פותחה שיטה לקביעת קיבולת החום הספציפית והמוליכות התרמית של רקמת העלים על ידי בדיקת לייזר אינפרא אדום קרוב לא פולשנית ונטולת מגע, הדורשת פחות מדקה אחת לדגימה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
ליזר מהיר גשוש שיטה מקלה על קביעת פולשני צור-חינם של תכונות תרמיות ליף
במאמר זה
סיכום
תקציר
צמחים יכולים לייצר חומרים יקרי ערך כגון מטבוליטים משניים וחלבונים רקומביננטיים. הטיהור של האחרון מביומסה צמח יכולה להיות יעילה על ידי טיפול בחום (לבן). מנגנון לבן יכול להיות מתוכנן בצורה מדויקת יותר אם תכונות תרמיות של העלים ידועות לפרטיהם, כלומר, את היכולת החומה הסגולית ומוליכות תרמית. מדידת הנכסים אלה היא זמן רב ועבודה אינטנסיבית, ובדרך כלל דורשת שיטות פולשניות כי פנו המדגם ישירות. זה יכול להפחית את תשואת המוצר ועלול להיות בקנה אחד עם דרישות בלימה, למשל, בהקשר של ייצור נאות. כדי לטפל בבעיות אלה, שיטה לא פולשנית, ללא קשר פותחה הקובע את קיבולת חום סגולי מוליכות תרמית של עלה צמח שלמים כדקה. השיטה כרוכה ביישום דופק לייזר קצר של אורך מוגדר ועוצמת אל אזור קטן שלמדגם עלה, גרימת עלייה בטמפרטורה זו נמדדת באמצעות חיישן אינפרא אדום קרוב. גידול הטמפרטורה משולב עם תכונות עלה ידועות (עובי וצפיפות) כדי לקבוע את קיבולת החום הסגולית. מוליכות התרמית ואז מחושבת על בסיס הפרופיל של הירידה בטמפרטורה עוקבת לוקחות קרינת תרמית מעבר חום בהסעה בחשבון. החישובים הקשורים היבטים קריטיים של טיפול מדגם נדונים.
מבוא
עיבוד בקנה מידה גדול של חומרים ביולוגיים בדרך כלל דורש צעדים-טיפול בחום כמו פיסטור. ציוד תהליכים כאלה יכול להיות מתוכנן בצורה מדויקת יותר אם תכונות תרמיות של חומרים הביולוגיים מאופיינות היטב, כולל קיבולת החום הסגולית (ג, עמ 'הים) ו מוליכות תרמית (λ). פרמטרים אלה ניתן לקבוע בקלות לנוזלים, השעיות homogenates ידי calorimetry 1. עם זאת, פרמטרים כגון מדידה בדגימות מוצקות יכולים להיות עבודה אינטנסיבית, ולעתים קרובות דורשים מגע ישיר עם המדגם או אפילו חורבנה 2. לדוגמה, טכניקות photothermal דורשים מגע ישיר בין המדגם לבין גלאי 3. מגבלות אלו מקובלים במהלך עיבוד מזון, אך אינם עו....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
לגידול צמחים 1. הכנת דוגמאות
- רוקן כל בלוק צמר סלעים עם 1-2 ליטר מים ללא יונים, ובהמשך עם 1 ליטר של 0.1% [M / V] פתרון דשן. מניחים טבק אחד (טבק או נ benthamiana) זרע כל בלוק סומק בעדינות עם 0.25 ליטר של תמיסת הדישון ללא שטיפת הזרע.
- ולטפח את הצמחים במשך 7 שבועות בחממה או phytotron עם 70% לחות יחסית, photoperiod 16-שעות (180 μmol s - 1 מ '- 2; λ = 400-700 ננומטר) ובטמפרטורה 25/22 ° C אור / חושך מִשׁטָר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
מדידה ליף מאפיינים
בשיטה המיקרוסקופית לעיל, עובי עלה של 0.22-0.29 × 10 - 3 מ 'נקבע לשני tabacum נ (0.25 ± 0.04 × 10 - 3 מ', n = 33) ו נ benthamiana (0.26 ± 0.02 × 10 - 3 מ ', n = 24), שהוא גם בתוך 0.20-0.33 × 10 - מגוון מ .......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
המגע ללא, שיטת מדידה בלתי הרסניות שתוארו לעיל ניתן להשתמש כדי לקבוע ג p, s ו- ʎ באופן סימולטני לשחזור. חישוב ʎ בפרט תלוי כמה פרמטרים רגישים שגיאים. אף על פי כן, ההשפעה של שגיאות אלה הייתה גם ליניארי או תת-מידתי, ואת המקדם שונה עבור כל הפרמטרים נמצאו פחות מ -10%. למרות השיטה יכולה אפוא להיחשב חזק, כמה שיפורים טכניים יכולים להתבצע כדי להפחית את המקורות הנותרים של שגיאה.
הרכבה מדגם לתוך המכלול הי.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
למחברים אין ניגודי אינטרסים לחשוף.
תודות
המחברים אסירי תודה לד"ר תומאס רדמאכר ואיברהים אל עמדי על טיפוח הצמחים ששימשו במחקר זה. ברצוננו להודות לד"ר ריצ'רד מ. טוויימן על עזרתו בעריכת כתב היד. עבודה זו מומנה בחלקה על ידי מענק מתקדם של מועצת המחקר האירופית "Future-Pharma", הצעה מספר 269110, קרן העתיד (Fraunhofer Zukunftsstiftung), התוכניות הפנימיות של Fraunhofer-Gesellschaft במסגרת מענק מס. משוך 125-600164.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינור 1 " | צינור Thorlabs | SM1L10E | למחזיק סיבים |
| Agarose | Sigma Aldrich | A0701 | Agarose |
| Bi-Convex עדשה f = 25.4 | Thorlabs | LB1761 | עדשה |
| דיגיטלית כף יד אופטית קונסולת מד כוח ואנרגיה | Thorlabs | PM100D | קונסולת לחיישן בולם משטח תרמי |
| אוסצילוסקופ זרחן דיגיטלי | Tektronix | DPO7104 אוסילוסקופ | |
| DMR מיקרוסקופ אור | Leica | n.a.Light | מיקרוסקופ |
| פלקון 50 מ"ל צינורות צנטריפוגה חרוטיים | פישר סיינטיפיק סיינטיפיק | 14-432-2 | פיקנומטר |
| Ferty 2 מגה | קמלוט | 5.220072 | |
| מחזיק סיבי | מחזיק סיבים | Thorlabs | |
| Forma -86 & #176; C מקפיא ULT | ThermoFisher | 88400 | מקפיא |
| חממה | n.a.n.a.לגידול | צמחים | |
| גרודן קוביות צמר סלעים 10 x 10 ס"מ | גרודן | 102446 | בלוק Rockwool |
| גלאי אינפרא אדום Optris CT | Optris OPTCTLT15 | גלאי אינפרא אדום | |
| תוכנת גלאי אינפרא אדום Compact Connect | Optris | n.a.Control | תוכנה לגלאי אינפרא אדום |
| Lambda 1050 ספקטרופוטומטר UV / Vis | PerkinElmer | L1050 | UV/VIS ספקטרופוטומטר |
| לייזר 400 μ מ', 1,550 מודול מצמד סיבים יחיד בר יחיד מקורר nm | DILAS | M1F-SS2.1 | כיסוי לייזר |
| Amtron | LM200 | כיסוי | |
| לייזר דרייבר | Amtron | CS 408 | דרייבר לייזר |
| Osram לבן קריר 36 W | Osram | 4930440 | מקור אור |
| חיישן פוטודיודה | Thorlabs | PDA20H-EC | חיישן כוח למדידות שידור |
| משקל מדויק Ohaus Analytical Plus | Ohaus | 80251552 | משקל מדויק |
| מסגרת מדגם | Fraunhofer ILT | n.a.קיבוע | דגימת העלה |
| תוכנה Pyro Control | Amtron | n.a.Laser | Power Control מחזיק |
| נירוסטה | n.a.n.a | . | מחזיק להגדרת מדידה |
| לוחות טפלון 2 ס"מ | Fraunhofer ILT | n.a.הנחתת | טפלון |
| בולם משטח תרמי חיישן כוח | Thorlabs | S314C | חיישן למדידות כוח |
| לייזר Vibratome | Leica | 1491200S001 | Vibratome |
| Zoc/Pro 6.51 | EmTec תוכנה חדשנית | תוכנת בקרת לייזר |
מקורות
- Wilhelm, E. Heat Capacities: Liquids, Solutions and Vapours. , Royal Society of Chemistry. 516(2010).
- Costa, J. M., Grant, O. M., Chaves, M. M. Thermography to explore plant-environment interactions. J. Exp. Bot. 64, 3937-3949 (2013).
- Jayalakshmy, M. S., Philip, J.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
