Ipinapakita ng Bagong Nondestructive Optical na Diskarte ang Istraktura ng Mother-of-Pearl, isang Matigas na Iridescent Biomineral

Ang Nacre, o ina-ng-perlas, na matatagpuan sa pulang abalone at iba pang mga mollusk, ay mas lumalaban sa bali. Iyon ang isang kadahilanan na interesado ang mga mananaliksik sa natural na materyal, at kung bakit nais ng mga siyentista sa UW-Madison na makahanap ng isang paraan upang masukat ang kapal nito nang hindi napinsala ang nacre. Kredito: Sa kabutihang loob ng Kats Lab / UW-Madison

Karamihan sa mga tao ay nakakaalam ng mother-of-pearl, isang iridescent biomineral na tinatawag ding nacre, mula sa mga pindutan, alahas, inlay na instrumento, at iba pang mga maseselang dekorasyon. Ang mga siyentista din, ay humanga at namangha sa nacre sa mga dekada, hindi lamang sa kagandahan at natural na optika ngunit sa pambihirang tigas.

“Ito ay isa sa pinakapag-aralang natural biominerals,” sabi ni Pupa Gilbert, isang propesor sa pisika sa University of Wisconsin-Madison na nag-aral ng nacre nang higit sa isang dekada. “Maaaring hindi ito magmukhang – isang makintab, pandekorasyon na materyal. Ngunit maaaring 3,000 beses itong mas lumalaban sa bali kaysa sa aragonite, ang mineral na kung saan ito ginawa. Pinukaw nito ang interes ng mga materyal na siyentista dahil sa paggawa ng mga materyales na mas mahusay kaysa sa kanilang mga sangkap ay mas kaakit-akit. “

Pupa Gilbert Ina ng Perlas

Pupa Gilbert. Kredito: UW – Madison

Ngayon, ang isang bago, hindi naidagdagang diskarteng optikal ay magbubukas kahit isang maraming kaalaman tungkol sa nacre, at sa proseso ay maaaring humantong sa isang bagong pag-unawa sa kasaysayan ng klima. Gilbert, UW – Ang Madison electrical engineering professor na si Mikhail Kats, ang kanilang mga mag-aaral at kasamahan ay naglalarawan ng pamamaraan, na tinatawag na hyperspectral interferensi tomography, na ngayon sa journal na Proiding of the National Academy of Science.

Alam ni Gilbert kung paano ang mga nacre na hugis, panuntunan, lumalaban sa bali, at kung paano itinatala ng naka-embed na layered na istraktura ang temperatura kung saan ito ginawa. Ang layered na istraktura ng nacre na ito ay sumasalamin ng ilaw at gumagawa ng iba’t ibang mga kulay depende sa kapal ng layer. Na humantong sa isang interes sa paghahanap ng isang paraan upang masuri ang kapal ng mga nacre layer hindi kasama ang pagsira sa shell ng mollusk kung saan sila idineposito.

Para sa tulong sa paglutas ng hamon na iyon, lumingon si Gilbert kay Kats at nagtapos na mag-aaral na si Jad Salman, na dalubhasa sa pag-aaral ng mga napanood na phenomena.

Para sa proyekto, naghanda si Salman ng 22 sariwang pulang mga shell ng abalone para sa optikal na pagsusuri. Kahit na ang pagkuha ng paningin ng salamin sa mata ng nacre ay mas mahirap kaysa sa makikita ito.

“Kung nais mong siyasatin ang ganitong uri ng shell, na may isang hubog na topograpiya, napakahirap na makakuha ng isang mahusay na spectrum na may isang karaniwang spectrometer,” sabi ni Salman.

Iyon ang dahilan kung bakit ang grupo ay bumaling sa isang mas bagong teknolohiya, hyperspectral photography, upang makuha ang buong kulay ng shell. Mas maaga, kinunan nila ng larawan ang mga shell ng kasosyo sa industriya na Middleton Spectral Vision bago kumuha ng kanilang sariling hyperspectral camera.

Hyperspectral Camera upang Itala ang Nacre Spectrum

Ang mga mananaliksik sa UW – Ginamit ng Madison ang isang hyperspectral camera na tulad nito upang maitala ang nacre spectrum sa hubog na shell ng abalone, isang pamamaraan na hindi posible sa mga tradisyunal na spectrometers. Kredito: Sa kabutihang loob ng Kats Lab / UW-Madison.

“Ito ay isang spectrometer ng imaging kung saan ang bawat pixel sa imahe ay nagbibigay ng isang buong spectrum,” sabi ni Salman. “Kung gagamitin namin ang camera sa aming pag-set up, madali kaming makakakuha ng maaasahang data ng parang multo sa malaki, hindi pantay na ibabaw ng shell sa isang pagbaril.”

Bilang karagdagan sa pulang abalone, ang koponan ay nagpakita rin ng iba pang mga species, paua shell mula sa New Zealand, na tinatawag ding rainbow abalone. Ginamit ni Salman ang sopistikadong software ng pagmomodelo na binuo niya upang matukoy ang kapal ng nacre layer pixel ng pixel gamit ang hyperspectral data.

Tinatawag ng tem ang kombinasyon ng mga diskarte ng tomography na hyperspectral bali at inaasahan na magagamit ang mga ito upang masukat ang iba pang mga transparent, layered na istraktura na matatagpuan sa mga halaman, hayop, geolohikal na sample o mga gawa ng tao na gawa ng tao.

Mikhail Kats at Jad Salman

Mikhail Kats, kanan, at Jad Salman. Kredito: UW – Madison

Para kay Gilbert, ang bagong diskarte ay nagsisiwalat ng sorpresa tungkol sa red abalone; ipinakita ito sa kauna-unahang pagkakataon na ang kapal ng mga nacre layer ay mas payat habang tumatanda ang mollusk. Dahil sa kapal nito binabago ang temperatura ng tubig sa dagat kung saan ito nabubuo, naniniwala ang pangkat na posible na gamitin ang pamamaraan upang suriin ang mga fossil mollusk shell upang matukoy ang bahagi ng mga nakaraang klima.

“Ang proyektong ito ay tapos na sa isang iba’t ibang mga bahagi, ang bawat isa ay medyo naiintindihan,” sabi ni Kats. “Ang lakas ng pananaliksik na ito ay dinala namin ang lahat ng eksperimentong pang-eksperimentong at teoretikal, at napatunayan hindi lamang ang mga istraktura ng mekanikal, etikal na layered, ngunit magulo, hindi pantay-pantay na mga istrukturang biological. At nakuha namin ito. Kapaki-pakinabang na impormasyon mula dito sa paraang magagamit ng isang biologist o paleoclimatologist. “

Pakitandaan: Pamamaraan ng National Academy of Science.
DOI: 10.1073 / pnas.2023623118

Ang iba pang mga nag-ambag ng pananaliksik mula sa UW-Madison ay kasama sina Cayla Stifler, Alireza Shahsafi, Chang-Yu Sun, Michel Frising, Bryan Rubio-Perez, Yuzhe Xiao, Raymond Wambold, Zhaoning Yu at Daniel Bradley. Si Stephen Weibel, Christopher Draves at Gabor Kemeny ng Middleton Spectral Vision ay nag-ambag din sa pag-aaral.

Ang pananaliksik na ito ay suportado ng mga gawad mula sa Air Force Office of Scientific Research (FA9550-18-1-0146), Department of Energy (DE-FG02-07ER15899) at National Science Foundation (DMR-1603192).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang lumalaking problema ng “malalim na heograpiya”

Ang maaaring mukhang isang imahe ng Tacoma ay talagang isang simulate na nilikha sa pamamagitan ng paglilipat ng mga biswal na imahe ng Beijing...

Bagong Milky Way Exterior Destroyers Bagong Sky Map ay Inilabas – Madilim na Mahalagang Mga Konsepto ay Maaaring Magbigay ng Bagong Eksperimento

Ang mga astronomo ay naglabas ng isang bagong celestial map ng Milky Way galaxy na pinakamalapit sa aming kalawakan. Kredito: NASA / JPL-Caltech...

Susunod na Generation Stable Pop-Up na Istraktura na inspirasyon ni Origami

Ni Harvard John A. Paulson School of Engineering at Applied Science Abril 22, 2021 Ang hindi masusunog na kanlungan na ito ay hindi natatakpan ng makapal...

Pinalitan ng DNA ang Y Chromosome na Nag-aambag ng Maikling Buhay na Buhay sa Mga Lipad ng Lalaki

Pagpapayaman ng Heterochromatin sa lahat ng mga chromosome. Immunofluorescence stain ng H3K9me3 sa male mitotic chromosome. Bar scale ay 50μm. Kredito:...

Pinapayagan ng mga polimer na kumakain ng polimer ang “biodegradable” na mga plastik na tunay na masusunog

Ang ginagamot na plastik (kaliwa) ay naghiwalay pagkatapos ng tatlong araw lamang sa karaniwang pag-aabono (kanan) at ganap na makalipas ang dalawang linggo. ...

Newsletter

Subscribe to stay updated.