme kuvveti, bu kararlı devlet rejimi içindeki kuvvetin maksimum değeridir. Burada gösterilen kırmızı daireler, mikroskop tarafından elde edilen belirli görüntülere karşılık gelir.
Benek deseni hareketinin gözlemlenmesini kolaylaştırmak için sarı bir daire eklenmiştir ve bu sayılar görüntü zaman damgalarını ve saniyelerini gösterir. Ölçülen kararlı durum kesme kuvveti, bacak açısı tetası, numune kalınlığı T, ön yük f ve bıçak yarıçapının deneysel test parametreleri ile birleştirildiğinde, gösterilen denkleme göre kararlı durum kesme enerjisini verir. Burada, bu koşullar için literatürde daha önce bildirilen kesme enerjisini başarıyla çoğaltıyoruz.
Y şeklindeki kesimi mikroskopa dahil ederek, floresan problar, otofloresan ve tam alan mukavemet teknikleri aracılığıyla yumuşak-katı ve yumuşak doku yetmezliğine mikroyapısal katkıların miktarını sağlıyoruz.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu protokol, yumuşak katılarda kırılma enerjisini ve kritik yüzey oluşturma bağlantı ölçeklerini ölçen Y şeklindeki bir kesme tekniğini açıklar. Bu yöntemi bir mikroskopla entegre ederek araştırmacılar bu süreçlerde yer alan mikroyapısal mekanizmaları araştırabilir.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Yumuşak malzemeler
- Kırılma mekaniği
- Mikroskop teknikleri
Arka Plan
- Geleneksel yöntemler, kırılma ölçümü için büyük yerleştirilmiş çatlakları içerir.
- Bu protokol plaka indüslü gerilme lokalizasyonunu kullanır.
- Yaklaşım, iç kırılma süreçlerini görüntülemek için görüş alanını en aza indirir.
- Elde edilen bilgiler hem sentetik malzemeler hem de biyolojik dokular için geçerli olabilir.
Çalışmanın Amacı
- Yumuşak malzemelerde kırılma ile ilgili uzunluk ölçeklerini ve enerjileri ölçmek.
- Yumuşak katılarda kırılma mekanizmalarının anlaşılmasını artırmak.
- Kırılma sürecinin in situ gözlemi için ayrıntılı bir yöntem sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- Sahne üzerine monte edilmiş slayt tutucusunun özel bir numune tutucu ile değiştirilmesi.
- Birimin mikroskoba gözlem için bağlanması.
- Doğrusal bir slayt kullanarak kupa açısının ayarlanması.
- Test sırasında kırılma sürecinin in situ görüntülenmesi.
Ana Sonuçlar
- Yumuşak malzemelerde kırılma enerjisinin başarılı ölçümü.
- Kritik yüzey oluşturma bağlantı ölçeklerinin belirlenmesi.
- Mikroyapısal kırılma mekanizmalarının gelişmiş görüntülenmesi.
- Biyolojik yumuşak dokuları anlamak için potansiyel uygulamalar.
Sonuçlar
- Y şeklindeki kesme tekniği, yumuşak malzeme kırılmalarına değerli bilgiler sağlar.
- Mikroskop ile entegrasyon, kırılma süreçlerinin detaylı gözlemi için olanak tanır.
- Bu yöntem hem sentetik hem de biyolojik malzemeler için uygulanabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Microscope-mounted Y-shaped cutting enables precise quantification of failure energy and threshold length scales in soft materials, directly supporting early-stage mechanistic de-risking in biopharma R&D. Integrating this technique with high-resolution imaging allows teams to interrogate microstructural failure mechanisms in synthetic polymers, tissues, and biomembranes. This capability enhances predictive confidence for material selection and risk-adjusted advancement in translational research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct measurement of material failure energy and critical length scales for biological and synthetic soft solids.
- Supports mechanistic de-risking by visualizing microstructural failure processes under controlled deformation.
- Facilitates hypothesis testing on the impact of microstructure and composition on failure response.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible force and energy measurements for comparative material evaluation.
- Delivers quantitative outputs suitable for downstream screening and platform integration.
- Allows for rapid adjustment of test parameters, supporting assay scalability and reuse across material classes.
Translational & Preclinical Research
- Enables alignment of in vitro failure metrics with disease-relevant tissue mechanics when studying biomembranes or soft tissues.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation by linking microstructural imaging to functional failure outcomes.
- Reduces translational risk by providing mechanistic insight into material and tissue robustness under physiologically relevant loads.
Pipeline & Workflow Integration
This horizontally mounted Y-shaped cutting protocol fits within the discovery-to-preclinical continuum, bridging material characterization, assay development, and translational research.
- Discovery Biology: Quantifies failure thresholds and energy dissipation, informing target validation and material selection.
- Screening: Supplies reproducible, quantitative force and energy data for cross-condition comparison.
- Analytics: Generates force-time curves and image-synchronized datasets for robust statistical analysis.
- Translational Research: Links microstructural failure imaging to preclinical tissue performance when relevant.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, microscope-compatible platform adaptable to diverse soft material systems.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in material and tissue failure mechanisms.
- Operational Value: Delivers standardized, high-precision measurements with sub-millinewton accuracy.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by reducing ambiguity in material robustness and failure risk.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of materials and tissue models for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microscopy, force measurement, and soft material handling.
- Needs an inverted microscope, custom sample holder, and load cell instrumentation.
- Demands cross-team standardization of sample preparation and imaging protocols.
- Adaptable to a range of soft synthetic and biological materials with appropriate sample geometry.
- Accuracy and reproducibility depend on precise alignment and calibration of the apparatus.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:40
Apparatus Mounting
1:10
Sample Preparation
2:20
Sample Mounting
3:17
Blade Mounting and Apparatus Alignment
4:15
Testing
4:49
Results: The Force‐Time Curve for Polydimethylsiloxane and the Viability of the Setup for Simultaneously Gathered Microscope Images
5:46
Conclusion
