El artículo se centra principalmente en el poder combinado de los métodos ópticos (lineales y no lineales) y holográficos utilizados para revelar fenómenos a nanoescala. Los resultados obtenidos de los estudios de reacciones químicas biofotónicas y oscilatorias se dan como ejemplos representativos, destacando la capacidad de la holografía para revelar dinámicas a nanoescala.
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Artículo de método
Descubriendo la dinámica oculta de las estructuras fotónicas naturales utilizando imágenes holográficas
En este artículo
Resumen
Resumen
En este método, se explota el potencial de la óptica y la holografía para descubrir detalles ocultos de la respuesta dinámica de un sistema natural a nanoescala. En la primera parte, se presentan los estudios ópticos y holográficos de estructuras fotónicas naturales, así como las condiciones para la aparición del efecto fotoforético, a saber, el desplazamiento o la deformación de una nanoestructura debido a un gradiente térmico inducido por la luz, a nanoescala. Este efecto se revela mediante interferometría holográfica digital en tiempo real que monitorea la deformación de las escamas que cubren las alas de los insectos inducida por la temperatura. El vínculo entre la geometría y la nanocorrugación que conduce a la aparición del efecto fotoforético se demuestra y confirma experimentalmente. En la segunda parte, se muestra cómo la holografía se puede utilizar potencialmente para descubrir detalles ocultos en el sistema químico con dinámica no lineal, como el fenómeno de transición de fase que ocurre en la reacción oscilatoria compleja de Briggs-Rauscher (BR). El potencial presentado de la holografía a nanoescala podría abrir enormes posibilidades para controlar y moldear el efecto fotoforético y la formación de patrones para diversas aplicaciones, como la captura y levitación de partículas, incluido el movimiento de hidrocarburos no quemados en la atmósfera y la separación de diferentes aerosoles, la descomposición de microplásticos y el fraccionamiento de partículas en general, y la evaluación de la temperatura y la conductividad térmica de partículas de combustible de tamaño micrométrico.
Introducción
Para comprender y notar completamente todos los fenómenos únicos en el nanomundo, es crucial emplear técnicas que sean capaces de revelar todos los detalles relacionados con las estructuras y la dinámica a nanoescala. En esta cuenta, se presenta la combinación única de métodos lineales y no lineales, combinados con el poder de la holografía para revelar la dinámica del sistema a nanoescala.
La técnica holográfica descrita se puede ver como el método de triple rec (rec es la abreviatura de grabación), ya que en un momento dado la señal es grabada simultáneamente por una cámara fotográfica, una cámara térmica y un interf....
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Protocolo
1. Precaracterización
- Realizar una precaracterización completa de la muestra.
- Realizar todos los experimentos en especímenes secos comprados de una fuente comercial. Guarde las muestras en el laboratorio, en un lugar seco y oscuro, a temperatura ambiente.
- Antes de las mediciones holográficas, realice una caracterización completa de la muestra mediante microscopio electrónico de barrido (SEM), espectroscopia óptica lineal y microscopía óptica no lineal (NOM)10 (Figura 1).
- Además de las propiedades ópticas de las muestras medidas por técnicas lineales, se recop....
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Resultados
Se indujo y monitoreó un efecto fotoforético en un primer experimento en el ala de una mariposa Morpho menelaus 5. El efecto fue iniciado por la acción de láseres LED de diferentes longitudes de onda (450 nm, 532 nm, 660 nm y 980 nm). Aquí, se utilizaron las alas de una mariposa I. lathonia 14 . Después del procedimiento de grabación, la imagen del holograma fue reconstruida.
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Discusión
En el estudio biofotónico presentado, se demuestra que se puede utilizar un nuevo método holográfico para detectar un desplazamiento morfológico mínimo o deformación causada por la radiación térmica de bajo nivel.
El paso más crítico en la medición holográfica con muestras biológicas es el paso de preparación. La preparación de la muestra (corte/ pegado para que coincida con el tamaño del soporte) depende de las propiedades mecánicas de la muestra, y no es posible tener un protocolo estándar p.......
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Divulgaciones
Los autores declaran no haber conflicto de intereses.
Agradecimientos
M. S. P., D. G., D. V. y B. K. reconocen el apoyo a las estructuras biológicas y bioinspiradas para la vigilancia multiespectral, financiadas por NATO SPS (NATO Science for Peace and Security) 2019-2022. B. K., D. V., B. B., D. G. y M. S. P. reconocen la financiación proporcionada por el Instituto de Física de Belgrado, a través de la financiación institucional del Ministerio de Educación, Ciencia y Desarrollo Tecnológico de la República de Serbia. Además, B. K. reconoce el apoyo de F R S - FNRS. M. P. agradece el apoyo del Ministerio de Educación, Ciencia y Desarrollo Tecnológico de la República de Serbia, número de contrato 451-03-9/2021-14/200026. S. R. M. fue apoy....
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Materiales
4
LED Espectroscopio óptico Mesa óptica Thorlabs Ácido perclórico, HClO
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Aislamiento activo de vibraciones, cuatro soportes de mesa óptica | Thorlabs | PTR502 | Alta capacidad de carga: 2.500 kg, altura 600 mm |
| Cubeta | de vidrio estándar | ||
| Cámara holográfica (cámara óptica para holografía) | Cannon | EOS 50D | Tamaño del sensor 22,3 x 14,9 mm; Paso de píxeles 4.69 y micro; m; Resolución máx. 4752 x 3168; Formato de archivo JPEG |
| Peróxido de hidrógeno, H2O2 | Merck (Darmstadt, Alemania) | ||
| Láser | Láser Quantum | Torus 532 láser | Longitud de onda 532 nm; Potencia 390 mW; Longitud de coherencia 10 m |
| Láseres | |||
| Ácido malónico, C3H4O4 | Acr s Organics (Geel, Bélgica) | ||
| Sulfato de manganeso, MnSO4 | Fluka (Buchs, Switzerlend) | ||
| Microscopio óptico no lineal | IPB | ||
| Accesorios ópticos | Thorlab | ||
| TOP450II PTR52509 | dimensiones 2000*1250*310 mm | ||
| > | Merck (Darmstadt, Alemania) | ||
| Yodato de potasio, KIO3 | Merck (Darmstadt, Alemania) | ||
| Software | Software casero creado por uno de los autores: Dusan Grujic. Este software se llevó a cabo en cumplimiento parcial de los requisitos para el doctorado de D.G. | ||
| Cámara térmica | Flir | A65 | 640x512 píxeles; Resolución térmica 50 mK |
| Cámara de video | Nikon | 1v3 | 18.4 Mpixel; 60 fps |
Referencias
- Pietrzyk, D. J., Frank, C. W. Development of an analytical method. Analytical Chemistry. , 10-19 (1979).
- Ostrovsky, Y. I., Shchepinov, V. P., Yakovlev, V. V. Holographic Interferometry in Experimental Mechanics. 60, Springer. (2013).
- Pedrini, G., Osten, W., Gusev, M. E.
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Reimpresiones y permisos
