Name: Un laser rapide Probing Méthode Facilite la détermination non-invasive et sans contact des feuilles Propriétés thermiques (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-07T17:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
Description: Découvrez une méthode de sondage laser infrarouge rapide pour mesurer sans contact les propriétés thermiques des feuilles. Cette technique non invasive permet d'évaluer la santé des plantes en moins d'une minute.

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Les auteurs remercient le Dr Thomas Rademacher et Ibrahim Al Amedi d’avoir cultivé les plantes utilisées dans cette étude. Nous tenons à remercier le Dr Richard M. Twyman pour son aide dans la révision du manuscrit. Ce travail a été en partie financé par la bourse avancée du Conseil européen de la recherche « Future-Pharma », proposition numéro 269110, la Fraunhofer Zukunftsstiftung (Fondation du futur), les programmes internes Fraunhofer-Gesellschaft sous la subvention n°. Attirer 125-600164.

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Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.

La méthode de mesure non destructive sans contact décrite ci - dessus peut être utilisé pour déterminer c p, s et ʎ d&#39;une manière simultanée et reproductible. Le calcul de ʎ en particulier dépend de plusieurs paramètres qui sont sensibles aux erreurs. Néanmoins, l&#39;effet de ces erreurs est soit linéaire ou sous-proportionnelle, et le coefficient de variation pour tous les paramètres a été trouvée être inférieure à 10%. Même si la méthode peut donc être considérée comme robuste, quelques amélio...

Le traitement à grande échelle de matériaux biologiques nécessite souvent des étapes de traitement thermique telles que la pasteurisation. L'équipement pour de tels procédés peuvent être conçus plus précisément si les propriétés thermiques des matériaux biologiques sont bien caractérisés, y compris la capacité de chaleur spécifique (c p, s) et la conductivité thermique (λ). Ces paramètres peuvent être déterminés facilement pour les liquides, les suspensions et les homogénats par calorimétrie 1. Cependant, ces paramètres de mesure dans des échantillons solides peuvent être de main - d'œuvre, et nécessite souvent un contact direct avec l'échantillon ou même sa destruction 2. Par exemple, les techniques photothermiques exigent un contact direct entre l'échantillon et le détecteur 3. De telles limitations sont acceptables au cours de la transformation des aliments, mais sont incompatibles avec les processus fortement réglementés tels que la production de protéines biopharmaceutiques dans les plantes dans le cadre de bonnes pratiques de fabrication 4. jen un tel contexte, répété (par exemple, hebdomadaire) la surveillance des propriétés thermiques peut être nécessaire pendant une période de croissance de sept semaines pour les plantes individuelles comme un outil de contrôle de la qualité. Si un tel contrôle, il faudrait consommer une feuille et pour chaque mesure, il n'y aurait pas laissé la biomasse pour traiter au moment de la récolte. En outre, en utilisant uniquement des pièces de feuilles à la place causerait blessant à l'usine et augmenter le risque de nécrose ou une infection pathogène, ce qui diminue encore le rendement du procédé. La probabilité d'une infection par un pathogène peut également augmenter si une méthode par contact direct avec l'échantillon serait utilisé, ce qui induit le risque que tout un lot de plantes peuvent être infectés par le contact avec un dispositif de capteur contaminé. Aspects similaires doivent être considérés pour la surveillance des plantes souligne comme la sécheresse, par exemple, dans un contexte écophysiologique. Par exemple, la perte d'eau est souvent suivie par un changement de la biomasse fraîche, ce qui nécessite une tre invasiveatment des plantes visées par l' enquête 5, par exemple, une feuille de dissection. Au lieu de cela, la détermination de la capacité thermique spécifique, qui dépend de la teneur en eau d'un échantillon, d'une manière non invasive comme décrit ici, peut être utilisé comme paramètre de substitution pour l'état d'hydratation des plantes. Dans les deux scénarios (production pharmaceutique et écophysiologie), les contraintes artificielles induites par des techniques de mesure destructrices ou invasives seraient nuisibles car ils peuvent fausser les données expérimentales. Méthodes flash Par conséquent, précédemment rapportés 6 ou le placement d'échantillons entre les plaques d' argent 7 ne sont pas adaptés pour de tels procédés et expériences , soit parce qu'ils nécessitent un contact direct avec l'échantillon ou sont destructrices. Les paramètres c p, s et λ doivent être déterminées afin de concevoir l'équipement de traitement pour une étape de blanchiment qui peut simplifier la purification du produit et de réduire ainsi les coûts de fabrication 8-10. Les deux cp, s et λ peuvent maintenant être déterminées rapidement par sans contact proche infrarouge non-destructif (NIR) laser de sondage d'une manière cohérente et reproductible 11 et cette nouvelle méthode seront expliquées en détail ci - dessous. Les résultats obtenus par cette méthode ont été utilisés avec succès pour simuler le transfert de chaleur dans les feuilles de tabac 12, ce qui permet la conception d' un équipement de traitement approprié et la sélection des paramètres correspondant tel que la température de blanchissement. La méthode est facile à mettre en place (Figure 1) et comporte deux phases, la mesure et l' analyse, dont chacune comprend deux étapes principales. Dans la phase de mesure, un échantillon de la feuille est d'abord chauffée localement par une courte impulsion laser et la température maximale de l'échantillon est enregistrée. Le profil de température de l'échantillon est ensuite enregistrée pendant une durée de 50 s. Dans la phase d'analyse, les propriétés telles que la densité des feuilles (facilement et précisément déterminées par Measurem pycnométriqueent) sont combinés avec la température maximale de l' échantillon pour calculer c p, s. Dans la deuxième étape, le profil de température de la feuille est utilisée comme entrée pour une équation d'équilibre d'énergie, en prenant la conduction, la convection et le rayonnement en compte, pour le calcul de λ. Des instructions détaillées étape par étape sont fournies dans la section de protocole, l'expansion sur le contenu de la vidéo qui l'accompagne. Mesures typiques sont ensuite présentés dans la section des résultats. Enfin, les avantages et les limites de la méthode sont mis en évidence dans la section de discussion ainsi que des améliorations potentielles et d'autres applications. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/54835/54835fig1.jpg"> Figure 1: Appareil utilisé pour déterminer les propriétés thermiques des feuilles. A. Photographie de l'appareil de mesure utilisé pour déterminer la capacité de chaleur spécifique et de la conductivité thermique leaves. Les périphériques (ordinateurs, oscilloscope) ne sont pas représentés. B. Représentation schématique de l'appareil de mesure. Le laser et l'équipement connecté sont surlignés en rouge, le détecteur NIR pour la mesure de température est affichée en violet, l'échantillon des feuilles est vert et le capteur de puissance de photodiode est bleu. C. Dessin des éléments de la configuration de mesure avec le même code couleur que dans B. La barre de taille indique 0,1 m. D. Capture d'écran illustrant les éléments typiques du logiciel de contrôle de laser. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54835/54835fig1large.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a>

<table><tbody><tr><td>Tube 1"</td><td>Thorlabs</td><td>SM1L10E</td><td>Tube pour support de fibre</td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A0701</td><td>Agarose</td></tr><tr><td>Lentille bi-convexe f=25.4</td><td>Thorlabs</td><td>LB1761</td><td>Lentille</td></tr><tr><td>Numérique Handheld Optical&nbsp ; Console de compteur de puissance et d’énergie</td><td>Thorlabs</td><td>PM100D</td><td>Console pour capteur d’absorption de surface thermique</td></tr><tr><td>Oscilloscope numérique au phosphore&nbsp ;</td><td>Tektronix</td><td>DPO7104</td><td>Oscilloscope</td></tr><tr><td>DMR Microscope optique</td><td>Leica</td><td>n.a.Microscope</td> <td>optique</td></tr><tr><td>Falcon 50 mL Tubes coniques à centrifuger</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-432-2</td><td>Pycnomètre</td></tr><tr><td>Ferty 2 Mega</td><td>Kammlott</td><td>5.220072</td><td>Engrais</td></tr><tr><td>Porte-fibres</td><td>Thorlabs</td><td></td><td>Porte-fibres</td></tr><tr><td>Forma -86 &#176 ; C Congélateur ULT</td><td>ThermoFisher</td><td>88400</td><td>Congélateur</td></tr><tr><td>Serre</td><td>n.a.n.a.Pour</td><td></td> <td>la culture des plantes</td></tr><tr><td>Grodan Rockwool Cubes 10 x 10 cm</td><td>Grodan</td><td>102446</td><td>Bloc de laine de roche</td></tr><tr><td>Détecteur infrarouge Optris CT</td><td>Optris</td><td>OPTCTLT15</td><td>Détecteur infrarouge</td></tr><tr><td>Logiciel de détection infrarouge Compact Connect</td><td>Optris</td><td>n.a.Logiciel</td> <td>de contrôle pour détecteur infrarouge</td></tr><tr><td>Lambda 1050 Spectrophotomètre UV/Vis</td><td>PerkinElmer</td><td>L1050</td><td>Spectrophotomètre UV/VIS</td></tr><tr><td>Laser 400 &mu ; m, 1 550&nbsp ; nm Module couplé à une seule barre refroidi par conduction</td><td>DILAS</td><td>M1F-SS2.1</td><td></td></tr><tr><td>Couverture laser Couverture laser</td><td>Amtron</td><td>LM200</td><td></td></tr><tr><td>Laser Cover Pilote laser&nbsp ;</td><td>Amtron</td><td>CS 408</td><td>Laser Driver</td></tr><tr><td>Osram blanc froid 36 W</td><td>Osram</td><td>4930440</td><td>Source lumineuse</td></tr><tr><td>Capteur de photodiode&nbsp ;</td><td>Thorlabs</td><td>PDA20H-EC</td><td>Capteur de puissance pour les mesures de transmission</td></tr><tr><td>Poids de précision Ohaus Analytical Plus</td><td>Ohaus</td><td>80251552</td><td>Poids de précision</td></tr><tr><td>Cadre d’échantillonnage</td><td>Fraunhofer ILT</td><td>n.a.Logiciel</td> <td>de fixation de l’échantillon de feuille</td></tr><tr><td>Pyro Control</td><td>Amtron</td><td>n.a.Logiciel</td> <td>de contrôle de puissance laser</td></tr><tr><td>Support en acier inoxydable</td><td>n.a.n.a</td><td>.</td><td>Support pour le réglage de la mesure</td></tr><tr><td>Plaques en téflon 2 cm</td><td>Fraunhofer ILT</td><td>n.a.Atténuation</td> du <td>téflon</td></tr><tr><td>Absorbeur de surface thermique Capteur</td><td>de puissance Thorlabs</td><td>S314C</td><td>Capteur pour les mesures de puissance laser</td></tr><tr><td>Vibratome</td><td>Leica</td><td>1491200S001</td><td>Vibratome</td></tr><tr><td>Zoc/Pro 6.51&nbsp ;</td><td>EmTec Innovative Software</td><td>n.a.Logiciel</td> <td>de contrôle laser&nbsp ;</td></tr></tbody></table>

un laser rapide probing méthode facilite la détermination non-invasive et sans contact des feuilles propriétés thermiques

A Rapid Laser Probing Method Facilitates the Non-invasive and Contact-free Determination of Leaf Thermal Properties

Les plantes peuvent produire des substances précieuses telles que des métabolites secondaires et de protéines recombinantes. La purification de ce dernier à partir de la biomasse végétale peut être rationalisé par traitement thermique (blanchissement). Dispositif de blanchiment peut être conçu plus précisément si les propriétés thermiques des feuilles sont connues en détail, à savoir la capacité de chaleur spécifique et de la conductivité thermique. La mesure de ces propriétés est de temps et de main-d&#39;œuvre, et nécessite généralement des méthodes invasives qui entrent en contact avec l&#39;échantillon directement. Cela peut réduire le rendement du produit et peut être incompatible avec les exigences de confinement, par exemple, dans le cadre de bonnes pratiques de fabrication. Pour répondre à ces questions, une méthode non-invasive, sans contact a été développé qui détermine la capacité thermique spécifique et la conductivité thermique d&#39;une feuille de la plante intacte en une minute environ. Le procédé implique l&#39;application d&#39;une courte impulsion laser d&#39;une longueur et d&#39;une intensité définie à une petite zone de laExtrait de feuilles, ce qui provoque une augmentation de la température qui est mesurée au moyen d&#39;un capteur proche infrarouge. L&#39;augmentation de température est associée à des propriétés connues de la feuille (épaisseur et densité) afin de déterminer la capacité calorifique spécifique. La conductivité thermique est alors calculée en fonction du profil de la baisse de température ultérieure, en rayonnement thermique et le transfert de chaleur par convection en compte. Les calculs associés et les aspects critiques de la manipulation des échantillons sont discutés.

Mesure des propriétés des feuilles En utilisant le procédé ci - dessus microscopique, une épaisseur de feuille de 0,22 à 0,29 x 10-3 m a été déterminé à la fois de N. tabacum (0,25 ± 0,04 x 10-3 m, n = 33) et N. benthamiana (0,26 ± 0,02 x 10 - 3 m, n = 24), ce qui est bien dans la 0,20 à 0,33 × 10 - ...

Une méthode a été développée pour déterminer la capacité thermique spécifique et la conductivité thermique du tissu foliaire par sondage laser proche infrarouge non invasif et sans contact, qui nécessite moins de 1 min par échantillon.

Un laser rapide Probing Méthode Facilite la détermination non-invasive et sans contact des feuilles Propriétés thermiques

Plants can produce valuable substances such as secondary metabolites and recombinant proteins. The purification of the latter from plant biomass can be ...

L’objectif global de cette procédure est de déterminer les propriétés thermiques des feuilles sans contact. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de l’agriculture moléculaire sur le contrôle en cours de processus de la croissance et de la santé des plantes. Les principaux avantages de cette technique sont qu’elle est sans contact, rapide et qu’elle n’endommage pas l’échantillon.Les implications de cette technique s’étendent à l’inspection automatisée des plantations avec un détecteur mobile pour définir l’alimentation et la nutrition plante par plante. Pour commencer la culture des plantes, rincez les blocs de laine minérale avec un à deux litres d’eau désionisée chacun, puis rincez chaque bloc avec un litre d’une solution d’engrais à 0,1 %. Placez une graine de tabac dans chaque bloc et rincez avec 250 millilitres de solution d’engrais, en veillant à ce que la graine ne soit pas emportée.Cultivez les plantes pendant sept semaines dans une serre ou un phytotron. Une fois que les plantes ont poussé, récoltez des feuilles simples intactes et intactes pour la caractérisation des plantes ou utilisez des plantes intactes. Pour commencer à déterminer l’

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Cet article présente la technique de thermoréflectance dans le domaine fréquentiel (FDTR) pour la caractérisation et l’imagerie thermiques non destructives locales.

La technique de thermoréflectance en domaine fréquentiel pour les mesures des propriétés thermiques

Découvrez une méthode de sondage laser infrarouge rapide pour mesurer sans contact les propriétés thermiques des feuilles. Cette technique non invasive permet d'évaluer la santé des plantes en moins d'une minute.

Un laser rapide Probing Méthode Facilite la détermination non-invasive et sans contact des feuilles Propriétés thermiques

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