עבודה זו נתמכה על ידי קרן המדע הלאומית [מכניקה של חומרים, מבנים תוכנית, להעניק מספר 1562656]; האגודה האמריקנית של מהנדסי מכונות [פרס החוקר הצעיר Haythornthwaite].

<ol>
	<li>Wegst, U. G., Bai, H., Saiz, E., Tomsia, A. P., Ritchie, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+structural+materials.">Bioinspired structural materials.</a> Nat. Mater. 14 (1), 23-36 (2015).</li><li>Meyers, M. A., McKittrick, J., Chen, P. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+biological+materials:+critical+mechanics-materials+connections.">Structural biological materials: critical mechanics-materials connections.</a> Science. 339 (6121), 773-779 (2013).</li><li>Bodde, S. G., Meyers, M. A., McKittrick, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlation+of+the+mechanical+and+structural+properties+of+cortical+rachis+keratin+of+rectrices+of+the+Toco+Toucan+(Ramphastos+toco).">Correlation of the mechanical and structural properties of cortical rachis keratin of rectrices of the Toco Toucan (Ramphastos toco).</a> J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 4 (5), 723-732 (2011).</li><li>Gibson, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hierarchical+structure+and+mechanics+of+plant+materials.">The hierarchical structure and mechanics of plant materials.</a> J. R. Soc. Interface. , (2012).</li><li>Monn, M. A., Kesari, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+structure-property+connection+in+the+skeletal+elements+of+the+marine+sponge+Tethya+aurantia+that+guards+against+buckling+instability.">A new structure-property connection in the skeletal elements of the marine sponge Tethya aurantia that guards against buckling instability.</a> Sci. Rep. 7, (2017).</li><li>Monn, M. A., Weaver, J. C., Zhang, T., Aizenberg, J., Kesari, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+functional+insights+into+the+internal+architecture+of+the+laminated+anchor+spicules+of+Euplectella+aspergillum.">New functional insights into the internal architecture of the laminated anchor spicules of Euplectella aspergillum.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112 (16), 4976-4981 (2015).</li><li>Monn, M. A., Kesari, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+bending+failure+strain+in+biological+glass+fibers+due+to+internal+lamellar+architecture.">Enhanced bending failure strain in biological glass fibers due to internal lamellar architecture.</a> J. Mech. Behav. Biomed. Mater. , (2017).</li><li>Levi, C., Barton, J. L., Guillemet, C., Bras, E., Lehuede, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+remarkably+strong+natural+glassy+rod:+the+anchoring+spicule+of+the+Monorhaphis+sponge.">A remarkably strong natural glassy rod: the anchoring spicule of the Monorhaphis sponge.</a> J. Mater. Sci. Letters. 8 (3), 337-339 (1989).</li><li>Kesari, H., Doll, J. C., Pruitt, B. L., Cai, W., Lew, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+surface+roughness+in+hysteresis+during+adhesive+elastic+contact.">Role of surface roughness in hysteresis during adhesive elastic contact.</a> Philos. Mag. Lett. 90 (12), 891-902 (2010).</li><li>Croisier, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+testing+of+electrospun+PCL+fibers.">Mechanical testing of electrospun PCL fibers.</a> Acta Biomater. 8 (1), 218-224 (2012).</li><li>Haque, M. A., Saif, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+MEMS-based+microscale+and+nanoscale+tensile+and+bending+testing.">A review of MEMS-based microscale and nanoscale tensile and bending testing.</a> Exp. Mech. 43 (3), 248-255 (2003).</li><li>Gudlavalleti, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Mechanical testing of solid materials at the micro-scale. , (2002).</li><li>Tohmyoh, H., Ishihara, M., Akanda, M. S., Yamaki, S., Watanabe, T., Iwabuchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accurate+determination+of+the+structural+elasticity+of+human+hair+by+a+small-scale+bending+test.">Accurate determination of the structural elasticity of human hair by a small-scale bending test.</a> J. Biomech. 44 (16), 2833-2837 (2011).</li><li>Waters, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Contact mechanics of biologically-inspired interface geometries. , (2009).</li><li>Dai, Z., Gorb, S. N., Schwarz, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Roughness-dependent+friction+force+of+the+tarsal+claw+system+in+the+beetle+Pachnoda+marginata+(Coleoptera,+Scarabaeidae).">Roughness-dependent friction force of the tarsal claw system in the beetle Pachnoda marginata (Coleoptera, Scarabaeidae).</a> J. Exp. Biol. 205 (16), 2479-2488 (2002).</li><li>Tramacere, F., Kovalev, A., Kleinteich, T., Gorb, S. N., Mazzolai, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+and+mechanical+properties+of+Octopus+vulgaris+suckers.">Structure and mechanical properties of Octopus vulgaris suckers.</a> J. R. Soc. Interface. 11 (91), (2014).</li><li>Ehrlich, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructural+organization+of+naturally+occurring+composites:+Part+I.+Silica-Collagen-based+biocomposites.">Nanostructural organization of naturally occurring composites: Part I. Silica-Collagen-based biocomposites.</a> J. Nanomater. 53, (2008).</li><li>Ehrlich, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mineralization+of+the+meter-long+biosilica+structures+of+glass+sponges+is+templated+on+hydroxylated+collagen.">Mineralization of the meter-long biosilica structures of glass sponges is templated on hydroxylated collagen.</a> Nat. Chem. 2, 1084-1088 (2010).</li><li>Ehrlich, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First+evidence+of+the+presence+of+chitin+in+skeletons+of+marine+sponges.+Part+II.+Glass+sponges+(Hexactinellida:+Porifera).">First evidence of the presence of chitin in skeletons of marine sponges. Part II. Glass sponges (Hexactinellida: Porifera).</a> J. Exp. Zoo. 308 (4), 473-483 (2007).</li><li>Ehrlich, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chitin+and+collagen+as+universal+and+alternative+templates+in+biomineralization.">Chitin and collagen as universal and alternative templates in biomineralization.</a> Int. Geol Rev. 52, 661-699 (2010).</li><li>Ehrlich, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supercontinuum+generation+in+naturally+occurring+glass+sponge+spicules.">Supercontinuum generation in naturally occurring glass sponge spicules.</a> Adv. Opt. Mater. 4 (10), 1608-1613 (2016).</li><li>Ehrlich, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcite+reinforced+silica-silica+joints+in+the+biocomposite+skeleton+of+deep-sea+glass+sponges.">Calcite reinforced silica-silica joints in the biocomposite skeleton of deep-sea glass sponges.</a> Adv. Funct. Mater. 21, 3473-3481 (2011).</li><li>Werner, P., Blumtritt, H., Zlotnikov, I., Graff, A., Dauphin, Y., Fratzl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+microscope+analyses+of+the+bio-silica+basal+spicule+from+the+Monorhaphis+chuni+sponge.">Electron microscope analyses of the bio-silica basal spicule from the Monorhaphis chuni sponge.</a> J. Struct. Biol. 191 (2), 165-174 (2015).</li><li>Kolednik, O., Predan, J., Fischer, F. D., Fratzl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+Design+Criteria+for+Damage-Resistant+Materials+with+Periodically+Varying+Microstructure.">Bioinspired Design Criteria for Damage-Resistant Materials with Periodically Varying Microstructure.</a> Adv. Funct. Mater. 21 (19), 3634-3641 (2011).</li><li>Weaver, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unifying+design+strategies+in+demosponge+and+hexactinellid+skeletal+systems.">Unifying design strategies in demosponge and hexactinellid skeletal systems.</a> J. Adhes. 86 (1), 72-95 (2010).</li><li>Walter, S. L., Flinn, B. D., Mayer, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+toughening+of+a+natural+rigid+composite.">Mechanisms of toughening of a natural rigid composite.</a> Mater. Sci. Eng. C. 27 (3), 570-574 (2007).</li><li>Ehrlich, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silica+biomineralization+in+Sponges.">Silica biomineralization in Sponges.</a> Encyclopedia of Geobiology. , 796-808 (2011).</li><li>Zlotnikov, I., Werner, P., Fratzl, P., Zolotoyabko, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eshelby+Twist+as+a+possible+source+of+lattice+rotation+in+a+perfectly+ordered+protein/silica+structure+grown+by+a+simple+organism.">Eshelby Twist as a possible source of lattice rotation in a perfectly ordered protein/silica structure grown by a simple organism.</a> Small. 11 (42), 5636-5641 (2015).</li><li>Zlotnikov, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+perfectly+periodic+three-dimensional+protein/silica+mesoporous+structure+produced+by+an+organism.">A perfectly periodic three-dimensional protein/silica mesoporous structure produced by an organism.</a> Adv. Mater. 26 (11), 1682-1687 (2014).</li><li>Gere, J. M., Timoshenko, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+5:+Stresses+in+Beams.">Chapter 5: Stresses in Beams.</a> Mechanics of materials. , 205-217 (1997).</li><li>Baratta, F. I., Matthews, W. T., Quinn, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Errors associated with flexure testing of brittle materials. , (1987).</li><li>Quinn, G. D., Sparenberg, B. T., Koshy, P., Ives, L. K., Jahanmir, S., Arola, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexural+strength+of+ceramic+and+glass+rods.">Flexural strength of ceramic and glass rods.</a> J. Test. Eval. 37 (3), 1-23 (2009).</li><li>Tattersall, H. G., Tappin, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+work+of+fracture+and+its+measurement+in+metals,+ceramics+and+other+materials.">The work of fracture and its measurement in metals, ceramics and other materials.</a> J. Mater. Sci. 1 (3), 296-301 (1966).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

מספר שלבים של הפרוטוקול חשובים במיוחד להבטחת displacements וכוחות נמדדים באופן מדויק. בעוד חלק השלבים הקריטיים אוניברסלית כל הבדיקות כיפוף השלשה, אחרים הם ייחודיים להתקן זה בדיקות מכניות.
שלב 1.2 של פרוטוקול המראה LP הוא ניקה ולא בדק עבור שריטות, וכן שלב 1.6 של הפרוטוקול רווח FODS מוגדר. חשוב על השקיפות מראה LP כדי להיות קבוע על שלבים 2, 4ו- 5 לפרוטוקול ורווח. מסיבה זו, כיול שני השלבים (שלבים 2 ו- 4 לפרוטוקול) צריכה להתבצע באופן מיידי לפני הבחינה כיפוף (שלב 5 לפרוטוקול).
בין השלבים 1.9 3.7 של הפרוטוקול הבמה היא החלקה לגבי השטח של הטבלה בידוד. השלבים הבאים להבטיח כי <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg"> הוא המרכיב של כוח בניצב לציר האורך של spicule. המסגרת של המכשיר בדיקה מכאנית מיוצר כך זיז, LP במראה, פני FODS מקבילים כל השטח של הטבלה בידוד. משמעות הדבר היא כי החיישן כוח ימדוד את הרכיב של כוח ותזוזה נורמלי למשטח השולחן בידוד. אם החלק העליון של השלב הוא לא מיושרים לפי זווית <img alt="Equation 53" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq53.jpg"> לגבי השטח של הטבלה בידוד, ואז העקירה מדודה של LPT יהיה <img alt="Equation 55" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq55.jpg"> </img>, איפה <img alt="Equation 54" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq54.jpg"> ניצב העקירה בפועל בכיוון ציר האורך של spicule (ראה איור 7). מאז <img alt="Equation 56" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq56.jpg"> </img>, התוצאה היא מעל חיזוי של כוחות יישומית, תחת חיזוי של spicule displacements לפי משוואות (1) ו- (2).
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig7.jpg"> 
איור 7: השפעת שלב ההחלקה על המידות הזחה. (א) הבמה הוא מוטה בזווית, <img alt="Equation 53" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq53.jpg"> </img>, השטח של הטבלה בידוד, המשטח התחתון של הזיז. (B) העקירה של אריך הנגן בכיוון אנכי, <img alt="Equation 50" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq50.jpg"> (ראה איור 1 ) (ד)), נמדד על ידי FODS. המרכיב של העקירה LP בכיוון מאונך לציר של spicule <img alt="Equation 54" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq54.jpg"> </img>. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56571/56571fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
צעדים 5.1-5.3 של פרוטוקול ש-LPT הוא ממוקם באמצע הדרך לאורך טווח של התעלה. אי-התאמות של LPT לגבי אורך מאמצע תגרום הדגימה המופיעים נוקשה מכפי שזה 31,32. כלומר, העקירה של spicule יהיה קטן יותר מזה אשר ניתן למדוד אם באותו הכוח הוחלו על אמצע טווח. סוג זה של אי-התאמות יכול להימנע על ידי לא הסרת את הבמה צלחת הבסיס הבמה או התאמת ה- x-מיקום הבמה הציר לאחר ההליך המרכוז מלאה (שלבים 5.1-5.3 לפרוטוקול).
מגבלה אחת של שיטה זו היא כי על מנת להפחית את חוסר ודאות המדידה היחסית של המדידות כוח ותזוזה, הקשיחות זיז צריך להיות נבחר כך החשמלי פלט FODS, משתרעים בטווח המלא של 1.8 4.5 V במהלך כיפוף מבחן. עם זאת, טווח מתח זה מקביל זיז תזוזה של ≈250 מיקרומטר, וזה בערך זהה העקירה spicule רק לפני זה נכשל (ראה איור 6 (ג)). משמעות הדבר היא כי הזיז את spicule יש stiffnesses דומה. אמנם זה לא בעייתי עבור מדידת מאפיינים של spicules והיענות אלסטי, זה למנוע את מדידה מדויקת של מאפייני הקשיחות של spicules. זה בגלל כדי להבטיח מדידה מדויקת של מאפייני קשיחות, סדק spicule עליך להפיץ ב מבוקר 33. בדרך כלל, זה אפשרי רק אם המכשיר בדיקה הוא נוקשה יותר מאשר הדגימה 33. על מנת להגביר את הנוקשות של המכשיר בדיקה, חיישן תזוזה יותר רגיש יכול לשמש במקום FODS.
בעוד פרוטוקול בדיקת כיפוף הוא הוכיח aspergillum אי spicules, המכשיר בדיקה מכאנית ניתן לבצע בדיקות כיפוף 3 נקודות על אחרים LBBSs, כמו גם חומרים סינתטיים. התקן מכני של בדיקה זו הוא המתאים ביותר עבור דגימות של מי קטרים חתך הרוחב נע בין 0.01 1 מ"מ ובשביל תעלה משתרע בין 1 ל 10 מ מ. עבור קטרים גדולים יותר, צריך מחדש על הבמה מדגם כך הדגימה לא יכול לגלגל על פני הבמה. זה לא עניין רק סיבים קטנים יותר, כמו spicules, בגלל החספוס של פני השטח של השלב מספיקה כדי למנוע את הדגימה מתגלגל. רדיוס של התעלה קצוות, LPT גם צריכה להיעשות גדולים יותר כדי להימנע מהחדרה נזק מקומי בנקודות הדגימה איפה נתמך 31,32. יתר על כן, כדאי הידק את הבמה החלקה צלחת ללוחית התחתונה הבמה (ראה איור 4א) באמצעות שקע ¼"-20 ראש קאפ הברגים לאחר שלב 3.7 של הפרוטוקול כדי למנוע שלב הטיית הכוחות יעלה על ≈1 ש
עבור כוח מדויקת ומדידה הזחה, הנוקשות של הזיז תמיד צריך להיות הרבה יותר קטן מאשר הנוקשות של המסגרת (≈107 N/m). דרישה זו מגבילה את הכוח המרבי שניתן להחיל על ידי המכשיר הזה ≈25 ש כתוצאה מכך, חשוב להעריך את הכוח המרבי שהדגימה יכול לעמוד לפני ביצוע בדיקת כיפוף כדי לקבוע אם התקן זה יכול לשמש כדי לבצע את הבדיקה.
עבודה זו מספקת את הפרוטוקול, שרטוטים טכניים (ראה 1 קובץ משלים) תוכנה (ראה קובצי קוד משלים) מתרבה ולשימוש התקן מכני של הבדיקה שלנו. זה יספקו בתקווה פלטפורמה למדידת במדויק את התנהגות flexural LBBSs שונים רבים. מדידות אלה הן תנאי הכרחי לפיתוח הבנה עמוקה יותר את הקשר בין הארכיטקטורה של LBBS שלה תכונות מכניות.

על ידי לימוד של הארכיטקטורות של הנשיאה מבנים ביולוגיים (LBBSs), כגון shell ועצם, פיתחו מהנדסי חומרים מרוכבים חדשים חזק וקשוח 1. הוכח, כי התכונות המכאניות מדהים של LBBSs ושל עמיתיהם בהשראה ביו קשורים שלהם ארכיטקטורות מורכבות פנימית 2. עם זאת, קשרי הגומלין בין ארכיטקטורות LBBS תכונות מכניות הם לא מובן במלואו. מדידת תגובת מכני של LBBS הוא הצעד הראשון לקראת הבנת איך הארכיטקטורה משפר תכונות מכאניות שלה.
עם זאת, חשוב כי סוג המבחן המשמש למדידת התגובה מכני של LBBS הוא עקבי עם תפקידה מכני. לדוגמה, מאז נוצות חייב לתמוך המון אווירודינמי, התפקיד העיקרי של rachis נוצות נועד לספק קשיחות flexural 3. לכן, בדיקת כיפוף הוא מועדף במבחן המתח uniaxial למדידת תגובתה מכני. למעשה, LBBSs רבים – כגון נוצה rachises 3, דשא נובעת 4ו-7,6, 5,spicules8— עיקום בעיקר על ידי כיפוף. זאת משום LBBSs אלו הן —כלומר, אורכם גדול בהרבה רוחב או עומק שלהם. עם זאת, ביצוע בדיקות כיפוף על LBBSs אלה הוא מאתגר כי הכוחות ואת displacements זה שהם יכולים לעמוד לפני שההפעלה נכשלת בטווח שבין 10-2 102 N ו- 10-4 עד 10-3 מ', בהתאמה 3 , 4 , 5 , 7 , 8. כתוצאה מכך, המכשיר המשמש לביצוע בדיקות מכניות אלו צריך החלטות כוח ותזוזה של ≈10-5 N ו- m-7 ≈10 (קרי, 0.1% מקסימום כוח measureable ותזוזה של החיישן), בהתאמה.
מידה זמינים מסחרית, גדול, בבדיקת מערכות מכניות בדרך כלל לא יכול למדוד כוחות, displacements עם החלטה זו. בעוד כוח אטומי מבוסס-מיקרוסקופ 9,10 או microelectromechanical מבוססי מערכות 11 התקנים הבדיקה יש פתרון הולם, הכוח המרבי (תזוזה בהתאמה) הם יכולים למדוד הוא קטן יותר מקסימום כוח (תזוזה בהתאמה) כי LBBS יכול לעמוד. לכן, כדי לבצע בדיקות כיפוף על אלה LBBSs, מהנדסים ומדענים חייבת להסתמך על לפי הזמנה מכני בדיקות מכשירים 5,7,12,13. היתרון העיקרי של התקנים לפי הזמנה אלה היא כי הם יכולים להכיל טווחים גדולים של כוחות, displacements. עם זאת, הקמה ותפעול של התקנים אלה לא מתועדת בספרות.
פרוטוקול מתואר עבור ביצוע בדיקות כיפוף השלשה באמצעות התקן שהותקן הבדיקה מכני שיכול למדוד כוחות ועד 10-5 101 N ו displacements ועד 10-7 10-2 מ'. שרטוטים טכניים, כולל כל הממדים, המרכיבים של המכשיר בדיקה מכאנית הינם מסופקים בכל החומר משלים. היתרון העיקרי של מכשיר הבדיקה מכני זה היא כי ניתן להתאים בקלות טווחי כוח ותזוזה שיתאימו LBBSs שונים. עקרונות הפעולה של המכשיר דומה לזה של מיקרוסקופ כוח אטומי 9. במכשיר הזה, הדגימה מושם על פני תעלה לחתוך לתוך צלחת נירוסטה (ראה איור 1A-C). אורך של התעלה נמדד אופטית micrographs להיות 1278 ± 3 מיקרומטר (זאת אומרת ± סטיית התקן; n = 10). קצות התעלה תומכים הדגימה במהלך בדיקת כיפוף (ראה איור 1Cו- D). בשלב זה מדגם זה מצורף לשלב שלושה צירים תרגום וממוקמים מתחת לתבנית אלומיניום כך בתבנית הינו ממוקם באמצע הדרך לאורך טווח של התעלה (ראה איור 1C). על-ידי הזזת את הבמה <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> כיוון (ראה איור 1Aו- C), הדגימה נדחף לתוך בתבנית גורם הדגימה לכופף.
אנו מכנים התבנית הקצה נקודת טעינה (LPT), המרכיב של ההתקן המכיל את התבנית כנקודת עומס (LP). אריך הנגן מצורפת לסוף זיז הזחה אשר נמדד על ידי חיישן תזוזה סיב אופטי סיבים (FODS). FODS פולט אור אינפרא אדום, אשר משתקף מתוך מראה ממוקם על המשטח העליון של אריך הנגן (ראה איור 1B) וקיבלה סיב אופטי ב- FODS. ≈5 מ מ מרובע פיסת הסיליקון מלוטש רקיק משמשת כמראה LP ו למוט אריך הנגן באמצעות אפוקסי. FODS מודד displacements על-ידי השוואת עוצמות האור הנפלט ושיקפה. הנוקשות זיז ותזוזה משמשים לחישוב הכוח, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg"> </img>, שחווים התבנית בגלל ביחסיו עם הדגימה. העקירה זיז משמש גם כדי לחשב העקירה של חתך הרוחב של הדגימה מתחת התבנית, <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq3.jpg"> </img>. כח המבוססת על זיז חיישנים השתמשו במספר של מיקרו, מאקרו-סרגל מכני בדיקות מחקרים 10,11,12,13,14. העיצוב ספציפי המוצג כאן הוא ממאמרו של מכשיר הבדיקה מכני המשמש לביצוע ניסויים קשר דבק 14. עיצוב דומה שימש גם ב- 15,זמינים מסחרית מיקרו-tribometer16.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig1.jpg"> 
איור 1: סקירה של המכשיר בדיקה מכניים לפי הזמנה- (א) א באמצעות מחשב עיבוד העיצוב של המכשיר. הרכיבים הבמה מסומנים בירוק. הכוח חישה הרכבת המשנה של הירוק (זיז, נקודת טעינה (LP)) מסומן באדום. (B) A מוגדל תצוגה של (). המראה LP מוצג בצבע כחול על המשטח העליון של אריך הנגן מתחת FODS, הנקרא LPM. (ג) מערכת הקואורדינטות המשמש לתיאור התנועה של השלב תרגום. עקב החלקת the שלב שלב 1.9 של הפרוטוקול, <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> כיוון נעשית בקנה אחד עם וקטור נורמלי על פני השטח של השיקוף LP. (ד) A תרשים סכמטי של תצורת כיפוף השלשה מציג להרכב את spicule, את displacements נמדד <img alt="Equation 49" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq49.jpg"> </img>, ו <img alt="Equation 50" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq50.jpg"> </img>. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56571/56571fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
יכולות ההתקן מודגמות על-ידי ביצוע בדיקות כיפוף 3 נקודות על רכיבי השלד של הספוג הימי Euplectella aspergillum6,7. השלד של ספוג זה הוא הרכבה של חוטים, שנקרא spicules (ראה איור 2א). Spicules ≈50 מיקרומטר עבה, מורכבים בעיקר סיליקה 6. Spicules מבוססי Biosilica מצויים ספוגים השייכים המעמדות Demospongiae, Homoscleromorpha ו- Hexactinellida. ספוגים, כגון אי aspergillum, השייכים למחלקה Hexactinellida ידועים גם בשם "זכוכית ספוגים." ואילו spicules של זכוכית ספוגים מורכבים בעיקר סיליקה, הוכח כי סיליקה מכיל לעיתים קרובות של מטריקס אורגני מורכב או קולגן 17,18 או כיטין 19,20 , 21. מטריקס אורגני זה ממלא תפקיד חשוב ב סיליקה ביומינרליזציה 18,20. יתר על כן, בעוד כמה spicules מטריקס אורגני משמש גם תבנית עבור ביומינרליזציה של סידן 22. בנוסף הוא מופץ בתוך סיליקה, מטריקס אורגני יכול גם טופס שכבות נפרדות למחיצות סיליקה של spicule לתוך קונצנטריים, גליליים lamellae 6,23. הוכח כי ארכיטקטורה זו קונצנטריים, מחליפי יכול להשפיע על spicules' דפורמציה התנהגות 6,7,8,24,25,26 . כתוצאה מכך, תכונות מכניות של spicules נקבעים על-ידי שילוב של הכימיה שלהם (כלומר., המבנה הכימי של החומר המרוכב סיליקה-חלבון) ו שלהם אדריכלות 27. מבנה כימי והן הארכיטקטורה של זכוכית ספוג spicules הם עדיין תחת חקירה 24,28,29.
רוב spicules ב aspergillum אי ביצרו יחד כדי ליצור כלוב השלד נוקשה. עם זאת, בבסיס של השלד יש ציצה של רב spicules (≈10 ס מ) המכונה של spicules עוגן (ראה איור 2א). אנו מתארים הפרוטוקול עבור ביצוע בדיקות כיפוף 3 נקודות על מקטעים קטנים של spicules העוגן.
שלב 1 של הפרוטוקול, מתואר ההליך עבור בניית ויישור המרכיבים של המכשיר בדיקה מכניים לפי הזמנה. שלבים 2 ו- 4 של הפרוטוקול לספק הוראות עבור נתוני כיול ביצירת המשמשת לחישוב displacements במבחן כיפוף וכוחות. הצעדים שננקטו כדי להכין קטע spicule, הר זה כדי הנורה מבחן מתוארים בשלב 3. ההליך לביצוע הבדיקה כיפוף בחלק spicule מתואר בשלב 5. לבסוף, במקטע תוצאות נציג נתוני הכיול שהתקבל ב שלבים 2 ו- 4 משמשים יחד עם הנתונים בדיקת כיפוף שהושג בשלב 5 לחישוב <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq2.jpg"> , <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq3.jpg"> </img>.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig2.jpg"> 
איור 2: נוהל חלוקתה, בדיקת aspergillum א spicules. (א) השלד של אי aspergillum. ציצת שעמד חופשי עוגן spicules מוצג בבסיס של השלד. סרגל קנה מידה היא ~ 25 מ מ. (B) ש-spicule עוגן יחיד מתקיים במקום בשקופית מיקרוסקופ בעזרת מברשת סייבל #00000 אדום, למחלקה באמצעות סכין גילוח. סרגל קנה מידה היא ~ 12 מ מ. (ג) קטע spicule aspergillum אי ממוקמים לאורך התעלה על הבמה הדגימה. חפירות קצוות של הרכס תעלה מסומנים בצבעי טורקיז וכתום, בהתאמה. Spicule הוא דחף מול הרכס תעלה כדי להבטיח הציר בניצב הקצוות תעלה. (ד) A micrograph של spicule מעביר את הליך הבדיקה שמתואר שלב 3.4 של הפרוטוקול, המתאר כיצד לקבוע אם מקטע spicule פגום ולא צריכים להיות מושלך. Micrograph (אי) A של spicule המכיל הרבה שברים, חסרים חלקים גדולים של שכבות סיליקה היה נכשל ההליך ביקורת המתוארים שלב 3.4 של הפרוטוקול. גודל ברים = 250 מיקרומטר (C), 100 מיקרומטר (D) ו- 100 מיקרומטר (E). <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56571/56571fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>TMC 36&#34; x 48&#34; isolation table with 4&#34; CleanTop breadboard</td>
			<td>TMC</td>
			<td>63-563</td>
			<td>Isolation Table</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diffeential Screw Adjuster</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>DAS110</td>
			<td>For stage leveling plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1&#34; Travel Micrometer Head with 0.001&#34; Graduations</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>150-801ME</td>
			<td>For stage leveling plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Right-Angle Bracket for PT Series Translation Stages, 1/4&#34;-20 Mounting Holes</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PT102</td>
			<td>For microscope mount</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1&#34; Dovetail Translation Stage, 1/4&#34;-20 Taps</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>DT25</td>
			<td>For microscope mount</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1&#34; Translation Stage with 1/4&#34;-170 Adjustment Screw, 1/4&#34;-20 Taps</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PT1B</td>
			<td>For microscope mount</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>12&#34; Length, Dovetail Optical Rail</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>54-401</td>
			<td>For microscope mount</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2.5&#34; Width, Dovetail Carrier</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>54-404</td>
			<td>For microscope mount</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.5&#34; Width, Dovetail Carrier</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>54-403</td>
			<td>For microscope mount</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>InfiniTube Mounting C-Clamp with &#188;-20</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>57-788</td>
			<td>Microscope component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard (with no In-Line Attachment), InfiniTube</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>56-125</td>
			<td>Microscope component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard In-Line Attachment (Optimized at 2X-10X), InfiniTube</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>56-126</td>
			<td>Microscope component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mitutoyo/Achrovid Objective Adapter (M26 to M27)</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>53-787</td>
			<td>Microscope component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5X Infinity Achrovid Microscope Objective</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>55-790</td>
			<td>Microscope component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.316&#34; ID, Fiber Optic Adapter SX-6</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>38-944</td>
			<td>Microscope component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#188;&#34; x 36&#34;, Flexible Fiber Optic Light Guide</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>42-347</td>
			<td>Microscope component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>115V, MI-150 Fiber Optic Illuminator w/IR Filter and Holder</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>55-718</td>
			<td>Microscope component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Allied Vision Manta G-223 2/3&#34; Color CMOS Camera</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>88-452</td>
			<td>Microscope component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Supply for Manta/ Guppy Pro/ Stingray/ Pike</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>68-586</td>
			<td>Microscope component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; Travel Single Axis Translation Stage</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>MS1S</td>
			<td>FODS micrometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analog Reflectance Dependent Fiber Optic Displacement Sensor</td>
			<td>Philtec</td>
			<td>D20</td>
			<td>FODS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30V, 3A DC Power Supply</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>U8001A</td>
			<td>Power supply for DAQ and FODS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>14-Bit, 48 kS/s Low-Cost Multifunction DAQ</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>USB-6009</td>
			<td>DAQ for FODS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Three Axis Motorized Translation Stage</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>Thorlabs T25 XYZ-E/M</td>
			<td>Translation stage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-Cube DC Servo Motor Controller</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>TDC001</td>
			<td>Motor controller for stage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-Cube Power Supply</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>TPS001</td>
			<td>Power supply for motor controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>National Instruments LabVIEW (2013 SP1)</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td></td>
			<td>Used for running software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>National Instruments LabVIEW Vision Acquisition Software (2016)</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td></td>
			<td>Used for running software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon Eclipse Ci-POL Main Body</td>
			<td>MVI</td>
			<td>MDA96000</td>
			<td>Polarized light microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon Pi Intermediate Tube with Analyzer Slider</td>
			<td>MVI</td>
			<td>MDB45305</td>
			<td>Polarized light microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon Dia-Polarizer</td>
			<td>MVI</td>
			<td>MDN11920</td>
			<td>Polarized light microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Cord - 7&#39;6&#34;</td>
			<td>MVI</td>
			<td>79035</td>
			<td>Polarized light microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon P-Amh Mechanical Stage</td>
			<td>MVI</td>
			<td>MDC45000</td>
			<td>Polarized light microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon Lwd Achromat Condenser</td>
			<td>MVI</td>
			<td>MBL16100</td>
			<td>Polarized light microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon LV-NBD5BD-CH Manual Quint Nosepiece ESD</td>
			<td>MVI</td>
			<td>MBP60125</td>
			<td>Polarized light microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon C-TF Trinocular Tube F</td>
			<td>MVI</td>
			<td>MBB93100</td>
			<td>Polarized light microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon CFI 10X Eyepiece FN 22mm NC</td>
			<td>MVI</td>
			<td>MAK10110</td>
			<td>Polarized light microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon TU Plan Flour BD 10x Objective</td>
			<td>MVI</td>
			<td>MUE42100</td>
			<td>Polarized light microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Venus Flower Basket Sponge</td>
			<td>Denis Brand</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Sponge skeleton</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3.5X Headband Flip-Up Magnifier</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>1490T5</td>
			<td>Used for spicule sectioning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#216;1&#34; Silicon Wafer, Type P / &#60;100&#62;</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>16011</td>
			<td>Used for load point mirror</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low Lint Tapered Tip Cotton Swab</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>71035T31</td>
			<td>Used for cleaning LP mirror</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber grip precision knife</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>35575A68</td>
			<td>Used for sectioning spicules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Slides, frosted end, 75 x 25 x 1mm</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>260409</td>
			<td>Used for sectioning spicules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sable Brushes, #00000, 0.08mm W x 4.0mm L</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>11806</td>
			<td>Used for handling spicules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PELCO Pro High Precision Tweezers, extra fine tips, superior finish</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>5367-5NM</td>
			<td>Used for handling spicules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dual Axis Linear Scale Micrometer</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>58-608</td>
			<td>Used for calibrating the microscopes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FLEX-A-TOP FT-38 CAS</td>
			<td>ESD Plastic Containers</td>
			<td>FT-38-CAS</td>
			<td>Used for storing spicules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic Vial Bullseye Level</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>2147A11</td>
			<td>Used for leveling the stage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analytical Balance</td>
			<td>Mettler Toledo</td>
			<td>MS105DU</td>
			<td>Used to mass calibration weights</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a millimeter scale flexural testing system for measuring the mechanical properties of marine sponge spicules

רבים לטעון הנושאת מבנים ביולוגיים (LBBSs) – כמו נוצה rachises ו spicules — הם קטנים (&#60; 1 מ מ) אבל לא מיקרוסקופיים. מדידת ההתנהגות flexural של אלה LBBSs חשוב להבין את מקורותיה של הפונקציות מכנית יוצאת דופן שלהם.
אנו מתארים פרוטוקול עבור ביצוע בדיקות כיפוף השלשה באמצעות התקן שהותקן הבדיקה מכני שיכול למדוד כוחות ועד 10-5 101 N ו displacements ועד 10-7 10-2 מ'. היתרון העיקרי של מכשיר הבדיקה מכני זה היא כי ניתן להתאים בקלות היכולות כוח ותזוזה עבור LBBSs שונים. עקרונות הפעולה של המכשיר דומה לזה של מיקרוסקופ כוח אטומי. כלומר, כוח חל את LBBS על-ידי נקודת טעינה מצורפת לסוף זיז. העקירה נקודת טעינה נמדד על ידי חיישן תזוזה סיב אופטי סיבים, שהוסב כוח באמצעות הקשיחות זיז נמדד. ניתן לכוונן טווח כוח של המכשיר באמצעות cantilevers של stiffnesses שונים.
יכולות ההתקן מודגמות על-ידי ביצוע בדיקות כיפוף 3 נקודות על רכיבי השלד של הספוג הימי Euplectella aspergillum. רכיבי השלד – המכונה spicules — הם בסיבים סיליקה כ 50 מיקרומטר בקוטר. אנו מתארים את נהלי לכייל את המכשיר בדיקה מכאנית, הרכבה של spicules על מתקן כיפוף 3 נקודות עם טווח מ מ ≈1.3 ובדוק ביצוע כיפוף. הכוח להחיל את spicule והטיה שלה במיקום של הכוח יישומית נמדדים.

התוצרים הבסיסיות ביותר של כל מבחן מכני הם בסדר הגודל של הכוח שהוחלה על הדגימה ועל העקירה במיקום שבו הכוח מוחל. במקרה של בדיקת כיפוף השלשה, המטרה היא להשיג את סדר הגודל של הכוח שהחיל את LPT, <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg"> </img>, ותזוזה של חתך הרוחב של הדגימה מתחת LPT ב <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq4.jpg"> כיוון, <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq14.jpg"> </img>. עם זאת, עבור המכשיר בדיקה מכאנית המתוארים כאן מספר פעולות עיבוד דפוס חייב להתבצע להפוך את נתוני הפלט המתקבל שלבים 2, 4 ו-5 של הפרוטוקול זה רצוי <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg"> </img>- <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq14.jpg"> נתונים. קבצי הנתונים המתקבלים במבחן כיפוף השלשה הם: 1) בקובץ אינטרפולציה סטטי במתח; 2 קובץ כיול כוח); ו 3) הקובץ בדיקת כיפוף. סיכום של הכמויות נגזר הסלסולים מוצג בטבלה 1.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>סמל</td>
			<td colspan="4">הגדרה</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nh</td>
			<td colspan="4">מספר הערכים המתחים בקובץ הפלט אינטרפולציה סטטי במתח</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vh</td>
			<td colspan="4">מתח נמדדו הערכים בשלב 4 של פרוטוקול ה</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ΣVh</td>
			<td colspan="4">סטיית התקן של Vh </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>zsh</td>
			<td colspan="4">נמדד מיקום הבמה בשלב 4 של הפרוטוקול</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nc</td>
			<td colspan="4">מספר המדידות כוח בקובץ הפלט כיול כוח</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fc</td>
			<td colspan="4">כוח שהוחלו על-ידי משקולות כיול בשלב 2 של פרוטוקול ה</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vc</td>
			<td colspan="4">מתח נמדדו הערכים בשלב 2 של פרוטוקול ה</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ΣVc</td>
			<td colspan="4">סטיית התקן של Vc </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>zlc</td>
			<td colspan="4">המיקום של אריך הנגן בשלב 2 של הפרוטוקול שחושב באמצעות Vh ו- Vc </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>wlc</td>
			<td colspan="4">תזוזה של אריך הנגן בשלב 2 של הפרוטוקול שחושב מתוך zlc </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nt</td>
			<td colspan="4">מספר המדידות כוח ותזוזה בקובץ הפלט בדיקת כיפוף</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>zסנט</td>
			<td colspan="4">המיקום של הבמה בשלב 5 של פרוטוקול ה</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>wסנט</td>
			<td colspan="4">תזוזה של השלב בשלב 5 של פרוטוקול ה</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vt</td>
			<td colspan="4">מתח נמדדו הערכים בשלב 5 של פרוטוקול ה</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ΣVt</td>
			<td colspan="4">סטיית התקן של Vt </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>zlt</td>
			<td colspan="4">המיקום של אריך הנגן בשלב 5 של הפרוטוקול שחושב באמצעות Vh ו- Vt </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>wlt</td>
			<td colspan="4">תזוזה של אריך הנגן בשלב 5 של הפרוטוקול שחושב מתוך zlt </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>F</td>
			<td colspan="4">כוח מיושם על ידי אריך הנגן בשלב 5 של הפרוטוקול שחושב מתוך zlt </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>w0</td>
			<td colspan="4">תזוזה של חתך הרוחב של spicule תחת אריך הנגן בשלב 5 של פרוטוקול ה</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
טבלה 1: סיכום של סימנים לשימוש בכמויות נמדד בשלבים 2, 4 ו- 5 לפרוטוקול, שחושב במקטע תוצאות נציג.
המטרה של הקובץ אינטרפולציה סטטי במתח היא להתייחס נמדד FODS פלט המתחים LPT displacements. פעולה זו מתבצעת על-ידי נוקשה צימוד של LPT לבמה תרגום אז זה כמו הבמה הוא מועבר בתוך <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq1.jpg"> כיוון, בשינוי <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq5.jpg"> </img>-מיקום הבמה הציר שווה ל העקירה LPT (שלב 4 לפרוטוקול). חשמל סטטי-במתח אינטרפולציה הקובץ מכיל קבוצת נקודות <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq15.jpg"> </img>, איפה <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq16.jpg"> הוא הממוצע FODS פלט מתח השתלט על מדידות 100 בקצב דגימה של 1000 הרץ, <img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq17.jpg"> המשויך סטיית התקן של מתח 100 מדידות, <img alt="Equation 18" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq18.jpg"> יש <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq5.jpg"> </img>-מיקום הבמה הציר, <img alt="Equation 19" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq19.jpg"> הוא המספר של הבמה צעדים הזחה (ראה איור 6 (B)).
הקובץ כיול כוח מאפשרת הקשיחות זיז ניתן לומר כך LP displacements יכול לשמש כדי לחשב את סדר הגודל של הכוח מיושם על ידי אריך הנגן. הקובץ כיול כוח מכיל קבוצת נקודות <img alt="Equation 20" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq20.jpg"> </img>, איפה <img alt="Equation 21" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq21.jpg"> הוא הממוצע FODS פלט מתח השתלט על מדידות 100 בקצב דגימה של 1000 הרץ, <img alt="Equation 22" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq22.jpg"> המשויך סטיית התקן של ה-100 מדידות מתח, <img alt="Equation 23" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq23.jpg"> </img>הוא הכוח שהופעל על ידי המשקולות על LPT, ו <img alt="Equation 24" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq24.jpg"> הוא מספר משקולות כיול בשימוש. שים לב כי ישנן שתי נקודות יותר מאשר קיימים משקולות כיול כי הנקודה הראשונה נמדד עבור אפס חלה כוח והיא הנקודה השנייה עבור הכוח שהופעל על ידי הקרס תיל לבד.
לבסוף, הקובץ בדיקת כיפוף משמש לחישוב <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq14.jpg"> , <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg"> </img>. הוא מכיל קבוצת נקודות <img alt="Equation 25" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq25.jpg"> </img>, איפה <img alt="Equation 26" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq26.jpg"> הוא הממוצע FODS פלט מתח השתלט על מדידות 100 בקצב דגימה של 1000 הרץ, <img alt="Equation 27" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq27.jpg"> המשויך סטיית התקן של המדידות מתח 100, <img alt="Equation 28" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq28.jpg"> הוא <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq5.jpg"> -מיקום הבמה הציר, <img alt="Equation 29" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq29.jpg"> הוא הכדורים ממוr מהשלבים הזחה הבמה במהלך הבחינה כיפוף.
הראשון, <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq5.jpg"> רכיבים של העמדה של LPT במהלך הכיול כוח, <img alt="Equation 30" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq30.jpg"> </img>, על-ידי שימוש בערכת <img alt="Equation 31" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq31.jpg"> כדי למפות <img alt="Equation 21" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq21.jpg"> </img>ערכים כדי <img alt="Equation 32" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq32.jpg"> ערכים באמצעות אינטרפולציה ליניארית. <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq5.jpg"> רכיב של העקירה LPT ניתנת על-ידי <img alt="Equation 33" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq33.jpg"> </img>, <img alt="Equation 34" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq34.jpg"> </img>. מאז displacements LPT קטנים בהשוואה לאורכו של שלוחה, היחס בין <img alt="Equation 23" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq23.jpg"> , <img alt="Equation 35" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq35.jpg"> שנראה ליניארי. לכן, הקשיחות זיז יכול להיות מחושב על-ידי הזזת קו <img alt="Equation 36" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq36.jpg"> נתונים ומחשוב המדרון, <img alt="Equation 37" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq37.jpg"> </img>. נציג קבוצת נקודות <img alt="Equation 36" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq36.jpg"> </img>קו מצויד המתאים שלה מוצגות ב- איור 6א. הנוקשות של הזיז המשמשים את הניסויים כיפוף היה 90.6 ± 0.3 N/m.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56571/56571fig6.jpg"> 
איור 6: נציג תוצאות בדיקה כיפוף השלשה (א) כוח ותזוזה נתונים (אפור) שהושגו במהלך שלב 2 של פרוטוקול יחד עם התאמת ליניארי (כחול) המשמש להערכת את הנוקשות של הזיז. (B) נציג דוגמה הנתונים המוכלים בקובץ הפלט אינטרפולציה סטטי במתח. עבור FODS מדודה פלט מתח, <img alt="Equation 51" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq51.jpg"> </img>, המיקום של הבמה, <img alt="Equation 52" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq52.jpg"> </img>, ניתן להשיג באמצעות אינטרפולציה ליניארית. זה משמש למדידת העקירה זיז, <img alt="Equation 50" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq50.jpg"> </img>, במהלך הכיפוף מבחן. (ג) נציג חיל-הזחה תגובות שונות 3 aspergillum אי spicules של ניסויים מוצלחים של כיפוף 3 נקודות עיגון. (ד) A התגובה כוח-תזוזה של מבחן לא מוצלח של כיפוף 3 נקודות. Nonlinearity של העקומה עולה כי spicule היה כראוי יושב על הבמה מדגם ו החליקה או reoriented לאחר נוצר הקשר הראשוני עם LPT. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56571/56571fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
הבא, <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq5.jpg"> רכיבים של העמדה של LPT במהלך הבדיקה כיפוף, <img alt="Equation 38" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq38.jpg"> </img>, על-ידי שימוש בערכת <img alt="Equation 31" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq31.jpg"> כדי למפות <img alt="Equation 26" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq26.jpg"> ערכים כדי <img alt="Equation 39" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq39.jpg"> ערכים באמצעות אינטרפולציה ליניארית. <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq5.jpg"> רכיב של העקירה LPT במהלך הבחינה כיפוף ניתנת על-ידי <img alt="Equation 40" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq40.jpg"> </img>, <img alt="Equation 41" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq41.jpg"> </img>. <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq5.jpg"> רכיב של העקירה הבמה במהלך הבחינה כיפוף ניתנת על-ידי <img alt="Equation 42" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq42.jpg"> </img>.
מאז את LPT ואת spicule את במגע במהלך מכלול של הבדיקה כיפוף, המנוע spicule, <img alt="Equation 43" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq43.jpg"> ניתנת על ידי
<img alt="Equation 44" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq44.jpg">(1)
ואת הכוח שהחיל את LPT, <img alt="Equation 45" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq45.jpg"> </img>, הוא
<img alt="Equation 46" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq46.jpg">(2)
חשוב לציין כי מאז ערכת <img alt="Equation 31" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq31.jpg"> משמש כדי להשיג שתי <img alt="Equation 32" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq32.jpg"> ו <img alt="Equation 39" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq39.jpg"> ערכים באמצעות אינטרפולציה, ערכי <img alt="Equation 47" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq47.jpg"> , <img alt="Equation 26" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq26.jpg"> חייב להיות בטווח של <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq16.jpg"> </img>. זו מובטחת על-ידי הגדרת המתאים עבור מתח המוצא וערכי מתח גבוה עצירה שלבים 2, 4 ו- 5 לפרוטוקול.
איור 6 ג מראה כוח-הזחה עקומות עבור שלושה spicules נציג. מבנים אלסטי צרים, ליניארי טעון ב 3 נקודות כיפוף, <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg"> צפוי להגדיל באופן ליניארי עם <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq14.jpg"> עבור ערכים קטנים של <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq14.jpg"> 30. Nonlinearity של <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg"> </img>- <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq14.jpg"> עקומת לעסקים קטנים <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq14.jpg"> (למשל, ראו איור 6D) בדרך כלל מרמז כי spicule רשאי לא לשבת כראוי על הבמה מדגם. במקרה זה, יש להפסיק את הבדיקה, spicule לטאבים על הבמה מדגם (שלב 3.6 לפרוטוקול).
על מנת להבטיח דיוק מספקת <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq13.jpg"> , <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq14.jpg"> מדידות, השינוי הכולל מתח במהלך הבדיקה כיפוף, <img alt="Equation 48" src="/files/ftp_upload/56571/56571eq48.jpg"> </img>, צריך להיות לפחות 1 V. אם השינוי הכולל מתח הוא פחות מ- 1 V, זיז כנועה יותר צריך להיות selected.

Watch this Scientific Journal Video about A Millimeter Scale Flexural Testing System for Measuring the Mechanical Properties of Marine Sponge Spicules at JoVE.com

A Millimeter Scale Flexural Testing System for Measuring the Mechanical Properties of Marine Sponge Spicules

אנו מציגים פרוטוקול לביצוע בדיקות כיפוף 3 נקודות על מילימטר סולם סיבים באמצעות בדיקה מכנית לפי הזמנה. המכשיר יכול למדוד כוחות שנעו בין µN 20 עד 10 N, ולכן יכול להכיל מגוון של גדלי סיבים.

מילימטר סולם Flexural בדיקות מערכת למדידת התכונות המכאניות של הספוג הימי Spicules

Many load bearing biological structures (LBBSs)&#8212;such as feather rachises and spicules&#8212;are small (&#60;1 mm) but not microscopic. Measuring the ...

a-millimeter-scale-flexural-testing-system-for-measuring-mechanical

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Bioengineering

Unit 1

Internal Forces

SCIENTISTS IN ACTION

8.4K Views.  Brown University. אנו מציגים פרוטוקול לביצוע בדיקות כיפוף 3 נקודות על מילימטר סולם סיבים באמצעות בדיקה מכנית לפי הזמנה. המכשיר יכול למדוד כוחות שנעו בין µN 20 עד 10 N, ולכן יכול להכיל מגוון של גדלי סיבים.

Video: A Millimeter Scale Flexural Testing System for Measuring the Mechanical Properties of Marine Sponge Spicules

Quantifying the Mechanical Properties of the Endothelial Glycocalyx with Atomic Force Microscopy

Our understanding of the interaction of leukocytes and the vessel wall during leukocyte capture is limited by an incomplete understanding of the mechanical properties of the endothelial surface layer. It is known that adhesion molecules on leukocytes are distributed non-uniformly relative to surface topography 3, that topography limits adhesive bond formation with other surfaces 9, and that physiological contact forces (&asymp; 5.0 &minus; 10.0 pN per microvillus) can compress the microvilli to as little as a third of their resting length, increasing the accessibility of molecules to the opposing surface 3, 7. We consider the endothelium as a two-layered structure, the relatively rigid cell body, plus the glycocalyx, a soft protective sugar coating on the luminal surface 6. It has been shown that the glycocalyx can act as a barrier to reduce adhesion of leukocytes to the endothelial surface 4. In this report we begin to address the deformability of endothelial surfaces to understand how the endothelial mechanical stiffness might affect bond formation. Endothelial cells grown in static culture do not express a robust glycocalyx, but cells grown under physiological flow conditions begin to approximate the glycocalyx observed in vivo 2. The modulus of the endothelial cell body has been measured using atomic force microscopy (AFM) to be approximately 5 to 20 kPa 5. The thickness and structure of the glycocalyx have been studied using electron microscopy 8, and the modulus of the glycocalyx has been approximated using indirect methods, but to our knowledge, there have been no published reports of a direct measurement of the glycocalyx modulus in living cells. In this study, we present indentation experiments made with a novel AFM probe on cells that have been cultured in conditions to maximize their glycocalyx expression to make direct measurements of the modulus and thickness of the endothelial glycocalyx.

The mechanical characteristics of endothelial glycocalyx were measured by indentation using micron sized spheres on AFM cantilevers. Endothelial cells were cultured in a custom chamber under physiological flow conditions to induce glycocalyx expression. Data were analyzed using a thin film model to determine the glycocalyx thickness and modulus.

כימות תכונות המכאניות של Glycocalyx האנדותל עם מיקרוסקופי כוח אטומי

Our  understanding of the interaction of leukocytes and the vessel wall during  leukocyte capture is limited by an incomplete understanding of the ...

Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

We designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for transplantation. While the device primarily functions as a bioreactor that mimics the native mechanical strains, it is also outfitted with a load cell for providing force feedback or mechanical testing of the constructs. The device subjects engineered cartilage constructs to biaxial mechanical loading with great precision of loading dose (amplitude and frequency) and is compact enough to fit inside a standard tissue culture incubator. It loads samples directly in a tissue culture plate, and multiple plate sizes are compatible with the system. The device has been designed using components manufactured for precision-guided laser applications. Bi-axial loading is accomplished by two orthogonal stages. The stages have a 50 mm travel range and are driven independently by stepper motor actuators, controlled by a closed-loop stepper motor driver that features micro-stepping capabilities, enabling step sizes of less than 50 nm. A polysulfone loading platen is coupled to the bi-axial moving platform. Movements of the stages are controlled by Thor-labs Advanced Positioning Technology (APT) software. The stepper motor driver is used with the software to adjust load parameters of frequency and amplitude of both shear and compression independently and simultaneously. Positional feedback is provided by linear optical encoders that have a bidirectional repeatability of 0.1 &mu;m and a resolution of 20 nm, translating to a positional accuracy of less than 3 &mu;m over the full 50 mm of travel. These encoders provide the necessary position feedback to the drive electronics to ensure true nanopositioning capabilities. In order to provide the force feedback to detect contact and evaluate loading responses, a precision miniature load cell is positioned between the loading platen and the moving platform. The load cell has high accuracies of 0.15% to 0.25% full scale.

We designed a novel mechanical loading bioreactor that can apply uniaxial or biaxial mechanical strain to a cartilage biocomposite prior to transplantation into an articular cartilage defect.

עיצוב של Bioreactor טוען מכונות Biaxial להנדסת רקמות

We  designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial  mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for  ...

Measuring the Mechanical Properties of Living Cells Using Atomic Force Microscopy

Mechanical properties of cells and extracellular matrix (ECM) play important roles in many biological processes including stem cell differentiation, tumor formation, and wound healing. Changes in stiffness of cells and ECM are often signs of changes in cell physiology or diseases in tissues. Hence, cell stiffness is an index to evaluate the status of cell cultures. Among the multitude of methods applied to measure the stiffness of cells and tissues, micro-indentation using an Atomic Force Microscope (AFM) provides a way to reliably measure the stiffness of living cells. This method has been widely applied to characterize the micro-scale stiffness for a variety of materials ranging from metal surfaces to soft biological tissues and cells. The basic principle of this method is to indent a cell with an AFM tip of selected geometry and measure the applied force from the bending of the AFM cantilever. Fitting the force-indentation curve to the Hertz model for the corresponding tip geometry can give quantitative measurements of material stiffness. This paper demonstrates the procedure to characterize the stiffness of living cells using AFM. Key steps including the process of AFM calibration, force-curve acquisition, and data analysis using a MATLAB routine are demonstrated. Limitations of this method are also discussed.

This paper demonstrates a protocol to characterize the mechanical properties of living cells by means of microindentation using an Atomic Force Microscope (AFM).

מדידת התכונות המכאניות של תאי חיים באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי

Mechanical  properties of cells and extracellular matrix (ECM) play important roles in many  biological processes including stem cell differentiation, ...

Robotic Production of Cancer Cell Spheroids with an Aqueous Two-phase System for Drug Testing

Cancer cell spheroids present a relevant in vitro model of avascular tumors for anti-cancer drug testing applications. A detailed protocol for producing both mono-culture and co-culture spheroids in a high throughput 96-well plate format is described in this work. This approach utilizes an aqueous two-phase system to confine cells into a drop of the denser aqueous phase immersed within the second aqueous phase. The drop rests on the well surface and keeps cells in close proximity to form a single spheroid. This technology has been adapted to a robotic liquid handler to produce size-controlled spheroids and expedite the process of spheroid production for compound screening applications. Spheroids treated with a clinically-used drug show reduced cell viability with increase in the drug dose. The use of a standard micro-well plate for spheroid generation makes it straightforward to analyze viability of cancer cells of drug-treated spheroids with a micro-plate reader. This technology is straightforward to implement both robotically and with other liquid handling tools such as manual pipettes.

A protocol for robotic printing of cancer cell spheroids in a high throughput 96-well plate format using an aqueous two-phase system is presented.

הפקה רובוטית של תאי סרטן Spheroids עם מערכת מימית שני שלבים לבדיקת סמים

Cancer cell spheroids present a relevant in vitro model of avascular tumors for anti-cancer drug testing applications. A detailed protocol for producing ...

In Situ Mapping of the Mechanical Properties of Biofilms by Particle-tracking Microrheology

Bacterial cells are able to form surface-attached biofilm communities known as biofilms by encasing themselves in extracellular polymeric substances (EPS). The EPS serves as a physical and protective scaffold that houses the bacterial cells and consists of a variety of materials that includes proteins, exopolysaccharides and DNA. The composition of the EPS may change, which remodels the mechanic properties of the biofilm to further develop or support alternative biofilm structures, such as streamers, as a response to environmental cues. Despite this, there are little quantitative descriptions on how EPS components contribute to the mechanical properties and function of biofilms. Rheology, the study of the flow of matter, is of particular relevance to biofilms as many biofilms grow in flow conditions and are constantly exposed to shear stress. It also provides measurement and insight on the spreading of the biofilm on a surface. Here, particle-tracking microrheology is used to examine the viscoelasticity and effective crosslinking roles of different matrix components in various parts of the biofilm during development. This approach allows researchers to measure mechanic properties of biofilms at the micro-scale, which might provide useful information for controlling and engineering biofilms.

In Situ Mapping of the Mechanical Properties of Biofilms by Particle-tracking Microrheology

Particle-tracking microrheology investigates the viscoelasticity of materials. Here, the technique is used to determine the viscoelasticity, creep compliance and effective crosslinking roles of different matrix components of a bacterial biofilm. The matrix consists of polymeric substances secreted by the bacteria and its components determine biofilm structure and mechanical properties.

במיפוי באתרו של התכונות מכניות של Biofilms ידי Microrheology מעקב חלקיקים

Bacterial cells are able to form surface-attached biofilm communities known as biofilms by encasing themselves in extracellular polymeric substances ...

A Protocol for Bioinspired Design: A Ground Sampler Based on Sea Urchin Jaws

Bioinspired design is an emerging field that takes inspiration from nature to develop high-performance materials and devices. The sea urchin mouthpiece, known as the Aristotle's lantern, is a compelling source of bioinspiration with an intricate network of musculature and calcareous teeth that can scrape, cut, chew food and bore holes into rocky substrates. We describe the bioinspiration process as including animal observation, specimen characterization, device fabrication and mechanism bioexploration. The last step of bioexploration allows for a deeper understanding of the initial biology. The design architecture of the Aristotle's lantern is analyzed with micro-computed tomography and individual teeth are examined with scanning electron microscopy to identify the microstructure. Bioinspired designs are fabricated with a 3D printer, assembled and tested to determine the most efficient lantern opening and closing mechanism. Teeth from the bioinspired lantern design are bioexplored via finite element analysis to explain from a mechanical perspective why keeled tooth structures evolved in the modern sea urchins we observed. This circular approach allows for new conclusions to be drawn from biology and nature.

A protocol for bioinspired design is described for a sampling device based on the jaws of a sea urchin. The bioinspiration process includes observing the sea urchins, characterizing the mouthpiece, 3D printing of the teeth and their assembly, and bioexploring the tooth structure.

פרוטוקול עיצוב Bioinspired: סמפלר קרקע בהתבסס על הים Urchin מלתעות

Bioinspired design is an emerging field that takes inspiration from nature to develop high-performance materials and devices. The sea urchin mouthpiece, ...

Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing

Minimization and management of membrane fouling is a formidable challenge in diverse industrial processes and other practices that utilize membrane technology. Understanding the fouling process could lead to optimization and higher efficiency of membrane based filtration. Here we show the design and fabrication of an automated three-dimensionally (3-D) printed microfluidic cross-flow filtration system that can test up to 4 membranes in parallel. The microfluidic cells were printed using multi-material photopolymer 3-D printing technology, which used a transparent hard polymer for the microfluidic cell body and incorporated a thin rubber-like polymer layer, which prevents leakages during operation. The performance of ultrafiltration (UF), and nanofiltration (NF) membranes were tested and membrane fouling could be observed with a model foulant bovine serum albumin (BSA). Feed solutions containing BSA showed flux decline of the membrane. This protocol may be extended to measure fouling or biofouling with many other organic, inorganic or microbial containing solutions. The microfluidic design is especially advantageous for testing materials that are costly or only available in small quantities, for example polysaccharides, proteins, or lipids due to the small surface area of the membrane being tested. This modular system may also be easily expanded for high throughput testing of membranes.&#160;

Design and fabrication of a three-dimensionally (3-D) printed microfluidic cross-flow filtration system is demonstrated. The system is used to test performance and observe fouling of ultrafiltration and nanofiltration (thin film composite) membranes.

בתלת ממד המודפס Microfluidic מערכת חוצת זרימה עבור Ultrafiltration / nanofiltration ממברנה בדיקות ביצועים

Minimization and management of membrane fouling is a formidable challenge in diverse industrial processes and other practices that utilize membrane ...

A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is fabricated. It is used to investigate the influence of chamber dimensions on the performance of a conduction micropump and to determine the reliability of the conduction pump when acetone is used as the working fluid. A testing platform is set up to evaluate conduction micropump performance under different conditions. When the chamber height is 0.2 mm, the pump pressure reaches its peak value.

This paper presents a protocol for the fabrication of a conduction micropump using symmetric planar electrodes on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) to test the influence of chamber dimensions on the performance of a conduction micropump.

פלטפורמה בדיקות ביצועים הולכה Micropump עם צלחת אלקטרודה לבושת נחושת FR-4

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is ...

Rigid Embedding of Fixed and Stained, Whole, Millimeter-Scale Specimens for Section-free 3D Histology by Micro-Computed Tomography

For over a hundred years, the histological study of tissues has been the gold standard for medical diagnosis because histology allows all cell types in every tissue to be identified and characterized. Our laboratory is actively working to make technological advances in X-ray micro-computed tomography (micro-CT) that will bring the diagnostic power of histology to the study of full tissue volumes at cellular resolution (i.e., an X-ray Histo-tomography modality). Toward this end, we have made targeted improvements to the sample preparation pipeline. One key optimization, and the focus of the present work, is a straightforward method for rigid embedding of fixed and stained millimeter-scale samples. Many of the published methods for sample immobilization and correlative micro-CT imaging rely on placing the samples in paraffin wax, agarose, or liquids such as alcohol. Our approach extends this work with custom procedures and the design of a 3-dimensional printable apparatus to embed the samples in an acrylic resin directly into polyimide tubing, which is relatively transparent to X-rays. Herein, sample preparation procedures are described for the samples from 0.5 to 10 mm in diameter, which would be suitable for whole zebrafish larvae and juveniles, or other animals and tissue samples of similar dimensions. As proof of concept, we have embedded the specimens from Danio, Drosophila, Daphnia, and a mouse embryo; representative images from 3-dimensional scans for three of these samples are shown. Importantly, our methodology leads to multiple benefits including rigid immobilization, long-term preservation of laboriously-created resources, and the ability to re-interrogate samples.

We developed protocols and designed a custom apparatus to enable embedding of millimeter-scale specimens. We present sample preparation procedures with an emphasis on embedding in acrylic resin and polyimide tubing to achieve rigid immobilization and long-term storage of specimens for the interrogation of tissue architecture and cell morphology by micro-CT.

נוקשה ההטמעה של קבוע, צבעונית, ככלל, דגימות מילימטר-סולם עבור היסטולוגיה ללא סעיף תלת-ממד על-ידי מיקרו-שחושב טומוגרפיה

For over a hundred years, the histological study of tissues has been the gold standard for medical diagnosis because histology allows all cell types in ...

Automated Counterflow Centrifugal System for Small-Scale Cell Processing

Successful commercialization of gene and cell-based therapies requires manufacturing processes that are cost-effective and scalable. Buffer exchange and product concentration are essential components for most manufacturing processes. However, at the early stages of product development, these steps are often performed manually. Manual dead-end centrifugation for buffer exchange is labor-intensive, costly, and not scalable. A closed automated system can effectively eliminate this laborious step, but implementation can be challenging. Here, we describe a newly developed cell processing device that is suitable for small- to medium-scale cell processing and aims to bridge the gap between manual processing and large-scale automation. This protocol can be easily applied to various cell types and processes by modifying the flow rate and centrifugation speed. Our protocol demonstrated high cell recovery with shorter processing times in comparison to the manual process. Cells recovered from the automated process also maintained their proliferation rates. The device can be applied as a modular component in a closed manufacturing process to accommodate steps such as buffer exchange, cell formulation, and cryopreservation.

Automation is key to upscaling and cost management in cell manufacturing. This manuscript describes the use of a counterflow centrifugal cell processing device for automating the buffer exchange and cell concentration steps for small-scale bioprocessing.

מערכת הזרמה אוטומטית לעיבוד תאים בקנה מידה קטן

Successful commercialization of gene and cell-based therapies requires manufacturing processes that are cost-effective and scalable. Buffer exchange and ...