Un laser Rapid Probing Metodo Facilita la determinazione non invasiva e senza contatto di Leaf Proprietà termiche

L'obiettivo generale di questa procedura è determinare le proprietà termiche delle foglie in modo senza contatto. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dell'agricoltura molecolare sul controllo in-process della crescita e della salute delle piante. I principali vantaggi di questa tecnica sono che è senza contatto, veloce e non danneggia il campione.

Le implicazioni di questa tecnica si estendono all'ispezione automatizzata delle piantagioni con un rilevatore mobile per definire l'alimentazione e la nutrizione pianta per pianta. Per iniziare la coltivazione delle piante, sciacquare i blocchi di lana minerale con uno o due litri di acqua deionizzata ciascuno, quindi sciacquare ogni blocco con un litro di una soluzione di fertilizzante allo 0,1%. Metti un seme di tabacco in ogni blocco e sciacqua con 250 millilitri di soluzione fertilizzante, assicurandoti che il seme non venga lavato via.

Coltiva le piante per sette settimane in una serra o in un fitotrone. Una volta che le piante sono cresciute, raccogli le singole foglie intatte e non danneggiate per la caratterizzazione delle piante o usa piante intatte. Per iniziare la determinazione dello spessore fogliare, preparare in autoclave 50 millilitri di una soluzione di agarosio al 2% in massa in volume e soluzione salina tamponata con fosfato.

Lasciare raffreddare la soluzione a 40 gradi Celsius e poi aggiungere la soluzione a una capsula di Petri contenente un singolo campione di foglia. Raffreddare il campione a quattro gradi Celsius per 30 minuti per solidificare l'agarosio e incorporare la foglia. Quindi utilizzare un vibratomo per tagliare il blocco di agarosio in fette di 200 micrometri.

Montare cinque sezioni trasversali dell'anta su uno scivolo di vetro con cianoacrilato. Utilizzare un microscopio o un comparatore per determinare lo spessore delle aree prive di vene del campione di foglie. Utilizzare un altro campione di foglia singola in acqua per determinare la densità delle foglie con un picnometro.

Quindi, bloccare un'altra singola foglia davanti al rivelatore in una camera di campionamento dello spettrofotometro UV-vis. Nel software dello spettrofotometro, selezionare uno spettro da 900 a 1.600 nanometri. Eseguire la scansione e registrare il valore di trasmissione in base alla curva spettrale.

Quindi, bloccare la foglia dietro il rivelatore e ripetere la scansione. Determinare il valore di riflessione dalla curva spettrale. Ottenere misure di trasmissione e riflessione da almeno tre campioni di foglie.

Per iniziare, monta un laser a diodi infrarossi a barra singola accoppiato a fibra da 1.550 nanometri nel cono. Quindi fissare una lente biconvessa con una lunghezza focale di 25,4 millimetri all'estremità del cono. Fissare un cono di 25,4 millimetri di diametro con un supporto in acciaio inossidabile a un supporto da laboratorio.

Posizionare un filtro a densità neutra con una densità ottica di 1,0 in una piastra di ceramica spessa 22 millimetri sopra il censore per attenuare il raggio laser. Montare un sensore di potenza a fotodiodo 354 millimetri sotto la parte inferiore dell'obiettivo. Collegare il sensore di potenza del fotodiodo a un oscilloscopio.

Applicare una montatura di 10 centimetri per 10 centimetri con un'area di esposizione campione di sei centimetri per sei centimetri 308 millimetri sotto l'obiettivo. Montare il rilevatore a 135 millimetri sopra l'attenuatore in ceramica. Collegare un rilevatore a infrarossi a un computer e preparare il software.

Metti una piastra assorbente sulla foglia e accendi il laser. Regolare l'angolo del rivelatore a 45 gradi rispetto al raggio laser. Continuare a regolare l'angolo e l'altezza del rilevatore fino a quando non viene osservata la lettura della temperatura massima.

Nel software di controllo laser, selezionare il controllo dell'alimentazione. Impostare la potenza del laser in uscita su cinque watt e la durata dell'impulso su 0,5 secondi. Per iniziare le misurazioni, portare un'intera pianta all'apparato di misurazione o raccogliere singole foglie intere e non danneggiate.

Montare immediatamente il campione di foglia nel telaio, facendo attenzione a non danneggiare la foglia. Evitare che l'anta entri in contatto con l'attenuatore in ceramica. Nel software nel vicino infrarosso, avviare una nuova misurazione di 60 secondi.

Registrare il profilo della temperatura di base per 10 secondi prima di attivare un singolo impulso laser di 0,5 secondi. Continuare a registrare i dati per i restanti 49,5 secondi. Al termine della misurazione, fare clic sul pulsante di arresto sopra il profilo termico e quindi salvare il profilo.

Esporta i dati grezzi di tempo e temperatura come file dot dat per ulteriori analisi. Quindi, nel software dell'oscilloscopio, è possibile determinare le altezze dei fianchi nel profilo di tensione, che sono state raccolte automaticamente durante l'impulso laser. Ripetere la misurazione del profilo di temperatura con un singolo impulso laser di 0,5 secondi per ogni campione.

Quindi ripetere la misurazione del segnale laser senza un campione di foglie come riferimento. Determinare le altezze dei fianchi da questo profilo di tensione e calcolare i valori di trasmissione per ciascun campione. Utilizza il software per fogli di calcolo per calcolare e rappresentare graficamente la capacità termica specifica e la conducibilità termica dei campioni.

Con questo metodo sono stati analizzati campioni di foglie singole delle specie vegetali Nicotiana tabacum, nota come tabacco, e Nicotiana benthamiana. Entrambe le specie hanno mostrato un rapido aumento della temperatura massima in meno di un secondo in risposta all'impulso laser, seguito da una diminuzione esponenziale della temperatura ambiente. I valori di capacità termica specifica e conducibilità termica sono stati calcolati per entrambe le specie dalle foglie raccolte nella parte inferiore, centrale e superiore della pianta.

Per entrambe le specie è stato osservato un aumento della conducibilità termica per le foglie più in alto della pianta, tuttavia la Nicotiana tabacum ha mostrato una tendenza inversa nella capacità termica specifica. Nella Nicotiana tabacum non è stata osservata alcuna correlazione tra la durata della coltivazione e la conducibilità termica. Inoltre, non è stata osservata alcuna correlazione tra le condizioni di coltivazione e le proprietà termiche in Nicotiana benthamiana.

È stato esaminato l'effetto delle singole variabili sulla capacità termica specifica e sulla conducibilità termica. La conducibilità termica di Nicotiana benthamiana era altamente sensibile alla temperatura ambiente. La capacità termica specifica non era significativamente sensibile a nessuno dei parametri coinvolti nel suo calcolo.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in pochi minuti per campione se eseguita correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordarsi di montare correttamente l'anta con la precisione data per garantire misurazioni di alta qualità e risultati riproducibili. Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi come le misurazioni della fluorescenza per rispondere a ulteriori domande come l'espressione della proteina ricombinante.

Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della biotecnologia vegetale per esplorare la crescita delle piante nelle specie di Nicotiana. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come determinare la capacità termica specifica e la conduttività termica delle foglie in modo senza contatto e non distruttivo. Non dimenticare che lavorare con i laser può essere pericoloso per gli occhi e che durante l'esecuzione di questa procedura è necessario prendere sempre precauzioni come indossare gli occhiali di sicurezza appropriati.