O nouă tehnică optică indestructibilă dezvăluie structura perlei, care este un biomineral rigid irizat

Nacra sau mama perlată, care se găsește în abalonul roșu și în alte moluște, este foarte rezistentă la rupere. Acesta este unul dintre motivele pentru care cercetătorii sunt interesați de materialul natural, iar oamenii de știință UW-Madison au dorit să găsească o modalitate de a-i măsura grosimea fără a deteriora proza. Credit: oferit de Katz Laboratory / UW-Madison

Mulți oameni cunosc mama de perle, precum și biomineralul irizat, numit nacru, de la nasturi, bijuterii, incrustări pentru scule și alte flori decorative. Savanții au admirat și au admirat proza ​​de zeci de ani, nu numai datorită frumuseții și proprietăților sale optice, ci și datorită rigidității sale extreme.

„Este unul dintre cele mai studiate biominerale naturale”, a spus Pupa Gilbert, profesor de fizică la Universitatea din Wisconsin-Madison, care a studiat nacrul de mai bine de un deceniu. „Este posibil să nu arate atât de grozav – este doar un material luminos, decorativ. Dar poate fi de 3.000 de ori mai rezistent la fractură decât aragonitul, mineralul din care este produs. Acest lucru a stârnit interesul materialiștilor, deoarece este foarte atractiv să faci materiale mai bune decât suma părților lor. ”

Pupa Gilbert este mama de perle

Pupa Gilbert. Credit: UW – Madison

Acum, tehnologia optică nouă, indestructibilă, va avea mai multe informații despre nakr, iar acest proces ar putea duce la o nouă înțelegere a istoriei climei. Gilbert, UW – Michael Katz, profesor de inginerie electrică în Madison, studenții și colegii lor au descris o tehnică numită tomografie cu interferență hiperspectrală în Proceedings of the National Academy of Journal.

Gilbert a învățat forme de proză, proceduri, cum să reziste refracției și cum să înregistreze temperatura la care se formează structura sa stratificată. Această structură stratificată a nacelului reflectă lumina și produce culori diferite în funcție de grosimea stratului. A existat interes în găsirea unei metode de estimare a grosimii straturilor de nacr, care nu implică distrugerea învelișului moluștei în care este depusă.

Pentru a ajuta la rezolvarea acestei probleme, Gilbert a apelat la Katz, un expert în fenomene optice, și la Jad Salman, un student absolvent.

Pentru proiect, Salman a pregătit 22 de cochilii roșii noi pentru analiză optică. Pare mai dificil să se obțină spectrele optice ale lui Nacr.

„Dacă doriți să examinați acest tip de coajă cu o topografie curbată, este foarte dificil să aveți un spectru bun cu un spectrometru tradițional”, spune Salman.

Astfel, echipa a trecut la o nouă tehnologie pentru a descrie întregul spectru al cochiliei, și anume fotografia hiperspectrală. Inițial, și-au imaginat cochilii în partenerul industrial Middleton Spectral Vision înainte de a-și cumpăra camerele hiperspectrale.

O cameră hiperspectrală pentru înregistrarea spectrului Nacre

Cercetătorii UW-Madison au folosit o cameră hiperspectrală ca aceasta pentru a înregistra spectrul de necroză în învelișul curbat al abalonului, ceea ce nu este posibil cu spectrometrele convenționale. Credit: oferit de Katz Laboratory / UW-Madison.

„Este un spectrometru de imagine care oferă fiecărui pixel din imagine un spectru complet”, spune Salman. „Atunci când folosim camera în timpul procesului de instalare, putem obține cu ușurință date spectrale fiabile pe o suprafață mare și neuniformă a carcasei simultan.”

În plus față de șoimul roșu, echipa are o altă specie, coaja de paua din Noua Zeelandă, cunoscută și sub numele de abalone curcubeu. Salman a folosit apoi un program sofisticat de modelare pe care l-a dezvoltat pentru a determina grosimea straturilor de necroză cu date pixel cu pixel folosind date hiperspectrale.

Echipa numește combinația tehnicii de tomografie cu interferență hiperspectrală și se așteaptă să fie utilizată pentru a măsura plante, animale, probe geologice sau alte structuri transparente, stratificate, găsite în materiale sintetice.

Michael Katz și Jad Salman

Michael Katz, dreapta, și Jad Salman. Credit: UW – Madison

Pentru Gilbert, a existat o surpriză despre ceapa roșie într-o nouă tehnică; pentru prima dată, grosimea straturilor de proză a arătat că moluza a devenit mai subțire odată cu înaintarea în vârstă. Deoarece această grosime înregistrează temperatura apei de mare la care se formează, echipa consideră că tehnica poate fi utilizată pentru a analiza cojile de moluște reziduale pentru a obține informații despre condițiile climatice anterioare.

„Acest proiect constă din mai multe părți diferite, fiecare dintre acestea fiind bine înțeleasă”, a spus Katz. „Punctul forte al acestei cercetări este că am adunat toate aceste experimente experimentale și teoretice și am fost capabili să modelăm nu numai structuri structurate, bine structurate, ci și structuri biologice dezordonate. Sau într-un mod în care un paleoclimatolog poate utilizare. “

Referinţă: Materiale ale Academiei Naționale de Științe.
DOI: 10.1073 / pnas.2023623118

Alți participanți la studiul UW-Madison includ Kayla Stifler, Alireza Shaxafi, Chang-Yu Sun, Michelle Friesing, Bryan Rubio-Perez, Yue Xiao, Raymond Wambold, Zhao Yu și Daniel Bradley. Stephen Weibel, Christopher Dreves și Gabor Kemeni de la Middleton Spectral Vision au contribuit, de asemenea, la studiu.

Acest studiu a fost susținut de subvenții de la Biroul de Cercetare al Forțelor Aeriene (FA9550-18-1-0146), Departamentul de Energie (DE-FG02-07ER15899) și Fundația Națională pentru Științe (DMR-1603192).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.