Nauja nesugriaunanti optinė technika atskleidžia „Perlamutro“ fondą – irizuojančią biomineralinę galią

Perlamutras arba perlamutras, randamas raudonajame abale ir kituose moliuskuose, yra labai atsparus klostėms. Viena iš jų buvo priežastis, kodėl tyrėjai domėjosi natūraliomis medžiagomis, ir priežastis, kodėl UW – Madisono mokslininkai norėjo rasti metodą, kaip išmatuoti jo storį, nepakenkiant perlamutrui. Kreditas: Courtesy of Kats Lab / UW – Madison

Daugelis žmonių žino perlų perlamutrą, vaiskantį biomineralą, dar vadinamą perlu, iš sagų, ornamentų, įrankių įdėklų ir kitų spalvingų papuošalų. Mokslininkai taip pat daugelį metų žavėjo ir stebino perlamutrą ne tik dėl savo grožio ir optinių savybių, bet ir dėl unikalaus kietumo.

“Tai vienas iš labiausiai ištirtų biologinių tyrimų”, – sakė Pupa Gilbert, fizikos profesorė iš Viskonsino-Madisono universiteto, mokanti mokykloje daugiau nei dešimtmetį. “Tai gali atrodyti nedaug – tiesiog blizgi dekoratyvinė medžiaga. Tačiau ji gali būti 3000 kartų atsparesnė lūžimams nei aragonitas, iš kurio pagamintas mineralas. Tai skatina procesą. Mokslininkų susidomėjimas, nes jie naudoja daugiau nei sumą jų dalių yra labai įdomu “.

Pupa Gilbert Peninnos motina

Pupa Gilbert. Kreditas: UW – Madisonas

Tuo tarpu naujas, neveiksmingas metodologinis požiūris atvers didesnį supratimą apie perlamutrą ir savo ruožtu gali paskatinti naują istorinio klimato supratimą. Gilbertas, UW-Madisono elektrotechnikos profesorius Michailas Katsas, jų studentai ir bendradarbiai aprašė metodą, pavadintą hiperspektrinės pertraukos tomografija, šiandien Nacionalinės mokslų akademijos sertifikuotame proceedings.

Gilbertas sužinojo, kaip auginti piktžoles, kaip jas tvarkyti, atsparumą lūžinėjimui ir kaip reguliuoti šilumą, kurioje ji yra užstatyta. Ši struktūrinė perlamutro kolekcija atspindi šviesą ir suteikia skirtingas spalvas, priklausomai nuo komponento storio. Tai sukėlė susidomėjimą ieškoti būdo, kaip įvertinti perlamutro grupių storį, pašalinantį žalą moliusko lukštui, kuriame jie buvo laikomi.

Kad padėtų įveikti šį iššūkį, Gilbertas kreipėsi į Katsą ir magistrantus Jadą Salmaną, stebuklų tyrimo ekspertą.

Projektui Salmanas paruošė 22 naujus raudonų gėlių lukštus, skirtus akims tirti. Tačiau tauriųjų perlamutro kristalų pritaikymas yra sunkesnis, nei gali atrodyti.

“Jei norite išbandyti tokio tipo apvalkalus, kurie turi aukščiausio lygio interpretaciją, tikrai sunku gauti gerą spektrą naudojant standartinį spektrometrą”, – sakė Salmanas.

Štai kodėl komanda pasitelkė naują technologiją – hiperspektrinį vaizdą, kad imituotų visą apvalkalo spektrą. Iš pradžių jie išbandė korpusą verslo partneryje „Middleton Spectral Vision“ prieš įsigydami savo hiperspektrines kameras.

Hiperspektrinės kameros perlamutro keliui užfiksuoti

UW – Madisono tyrinėtojai naudojo tokią hiperspektrinę kamerą, kad užfiksuotų perlamutro spektrą abalono apvalkale, o tai neįmanoma naudojant įprastus spektrometrus. Kreditas: Courtesy of Kats Lab / UW – Madison.

“Spektrometras, vaizduojantis kiekvieną vaizdo pikselį, išryškina daugybę spektrų”, – sakė Salmanas. “Naudodami kamerą nustatydami, mes galime lengvai pašalinti patikimus spektro duomenis ant didelio, plokščio apvalkalo paviršiaus vienoje skylėje.”

Be raudonojo abalono, komanda taip pat imituoja kitos rūšies perlą – paua kiautą iš Naujosios Zelandijos, dar vadinamą vaivorykštine abalone. Tada Salmanas naudojo savo sukurtos modeliavimo programos supaprastinimą, kad nustatytų pikselių pikselių tankį pagal pikselius, naudojant hiperspektrinius duomenis.

Komanda ragina derinti hiperspektrinius komunikacijos metodus ir tikisi, kad tai bus naudinga matuojant kitus aiškius, struktūrinius augalų, gyvūnų, geografinių modelių ar produktų junginius.

Michailas Katsas ir Jadas Salmanas

Michailas Katsas, dešinėje, ir Jadas Salmanas. Kreditas: UW – Madisonas

Gilbertui naujas metodas atskleidžia tai, kas stebina raudonuosius kraujo kūnelius; pirmą kartą parodė storas perlamutro plonas grupes kaip moliusko metus. Kadangi šis tankis fiksuoja gyvojo vandens temperatūrą, komanda mano, kad metodas gali būti naudojamas iškastinių moliuskų lukštams tirti, kad sužinotumėte apie jų praeitį.

“Šis projektas vykdomas keliose skirtingose ​​dalyse, tie patys dalykai yra gerai suprantami”, – sakė Katsas. “Šio tyrimo stiprybė buvo ta, kad mes atsinešėme visus šiuos eksperimentinius įgūdžius ir techninius modelius ir galėjome išbandyti ne tik ant pastatų sumontuotus mechaninius, etinius implantus, bet ir neefektyvius, modifikuotus gyvus padarus, kurie buvo pastatyti. ar mes taip pat galime pasisemti naudingos informacijos iš metodo, kurį gali naudoti biologas ar paleoklimatologas “.

Straipsniai: Nacionalinės mokslų akademijos darbai.
DOI: 10.1073 / pnas.2023623118

Kiti tyrimų asistentai iš UW-Madisono yra Cayla Stifler, Alireza Shahsafi, Chang-Yu Sun, Michelis Frisingas, Bryanas Rubio-Perezas, Yuzhe Xiao, Raymondas Wamboldas, Zhaoningas Yu ir Danielis Bradley. Tyrime taip pat dalyvavo Stephenas Weibelis, Christopheris Dravesas ir Gaboras Kemenyis iš Middletono spektrinės regos.

Šį tyrimą padėjo Oro pajėgų mokslinių tyrimų biuras (FA9550-18-1-0146), Energetikos departamentas (DE-FG02-07ER15899) ir Nacionalinis mokslo fondas (DMR-1603192).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pasiutligė neužkrėstų smegenų, tačiau vis tiek kenčia nuo stiprių nervų pažeidimų.

Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo takų simptomais, Virusas, sukeliantis COVID 19Vargu ar jis bus tiesiogiai perduodamas į smegenis, tačiau vis tiek gali sukelti sisteminę...

Mokslas yra paprastas. Kas yra kvantinis skaičiavimas?

Nuo JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 21 d Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija DOE naudoja pažangią aušinimo sistemą - uolekčių, kad kvantinių kompiuterių širdis būtų pakankamai...

Kaip paukštis kvėpuoja geriau? Tyrėjų išvados

Apytikslis „apvalios viščiuko“ su paukščio plaučiais skaičius parodė, kad įkvėpus oro judėjimas pirmyn ir atgal. Kaip iškvėpimai (mėlynos rodyklės) ir iškvėpimai (raudoni) sukelia...

Kalnų gorilos gali naudoti krūtinę, kad perduotų informaciją apie save

Vyriškos gorilos krūtis muša. Autoriai: Jordi Galbany / Diano Fossey Gorilla fondas Skrynios, nukentėjusios nuo kalnų gorilų, kurios greitai muša krūtinę rankomis, kad skambėtų...

Paprastas mokslas: kas yra biokuras?

Parengta JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 20 d Mokslininkai fermentavo mieles, kad iš augalų cukrus virstų biodyzelinu. Kreditas: Nuotrauka mandagumo Stephanopoulos Lab Saulės, vėjo ir...

Newsletter

Subscribe to stay updated.