Name: ליזר מהיר גשוש שיטה מקלה על קביעת פולשני צור-חינם של תכונות תרמיות ליף (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-07T17:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
Description: למד שיטה מהירה וללא מגע לקביעת תכונות תרמיות של עלים באמצעות ליזר תת-אדום קרוב. שיטה זו מאפשרת מעקב אחר בריאות הצמח וניהול תזונה מדויק בחקלאות מולקולרית.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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.

<ol><li>Wilhelm, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWilhelm%2C+E+%22Heat+Capacities%3A+Liquids%2C+Solutions+and+Vapours%22">Heat Capacities: Liquids, Solutions and Vapours</a>. , Royal Society of Chemistry. 516(2010).</li>
<li>Costa, J. M., Grant, O. M., Chaves, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermography+to+explore+plant-environment+interactions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Bot%22%5BJournal%5D)">Thermography to explore plant-environment interactions.</a> J. Exp. Bot. 64, 3937-3949 (2013).</li>
<li>Jayalakshmy, M. S., Philip, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermophysical+Properties+of+Plant+Leaves+and+Their+Influence+on+the+Environment+Temperature%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Thermophysics%22%5BJournal%5D)">Thermophysical Properties of Plant Leaves and Their Influence on the Environment Temperature.</a> International Journal of Thermophysics. 31, 2295-2304 (2010).</li>
<li>Buyel, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Process+development+strategies+in+plant+molecular+farming%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Pharm.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Process development strategies in plant molecular farming.</a> Curr. Pharm. Biotechnol. 16, 966-982 (2015).</li>
<li>Schuster, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effectiveness+of+cuticular+transpiration+barriers+in+a+desert+plant+at+controlling+water+loss+at+high+temperatures%5BTitle%5D)+AND+%22AoB+PLANTS%22%5BJournal%5D)">Effectiveness of cuticular transpiration barriers in a desert plant at controlling water loss at high temperatures.</a> AoB PLANTS. 8, (2016).</li>
<li>Parker, W. J., Jenkins, R. J., Abbott, G. L., Butler, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flash+Method+of+Determining+Thermal+Diffusivity%2C+Heat+Capacity%2C+and+Thermal+Conductivity%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Flash Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity, and Thermal Conductivity.</a> J Appl Phys. 32, 1679-1684 (1961).</li>
<li>Hays, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+thermal+conductivity+of+leaves%5BTitle%5D)+AND+%22Planta%22%5BJournal%5D)">The thermal conductivity of leaves.</a> Planta. 125, 281-287 (1975).</li>
<li>Menzel, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+blanching+reduces+the+host+cell+protein+content+and+substantially+enhances+the+recovery+and+stability+of+two+plant+derived+malaria+vaccine+candidates%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Optimized blanching reduces the host cell protein content and substantially enhances the recovery and stability of two plant derived malaria vaccine candidates.</a> Front. Plant Sci. , (2015).</li>
<li>Buyel, J. F., Hubbuch, J., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blanching+intact+leaves+or+heat+precipitation+in+an+agitated+vessel+or+heat+exchanger+removes+host+cell+proteins+from+tobacco+extracts%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Blanching intact leaves or heat precipitation in an agitated vessel or heat exchanger removes host cell proteins from tobacco extracts.</a> J. Vis. Exp. , Under review (2015).</li>
<li>Beiss, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heat-precipitation+allows+the+efficient+purification+of+a+functional+plant-derived+malaria+transmission-blocking+vaccine+candidate+fusion+protein%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Heat-precipitation allows the efficient purification of a functional plant-derived malaria transmission-blocking vaccine candidate fusion protein.</a> Biotechnol. Bioeng. 112, 1297-1305 (2015).</li>
<li>Buyel, J. F., Gruchow, H. M., Tödter, N., Wehner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+the+thermal+properties+of+leaves+by+non-invasive+contact+free+laser+probing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Determination of the thermal properties of leaves by non-invasive contact free laser probing.</a> J. Biotechnol. 217, 100-108 (2016).</li>
<li>Buyel, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Numeric+simulation+can+be+used+to+predict+heat+transfer+during+the+blanching+of+leaves+and+intact%5BTitle%5D)+AND+%22Biochem.+Eng.+J%22%5BJournal%5D)">Numeric simulation can be used to predict heat transfer during the blanching of leaves and intact.</a> Biochem. Eng. J. , (2015).</li>
<li>Hedlund, H., Johansson, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heat+capacity+of+birch+determined+by+calorimetry%3A+implications+for+the+state+of+water+in+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Thermochim+Acta%22%5BJournal%5D)">Heat capacity of birch determined by calorimetry: implications for the state of water in plants.</a> Thermochim Acta. 349, 79-88 (2000).</li>
<li>Chandrakanthi, M., Mehrotra, A. K., Hettiaratchi, J. P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+conductivity+of+leaf+compost+used+in+biofilters%3A+An+experimental+and+theoretical+investigation%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Pollut%22%5BJournal%5D)">Thermal conductivity of leaf compost used in biofilters: An experimental and theoretical investigation.</a> Environ. Pollut. 136, 167-174 (2005).</li>
<li>Larcher, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLarcher%2C+W+%22Physiological+Plant+Ecology%3A+Ecophysiology+and+Stress+Physiology+of+Functional+Groups%22">Physiological Plant Ecology: Ecophysiology and Stress Physiology of Functional Groups</a>. , Springer Science & Business Media. (2003).</li>
<li>Cowen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+gamma-ray+burst%27s+enduring+fireball%5BTitle%5D)+AND+%22Science+News%22%5BJournal%5D)">A gamma-ray burst's enduring fireball.</a> Science News. 152, 197(1997).</li>
<li>Jones, H. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+infrared+imaging+of+crop+canopies+for+the+remote+diagnosis+and+quantification+of+plant+responses+to+water+stress+in+the+field%5BTitle%5D)+AND+%22Funct.+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">Thermal infrared imaging of crop canopies for the remote diagnosis and quantification of plant responses to water stress in the field.</a> Funct. Plant Biol. 36, 978-989 (2009).</li>
<li>Defraeye, T., Verboven, P., Ho, Q. T., Nicolai, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convective+heat+and+mass+exchange+predictions+at+leaf+surfaces%3A+Applications%2C+methods+and+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Comput.+Electron.+Agric%22%5BJournal%5D)">Convective heat and mass exchange predictions at leaf surfaces: Applications, methods and perspectives.</a> Comput. Electron. Agric. 96, 180-201 (2013).</li>
<li>Arndt, S. K., Irawan, A., Sanders, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Apoplastic+water+fraction+and+rehydration+techniques+introduce+significant+errors+in+measurements+of+relative+water+content+and+osmotic+potential+in+plant+leaves%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Plant%22%5BJournal%5D)">Apoplastic water fraction and rehydration techniques introduce significant errors in measurements of relative water content and osmotic potential in plant leaves.</a> Physiol. Plant. 155, 355-368 (2015).</li>
<li>Jones, H. G., Schofield, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+and+other+remote+sensing+of+plant+stress%5BTitle%5D)+AND+%22General+and+Applied+Plant+Physiology%22%5BJournal%5D)">Thermal and other remote sensing of plant stress.</a> General and Applied Plant Physiology. 34, 19-32 (2008).</li>
<li>Jones, H. G., Archer, N., Rotenberg, E., Casa, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiation+measurement+for+plant+ecophysiology%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Bot%22%5BJournal%5D)">Radiation measurement for plant ecophysiology.</a> J. Exp. Bot. 54, 879-889 (2003).</li>
<li>Dupont, C., Chiriac, R., Gauthier, G., Toche, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heat+capacity+measurements+of+various+biomass+types+and+pyrolysis+residues%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">Heat capacity measurements of various biomass types and pyrolysis residues.</a> Fuel. 115, 644-651 (2014).</li>
<li>Chaerle, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-sensor+plant+imaging%3A+Towards+the+development+of+a+stress-catalogue%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+J%22%5BJournal%5D)">Multi-sensor plant imaging: Towards the development of a stress-catalogue.</a> Biotechnol. J. 4, 1152-1167 (2009).</li>
<li>Hackl, H., Baresel, J. P., Mistele, B., Hu, Y., Schmidhalter, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Comparison+of+Plant+Temperatures+as+Measured+by+Thermal+Imaging+and+Infrared+Thermometry%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Agron.+Crop.+Sci%22%5BJournal%5D)">A Comparison of Plant Temperatures as Measured by Thermal Imaging and Infrared Thermometry.</a> J. Agron. Crop. Sci. , 415-429 (2012).</li>
<li>Yuan, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectral+analysis+of+winter+wheat+leaves+for+detection+and+differentiation+of+diseases+and+insects%5BTitle%5D)+AND+%22Field+Crops+Res%22%5BJournal%5D)">Spectral analysis of winter wheat leaves for detection and differentiation of diseases and insects.</a> Field Crops Res. 156, 199-207 (2014).</li>
</ol>

למחברים אין ניגודי אינטרסים לחשוף.

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...

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 עולים בקנה אחד עם תהליכי פיקוח הדוק כגון ייצור של חלבונים הביו-פרמצבטיקה בצמחים בהקשר של תרגול 4 ייצור נאותים. אניn בהקשר כזה, חזר (למשל, שבועי) ניטור של תכונות תרמיות שיידרש במהלך תקופת צמיחת שבעה שבועות עבור צמחים בודדים ככלי בקרת איכות. אם ניטור כזה ידרוש וצורכים עלו לכל מדידה, לא יהיה שום ביומסה עזבה לעבד בזמן הקציר. בנוסף, שימוש בחלקים עלה רק במקום יגרום ופצע למפעל ולהגדיל את הסיכון של נמק או זיהום הפתוגן, שוב מצמצמים את התשואה התהליך. הסבירות של זיהום הפתוגן עלולה להגביר גם אם שיטה עם מקשר ישיר המדגם תשמש, גרימת הסיכון שאירוע האצווה כולה של צמחים יכולה להידבק באמצעות מגע עם מכשיר חיישן מזוהם. יש היבטים בדומה להיחשב לניטור של הצמח מדגיש כמו בצורת, למשל, בהקשר ecophysiological. לדוגמא, אובדן מים מנוטר לעתים קרובות על ידי שינוי ביומסה הטרי, מחייבת Tre פולשניתatment של הצמחים תחת חקירה 5, למשל, לנתח עלה. במקום זאת, קביעת קיבולת החום הסגולית, אשר תלויה את תכולת המים מדגם, באופן בלתי פולשני כמו לתאר כאן, יכול לשמש כפרמטר פונדקאי עבור מצב הידרציה של צמחים. בשני התרחישים (ייצור תרופות ואקופיזיולוגיה), מדגיש מלאכותי המושרה על ידי שיטות מדידה הרסניות או פולשני יהיה מזיק כפי שהם יכולים לעוות את נתוני הניסוי. לכן, שדווחו בעבר שיטות פלאש 6 או את המיקום של דגימות בין צלחות כסף 7 אינן מתאימות תהליכי ניסויים כאלה, כי הם גם דורשים מקשר ישיר המדגם או הם הרסניים. פרמטרי ג p, s ו- λ צריכות להיקבע על מנת לעצב המכשור הטכנולוגי עבור צעד לבן שיכול לפשט טיהור מוצר ובכך להפחית את עלויות ייצור 8-10. ג השניp, s ו- λ כעת ניתן נחוש במהירות על ידי לייזר אינפרא אדום ליד מגע ללא שאינו הרסני (NIR) חיטוט בצורה עקבית לשחזור 11 ו שיטה חדשה זו יוסבר בהרחבה בהמשך. התוצאות שהתקבלו בשיטה זו נעשה שימוש מוצלח לדמות העברת החום עלי טבק 12, המאפשר את העיצוב של ציוד עיבוד מתאים ובחירת המתאימים פרמטרים כגון טמפרטורה הלבנה. השיטה קלה להקים (איור 1) ויש לו שני שלבים, מדידה וניתוח, שכל אחת מהן כולל שני שלבים עיקריים. בשלב המדידה, מדגם עלה מחומם ראשון באופן מקומי על ידי דופק ליזר קצר וטמפרטורת הדגימה המירבית היא רשמה. פרופיל הטמפרטורה של המדגם נרשם ואז למשך תקופה של 50 s. בשלב הניתוח, נכסים עלו כגון צפיפות (בקלות ובמדויק שקבעו measurem pycnometricאף אוזן גרון) משולב עם טמפרטורת הדגימה המירבית לחשב ג p, s. בשלב השני, פרופיל הטמפרטורה עלה משמש כקלט עבור משוואת מאזן אנרגיה, לוקח הולכה, הסעה וקרינה בחשבון, כדי לחשב λ. הוראות צעד-אחר-צעד מפורטות ניתנים באזור פרוטוקול והרחיב על תוכן הסרטון מלווה. מדידות אופייניות מכן מוצגות בסעיף התוצאות. לבסוף, את היתרונות ומגבלות של השיטה מודגשות בסעיף הדיון יחד עם שיפורי פוטנציאל ויישומים נוספים. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54835/54835fig1.jpg"> איור 1: מנגנון המשמש כדי לקבוע מאפיינים עלו תרמית. א. תצלום של המנגנון המדידה ששימשו לקביעת קיבולת חום סגולי מוליכות תרמית של leAves. ההתקנים ההיקפיים (המחשבים, אוסצילוסקופ) אינם מוצגים. B. ייצוג סכמטי של מנגנון המדידה. הליזר ואת הציוד מחובר מודגשים באדום, גלאי NIR למדידת טמפרטורה מוצגים סגול, מדגם העלה ירוק חיישן כוח פוטו-דיודה הוא כחול. ג. ציור של האלמנטים של ההתקנה המדידה עם אותו קוד הצבע כמו ב בר הגודל מצביע 0.1 מ '. D. תמונת מסך הממחיש את האלמנטים המאפיינים את תוכנות שליטת ליזר. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54835/54835fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

<table><tbody><tr><td>צינור 1 "</td><td>צינור Thorlabs</td><td>SM1L10E</td><td>למחזיק סיבים</td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A0701</td><td>Agarose</td></tr><tr><td>Bi-Convex עדשה f = 25.4</td><td>Thorlabs</td><td>LB1761</td><td>עדשה</td></tr><tr><td>דיגיטלית כף יד אופטית&nbsp; קונסולת מד כוח ואנרגיה</td><td>Thorlabs</td><td>PM100D</td><td>קונסולת לחיישן בולם משטח תרמי</td></tr><tr><td>אוסצילוסקופ זרחן דיגיטלי&nbsp;</td><td>Tektronix</td><td></td><td>DPO7104 אוסילוסקופ</td></tr><tr><td>DMR מיקרוסקופ אור</td><td>Leica</td><td>n.a.Light</td> <td>מיקרוסקופ</td></tr><tr><td>פלקון 50 מ"ל צינורות צנטריפוגה חרוטיים</td><td>פישר סיינטיפיק סיינטיפיק</td><td>14-432-2</td><td>פיקנומטר</td></tr><tr><td>Ferty 2 מגה</td><td>קמלוט</td><td>5.220072</td><td></td></tr><tr><td>מחזיק סיבי</td> דשן <td>מחזיק סיבים</td><td>Thorlabs</td><td></td></tr><tr><td>Forma -86 & #176; C מקפיא ULT</td><td>ThermoFisher</td><td>88400</td><td>מקפיא</td></tr><tr><td>חממה</td> <td>n.a.n.a.לגידול</td> <td>צמחים</td><td></td></tr> <tr><td>גרודן קוביות צמר סלעים 10 x 10 ס"מ</td><td>גרודן</td><td>102446</td><td>בלוק Rockwool</td></tr><tr><td>גלאי אינפרא אדום Optris CT</td><td>Optris OPTCTLT15</td><td></td><td>גלאי אינפרא אדום</td></tr><tr><td>תוכנת גלאי אינפרא אדום Compact Connect</td><td>Optris</td><td>n.a.Control</td> <td>תוכנה לגלאי אינפרא אדום</td></tr><tr><td>Lambda 1050 ספקטרופוטומטר UV / Vis</td><td>PerkinElmer</td><td>L1050</td><td>UV/VIS ספקטרופוטומטר</td></tr><tr><td>לייזר 400 &mu; מ', 1,550&nbsp; מודול מצמד סיבים יחיד בר יחיד מקורר nm</td><td>DILAS</td><td>M1F-SS2.1</td><td>כיסוי לייזר</td></tr><tr><td></td><td>Amtron</td><td>LM200</td><td>כיסוי</td></tr><tr><td>לייזר דרייבר&nbsp;</td><td>Amtron</td><td>CS 408</td><td>דרייבר לייזר</td></tr><tr><td>Osram לבן קריר 36 W</td><td>Osram</td><td>4930440</td><td>מקור אור</td></tr><tr><td>חיישן פוטודיודה&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>PDA20H-EC</td><td>חיישן כוח למדידות שידור</td></tr><tr><td>משקל מדויק Ohaus Analytical Plus</td><td>Ohaus</td><td>80251552</td><td>משקל מדויק</td></tr><tr><td>מסגרת מדגם</td><td>Fraunhofer ILT</td><td>n.a.קיבוע</td> <td>דגימת העלה</td></tr><tr><td>תוכנה Pyro Control</td><td>Amtron</td><td>n.a.Laser</td> <td>Power Control מחזיק</td></tr><tr><td>נירוסטה</td><td>n.a.n.a</td><td>.</td><td>מחזיק להגדרת מדידה</td></tr><tr><td>לוחות טפלון 2 ס"מ</td><td>Fraunhofer ILT</td><td>n.a.הנחתת</td> <td>טפלון</td></tr><tr><td>בולם משטח תרמי חיישן כוח</td><td>Thorlabs</td><td>S314C</td><td>חיישן למדידות כוח</td></tr><tr><td>לייזר Vibratome</td><td>Leica</td><td>1491200S001</td><td>Vibratome</td></tr><tr><td>Zoc/Pro 6.51&nbsp;</td><td>EmTec תוכנה חדשנית</td><td></td> <td>תוכנת בקרת לייזר&nbsp;</td></tr></tbody></table>

ליזר מהיר גשוש שיטה מקלה על קביעת פולשני צור-חינם של תכונות תרמיות ליף

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

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.

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 ...

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.

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

המטרה הכוללת של הליך זה היא לקבוע את התכונות התרמיות של העלים בצורה ללא מגע. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום החקלאות המולקולרית לגבי בקרה בתהליך על צמיחת הצמח ובריאותו. היתרונות העיקריים של טכניקה זו הם שהיא נטולת מגע, מהירה ואינה פוגעת במדגם.ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על בדיקה אוטומטית של מטעים עם גלאי נייד להגדרת הזנה ותזונה על בסיס צמח אחר צמח. כדי להתחיל בגידול צמחים, יש לשטוף גושי צמר מינרלים בליטר עד שניים של מים דה-יונים כל אחד, ואז לשטוף כל בלוק בליטר אחד של תמיסת דשן של 0.1%. מניחים זרע טבק אחד בכל בלוק ושוטפים עם 250 מיליליטר תמיסת דשן, ומבטיחים שהזרע לא יישטף.טפחו את הצמחים במשך שבעה שבועות בחממה או בפיטוטרון. לאחר שהצמחים גדלו, קצרו עלים בודדים שלמים ולא פגומים לאפיון הצמח או השתמשו בצמחים שלמים. כדי להתחיל בקביעת עובי העלים, הכינו בחיטוי 50 מיליליטר של תמיסת אגרוז של 2% מסה בנפח ותמיסת מלח עם פוספט.הניחו לתמיסה להתקרר ל-40 מעלות צלזיוס ולאחר מכן הוסיפו את התמיסה לצלחת פטרי המכילה דגימת עלה בודדת. מצננים את הדגימה בארבע מעלות צלזיוס למשך 30 דקות כדי למצק את האגרוז ולהטמיע את העלה. לאחר מכן השתמש בוויברטום כדי לחתוך את גוש האגרוז לפרוסות של 200 מיקרומטר.הרכיבו חמישה קטעי עלים רוחביים על מגלשת זכוכית עם ציאנואקרילט. השתמש במיקרוסקופ או במד חוגה כדי לקבוע את עובי האזורים נטולי הוורידים של דגימת העלה. השתמש בדגימת עלה בודדת נוספת במים כדי לקבוע את צפיפות העלים בעזרת פיקנומטר.לאחר מכן, מהדקים עלה בודד נוסף מול הגלאי בתא דגימה של ספקטרופוטומטר UV. בתוכנת הספקטרופוטומטר, בחר ספקטרום של 900 עד 1, 600 ננומטר. בצע את הסריקה ורשום את ערך השידור על סמך העקומה הספקטרלית.לאחר מכן, מהדק את העלה מאחורי הגלאי וחזור על הסריקה. קבע את ערך ההשתקפות מהעקומה הספקטרלית. השג מדידות שידור והשתקפות משלוש דגימות עלים לפחות.כדי להתחיל, הרכיב לייזר דיודה כמעט IR בסיבים בגודל 1,550 ננומטר בקונוס. לאחר מכן אבטח עדשה דו-קמורה עם אורך מוקד של 25.4 מילימטר בקצה החרוט. מהדקים חרוט בקוטר 25.4 מילימטר עם מחזיק נירוסטה למעמד מעבדה.הנח מסנן צפיפות ניטרלית בצפיפות אופטית של 1.0 בצלחת קרמיקה בעובי 22 מילימטר מעל הצנזורה כדי להחליש את קרן הלייזר. התקן חיישן כוח דיודת צילום 354 מילימטרים מתחת לתחתית העדשה. חבר את חיישן הכוח של דיודת הצילום לאוסילוסקופ.הצמד מסגרת בגודל 10 ס"מ על 10 ס"מ עם שטח חשיפה של דגימה של שישה סנטימטרים על שישה סנטימטרים 308 מילימטרים מתחת לעדשה. התקן את הגלאי 135 מילימטרים מעל המנחת הקרמי. חבר גלאי כמעט IR למחשב והכן את התוכנה.שים צלחת בולם על העלה והפעל את הלייזר. כוונן את זווית הגלאי ל-45 מעלות ביחס לקרן הלייזר. המשך לכוונן את זווית וגובה הגלאי עד לקריאת הטמפרטורה המקסימלית.בתוכנת בקרת הלייזר, בחר בקרת כוח. הגדר את עוצמת הלייזר המוצא לחמישה וואט ואת משך הדופק ל-0.5 שניות. כדי להתחיל במדידות, הביאו צמח שלם למנגנון המדידה או קצרו עלים בודדים שלמים ולא פגומים.הרכיב מיד את דגימת העלה במסגרת, הקפד לא לפגוע בעלה. אל תאפשר לעלה ליצור קשר עם מנחת הקרמיקה. בתוכנת ה-near-IR, התחל מדידה חדשה של 60 שניות.רשום את פרופיל הטמפרטורה הבסיסי למשך 10 שניות לפני הפעלת פולס לייזר בודד של 0.5 שניות. המשך לתעד נתונים עבור 49.5 השניות הנותרות. בסיום המדידה, לחץ על כפתור העצירה מעל הפרופיל התרמי ולאחר מכן שמור את הפרופיל.ייצא את נתוני הזמן והטמפרטורה הגולמיים כקובץ נקודה dat להמשך ניתוח. לאחר מכן בתוכנת האוסילוסקופ, קבע את גבהי האגף בפרופיל המתח, שנאספו אוטומטית במהלך דופק הלייזר. חזור על מדידת פרופיל הטמפרטורה עם דופק לייזר יחיד של 0.5 שניות עבור כל דגימה.לאחר מכן חזור על מדידת אות הלייזר ללא דגימת עלה כהפניה. קבע את גבהי האגף מפרופיל מתח זה וחשב את ערכי השידור עבור כל דגימה. השתמש בתוכנת גיליון אלקטרוני כדי לחשב ולשרטט גרף של קיבולת החום הספציפית והמוליכות התרמית של הדגימות.דגימות עלים בודדים של מיני הצמחים Nicotiana tabacum, הידוע בשם טבק, ו-Nicotiana benthamiana נותחו בשיטה זו. שני המינים הראו עלייה מהירה לטמפרטורה המקסימלית תוך פחות משנייה אחת בתגובה לפולס הלייזר, ואחריה ירידה אקספוננציאלית בטמפרטורת הסביבה. קיבולת החום הספציפית וערכי המוליכות התרמית חושבו עבור שני המינים מעלים שנאספו בתחתית, באמצע ובחלק העליון של הצמח.עלייה במוליכות התרמית של עלים במעלה הצמח נצפתה עבור שני המינים, אולם Nicotiana tabacum הראה מגמה הפוכה בקיבולת החום הספציפית. לא נצפה מתאם בין משך הגידול למוליכות התרמית ב-Nicotiana tabacum. יתר על כן, לא נצפה מתאם בין תנאי הגידול לתכונות התרמיות ב-Nicotiana benthamiana.נבדקה ההשפעה של משתנים בודדים על קיבולת חום ספציפית ומוליכות תרמית. המוליכות התרמית של Nicotiana benthamiana הייתה רגישה מאוד לטמפרטורת הסביבה. קיבולת החום הסגולית לא הייתה רגישה באופן משמעותי לאף אחד מהפרמטרים המעורבים בחישובה.לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך מספר דקות לכל דגימה אם היא מבוצעת כראוי. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור להרכיב נכון את העלה בדיוק הנתון כדי להבטיח מדידות באיכות גבוהה ותוצאות הניתנות לשחזור. בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות כמו מדידות פלואורסצנטיות על מנת לענות על שאלות נוספות כמו ביטוי חלבון רקומביננטי.לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום הביוטכנולוגיה של הצמח לחקור את גידול הצמחים במיני ניקוטיאנה. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לקבוע את קיבולת החום הספציפית והמוליכות התרמית של העלים בצורה נטולת מגע ולא הרסנית. אל תשכח שעבודה עם לייזרים עלולה להיות מסוכנת לעיניים שלך ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות כגון הרכבת משקפי הבטיחות המתאימים בעת ביצוע הליך זה.

a-rapid-laser-probing-method-facilitates-non-invasive-contact-free

Research

JoVE Journal

Biochemistry

ביוכימיה

אנו מתארים שיטה מהירה יחסית (30 דקות) ובו זמנית מציאותית למדידת מוליכות הידראוליות עלה...

מדידת מוליכות עלה הידראוליים ומוליכות הפיוניות והתגובות שלהם לקרינה והתייבשות שימוש בשיטת אידוי השטף (EFM)

היווצרות של קומפלקסי חלבוני in vivo ניתן דמיינו ידי שלמת הקרינה bimolecular. שותפי אינטראקציה הם התמזגו לחלקי משלימים של תגי ניאון והביעו transiently בי טבק, וכתוצאה מכך אות ניאון מחדש על סמיכות של שני חלבונים.

חלבונים אינטראקציות דמיינו ידי bimolecular הקרינה complementation בProtoplasts הטבק ועלים

יש אירופיום thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) קו הארה אופטית ב 612 ננומטר, אשר יעילות ההפעלה פוחתת מאוד עם הטמפרטורה. אם מדגם מכוסה מעטה דקה של חומר זה הוא-צלם מייקרו, 612 עוצמת התגובה הזורחת ננומטר ניתנת להמרת מפה ישירה של טמפרטורת פני מדגם.

ציפוי מיקרו-הדמיה תרמית ברזולוציה גבוהה באמצעות אירופיום Chelate פלורסנט

הגדרה ניסיונית מקורי לחימום תאים בצלחת תרבות באמצעות 1.94 מיקרומטר גל רציף הקרנת לייזר מוצג כאן. באמצעות שיטה זו, התגובות הביולוגיות של פיגמנט רשתית אפיתל (RPE) תאים לאחר חשיפות תרמיות שונות ניתן לחקור.

רציף גל תוליום לייזר עבור תאים תאים מתורבת לחקור אפקט תרמי נייד

שיטה זו שואפת לאתר פגמים אנכיים תת קרקעיים. כאן, אנו זוג לייזר עם אפנן אור מרחבי ולהפעיל קלט הווידאו שלה לחמם משטח מדגם דטרמיניסטית עם שני קווי אנטי אפקט מודולציה בעת רכישת תמונות תרמית נפתרה מאוד. העמדה פגם הוא נלקח מן הערכת גל הפרעה מינימלית גל.

לוקליזציה פגם תת קרקעי על ידי חימום מובנה באמצעות לייזר מוקרן Photothermal Thermography

ספקטרומטר מסה של ספריי עלה היא טכניקה ניתוח כימי ישיר זה ממזער את הכנת הדוגמא ומסלקת כרומטוגרפיה, המאפשר איתור מהיר של מולקולות קטנות רקמות הצמח.

ספקטרומטר מסה של ספריי עלה: טכניקה מהירה יינון אמביינט להעריך ישירות מטבוליטים רקמות הצמח

אומדן מדויק של המדד לאזור העלה (LAI) הוא חיוני עבור דגמים רבים של פלקסים חומר ואנרגיה בתוך מערכות אקולוגיות ובין מערכת אקולוגית ושכבת גבול אטמוספרית. לכן, שלוש שיטות (מלכודות המלטה, טכניקה מחט, ו PCA) לקיחת מדידות LAI מדויק היו בפרוטוקול המוצג.

שערוך אינדקס אזור העלה באמצעות שלוש שיטות נפרדות בדוכנים נשירים טהור

פלקסים פחמן בקריוספירה הם בקושי מוערך עדיין אבל הם חיוניים לגבי שינויי האקלים. כאן אנו מראים התקן אב טיפוס הרומן לוכדת את הפוטנציאל phototrophic בסביבות supraglacial מבוסס על לייזר המושרה פליטת זריחה (L.I.F.E.) טכנולוגיה המציעה מידע הרזולוציה גבוהה ספקטרלי ומרחבית בתנאים באתרו.

המושרה לייזר פליטת פלואורסצנטית (L.I.F.E.) ככלי הרומן שאינו פולשני עבור מדידות באתרו של ביוארקרס בבתי גידול קריורוי

הערכת מדד אזור עלים מהירה ומדויקת (LAI) במערכות אקולוגיות יבשתיות חיונית למגוון רחב של מחקרים אקולוגיים וכיול מוצרי חישה מרחוק. מוצג כאן הפרוטוקול לשימוש במכשיר האופטי החדש LP 110 לצילום מבוסס קרקע במדידות LAI.

מדידת שדה של אינדקס אזור עלה אפקטיבי באמצעות התקן אופטי בחופת הצמחייה

מאמר זה מציג את טכניקת תרמורפלקרטנס בתחום התדר (FDTR) לאפיון ודימות תרמי מקומי לא הרסני.

טכניקת תרמורפלקטנס בתחום התדר למדידות תכונה תרמית

למד שיטה מהירה וללא מגע לקביעת תכונות תרמיות של עלים באמצעות ליזר תת-אדום קרוב. שיטה זו מאפשרת מעקב אחר בריאות הצמח וניהול תזונה מדויק בחקלאות מולקולרית.

ליזר מהיר גשוש שיטה מקלה על קביעת פולשני צור-חינם של תכונות תרמיות ליף

גלה סרטונים נוספים