Nová nedestruktivní optická technologie odhaluje strukturu perleti, houževnatého, duhově zbarveného minerálu

Perleť nebo perleť nalezená v červených paviánech a jiných měkkýších je extrémně nerozbitná. To je jeden z důvodů, proč se vědci začali zajímat o přírodní materiál, a proč vědci z UW Madison chtěli najít způsob, jak měřit jeho tloušťku bez poškození perleti. Fotografický kredit: s laskavým svolením Kats Lab / UW – Madison

Většina lidí je obeznámena s perleťou, třpytivým bio-minerálem, také známým jako perleť, vyrobený z knoflíků, šperků, vložek na nástroje a dalších ozdobných ozdob. Vědci také obdivovali a obdivovali perleť po celá desetiletí, a to nejen kvůli své kráse a optickým vlastnostem, ale také díky své mimořádné houževnatosti.

„Je to jeden z nejčastěji studovaných přírodních biominerálů,“ řekla Pupa Gilbertová, profesorka fyziky na University of Wisconsin-Madison, která studovala perleť více než deset let. “Možná to nevypadá moc – jen lesklý dekorativní materiál.” Může však být 3 000krát odolnější proti rozbití než aragonit, minerál, ze kterého je vyroben. Vzbudil zájem vědců o materiálech, protože je mimořádně atraktivní vyrábět materiály lépe než součet jejich částí. “

Pupa Gilbert perleťová matka

Pupa Gilbert. Fotografický kredit: UW – Madison

Nová nedestruktivní optická technologie nyní uvolní ještě více znalostí o perleťové matce a může vést k novému porozumění historii podnebí. Gilbert, profesor elektrotechniky UW Madison, Michail Kats, její studenti a spolupracovníci popsali dnes v časopise Proceedings National Academy of Sciences techniku ​​známou jako hyperspektrální interferenční tomografie.

Gilbert se naučil, jak perleť tvoří, organizuje se, odolává zlomeninám a jak její vrstvená struktura zaznamenává teplotu, při které byla vytvořena. Tato struktura vrstvy vyrobená z perleti odráží světlo a vytváří různé barvy v závislosti na tloušťce vrstvy. To vedlo k zájmu o nalezení způsobu, jak určit tloušťku perleťových vrstev, která nezničí skořápku měkkýšů, ve které je uložena.

O pomoc při překonání této výzvy se Gilbert obrátil na Katse a postgraduální studentku Jad Salman, kteří jsou odborníky na studium optických jevů.

Pro projekt Salman připravil 22 čerstvých červených mušlí pro optickou analýzu. Je však obtížnější zaznamenávat optická spektra perleti, než se zdá.

„Pokud chcete studovat tento typ mísy se zakřivenou topografií, je velmi obtížné získat dobré spektrum s běžným spektrometrem,“ říká Salman.

Z tohoto důvodu se tým obrátil na novější technologii, hyperspektrální fotografii, aby zobrazil celé spektrum skořápky. Fotografovali mušle od průmyslového partnera Middleton Spectral Vision v rané fázi, než si koupili vlastní hyperspektrální kameru.

Hyperspektrální kamera pro záznam perleťového spektra

Vědci z UW Madison použili hyperspektrální kameru, jako je tato, k záznamu perleťového spektra v zakřiveném plášti mušle, což u tradičních spektrometrů není možné. Fotografický kredit: s laskavým svolením Kats Lab / UW – Madison.

„Je to obrazový spektrometr, kde každý pixel v obraze poskytuje celé spektrum,“ říká Salman. „Pokud v našem nastavení použijeme kameru, můžeme snadno extrahovat spolehlivá spektrální data najednou na velkou nerovnou plochu obálky.“

Kromě červené mušle tým zobrazil také perleti jiného druhu, novozélandskou mušli paua, známou také jako duhová mušle. Salman poté pomocí sofistikovaného modelovacího softwaru, který vyvinul, určil tloušťku perleťových vrstev pixel po pixelu pomocí hyperspektrálních dat.

Tým nazývá kombinaci technik hyperspektrální interferenční tomografii a očekává, že bude použitelná pro měření dalších struktur transparentních vrstev u rostlin, zvířat, geologických vzorků nebo syntetických materiálů.

Michail Kats a Jad Salman

Michail Kats, správně, a Jad Salman. Fotografický kredit: UW – Madison

Pro Gilberta nová technika odhalila překvapení ohledně červeného abalonu; poprvé se ukázalo, že tloušťka perleťových vrstev se s rostoucím věkem měkkýšů snižovala. Protože tato tloušťka zaznamenává teplotu mořské vody, ve které se tvoří, věří tým, že je možné použít tuto techniku ​​k analýze skořápek fosilních měkkýšů, aby se dozvěděli více o minulém podnebí.

„Tento projekt má několik různých částí, z nichž každá je poněkud dobře pochopena,“ říká Kats. “Síla tohoto výzkumu spočívá ve skutečnosti, že jsme si s sebou přinesli všechny tyto experimentální a teoretické znalosti a dokázali jsme modelovat nejen konstruované, dobře vyškolené vrstvené struktury, ale také chaotické, neuspořádané biologické struktury.” A dokázali jsme z toho vytáhnout užitečné informace, které může použít biolog nebo paleoklimatolog. “

Odkaz: Postup Národní akademie věd.
DOI: 10,1073 / pnas.2023623118

Mezi další přispěvatele do výzkumu UW-Madison patří Cayla Stifler, Alireza Shahsafi, Chang-Yu Sun, Michel Frising, Bryan Rubio-Perez, Yuzhe Xiao, Raymond Wambold, Zhaoning Yu a Daniel Bradley. Do studie přispěli také Stephen Weibel, Christopher Draves a Gabor Kemeny ze společnosti Middleton Spectral Vision.

Tento výzkum byl podpořen granty od Air Force Agency for Scientific Research (FA9550-18-1-0146), Department of Energy (DE-FG02-07ER15899) a National Science Foundation (DMR-1603192).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.