Name: 빠른 레이저 방법은 잎 열적 특성의 비 침습적과 연락이없는 결정을 촉진 프로빙 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-07T17:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
Description: 학습하세요 근적외선 레이저 프로빙을 이용한 잎 조직의 비침습적 열적 특성 측정 방법을. 이 기술은 분자 농업에서 식물 성장 및 건강 관리에 활용됩니다.

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저자는 이 연구에 사용된 식물을 재배한 Thomas Rademacher 박사와 Ibrahim Al Amedi에게 감사하고 있습니다. 원고 편집에 도움을 주신 Richard M. Twyman 박사에게 감사드립니다. 이 연구는 유럽연구위원회(European Research Council)의 "미래-제약회사(Future-Pharma)"(제안서 번호 269110), 프라운호퍼 주쿤프트슈티프퉁(Fraunhofer Zukunftsstiftung, 미래재단), 프라운호퍼-게젤샤프트(Fraunhofer-Gesellschaft) 내부 프로그램(보조금 번호)의 일부 지원을 받았습니다. 125-600164를 유치하십시오.

1. 식물 재배 및 샘플 준비 <ol><li> 1-2 탈 이온수 L이어서 0.1 %로 한 L [m / V] 비료 용액 각 미네랄 울 블록 플러시. 하나 담배 (된 담배 또는 N.의 benthamiana) 각 블록의 씨앗과 씨앗을 멀리 세척하지 않고 비료 용액 0.25 L와 부드럽게 높이를 놓습니다. </li><li> 70 %의 상대 습도와 온실 또는 phytotron 7 주 동안 식물을 재배, 16 시간 광주 (180 μmol의 - 1m - (2), 400-700 nm의 λ =)와 22분의 25 ℃로 빛 / 어둠 온도 제도. </li><li> 측정 장치에 식물을 이동합니다. 식물은 열 특성의 측정을 위해 움직이지 수확 한 잎 경우. </li></ol> 2. 잎 두께 및 밀도를 결정 <ol><li> 잎의 두께를 결정 <ol><li> 인산 완충 식염수로 2 % [의 m / V] 아가 용액을 제조 하였다 (PBS) 및그것을 오토 클레이브. 이 솔루션은 아래로 40 ° C로 냉각 페트리 접시에 배치 잎 샘플을 포함 할 수 있습니다. 30 분 동안 4 ℃의 냉장고에 페트리 접시를 배치하여 아가로 오스 고형화. </li><li> 15 °의 면도날 절단 각도와 vibratome를 사용하여 200 μm의 조각으로 아가로 오스 블록을 잘라. 1.0 mm s의 절단 속도 -1 0.5 mm의 크기를 사용합니다. </li><li> 마운트 정착으로 시아 노 아크릴 레이트를 사용하여 유리 슬라이드에 5 횡단 잎 부분. 제조업체의 지시에 따라 현미경 소프트웨어에 내장 된 측정 도구를 사용하여 20 × 목적으로 현미경과 10 × 접안 렌즈 배율에 따라 판 두께를 결정한다. </li><li> 정맥없이 샘플 영역에서 잎의 두께를 결정합니다. </li><li> 또는, 잎 블레이드의 정맥이없는 영역에서 다이얼 게이지와 잎의 두께를 결정한다. 다이얼 게이지가 잎 블레이드의 평면에 수직으로 유지되어 있는지 확인합니다. CAUTION : 순간 접착제는 피부 자극을 일으킬이며주의하여 취급하지 않는 경우도 함께 손가락을 접착제 수 있습니다. </li></ol></li><li> 잎의 밀도를 결정 <ol><li> 건조한 비중병의 빈 질량 (m 0) 결정 후, 물을 채우고 다시 (m 1) 질량을 결정합니다. 완전히 비중병을 건조 내부의 잎을 배치하고 질량 (m 2) 번을 결정합니다. 내부의 잎, 조심스럽게 물을 비중병을 작성하고 질량 (m 3)를 결정합니다. </li><li> 식 (1)를 사용하여 잎의 밀도 (시)을 계산합니다. 수학 식 1 : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq1.jpg"></li></ol></li></ol> 3. 잎의 스펙트럼 투과 및 반사를 결정 <ol><li> 샘플 지주 클램프 사이에 고정하여 UV / VIS 분광 광도계의 샘플 챔버에 잎을 배치합니다. 전송 측정을 위해, DET의 앞에 배치 리프 엑터. 반사에 대한 측정은 검출 챔버의 후면에있는 잎을 배치합니다. </li><li> 분광 광도계 제어 소프트웨어를 실행합니다. 1600 nm의 900 nm의에서 스펙트럼을 선택합니다. 새 검사를 시작하고 스펙트럼 곡선에 따라 값 전송 (μ T)와 UV / VIS 분광 광도계 소프트웨어에 의해 표시 반사 (μ R)를 기록한다. </li><li> 적어도 세 생물학적 복제로 모든 측정을 수행합니다. 예 5 불균일 샘플 품질이 기대 될 수있는 경우 더 생물학적으로 복제 수를 증가 잎 표면 형태 및 두께의 변화. </li><li> 수학 식 2 및 3에 따라 측정 된 레이저 파워 P 레이저로 측정 μ의 T 또는 μ R 값을 곱하여 송신 (P T) 및 반사 (P R)에 대한 전력을 계산한다. 식 2 :ftp_upload / 54835 / 54835eq2.jpg "/&gt; 식 3 : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq3.jpg"> 주 : 전송은 또한 측정시의 포토 다이오드 센서 (6.3 참조)을 결정할 수있다. </li></ol> 4. 측정 장치 설정 <ol><li> 스테인레스 스틸 홀더에 25.4-mm 직경의 콘에 광섬유 결합 한 바 NIR 다이오드 레이저 (파장 = 1,550 nm의)를 탑재합니다. 4-6 W.에 NIR 레이저의 출력 전력 (P 레이저)를 설정하는 제어기를 연결 </li><li> 13mm로 빔 폭을 조정하는 원뿔의 끝에서 25.4 mm의 초점 길이를 갖는 이중 - 볼록 렌즈를 놓는다. </li><li> 포토 다이오드 파워 센서를 렌즈의 하단 아래에 354mm를 놓습니다. 이어서 1.0의 광학 밀도 센서 위에 22 mm의 세라믹 층을 갖는 감광 필터를 배치함으로써, 포토 다이오드를 감쇠. </li><li> 동축 케이블을 사용하여 오실로스코프에 포토 다이오드 파워 센서를 연결한다. </li><li> 잇다렌즈 아래 308mm (그림 1)의 높이에서 측정 설정의 발판으로 6 × 6cm 샘플 노출 면적이 10 × 10cm 프레임입니다. 10 × 10cm 프레임으로 설치하여 공간의 잎 위치를 수정합니다. </li><li> 범용 직렬 버스 (USB) 케이블을 이용하여 개인용 컴퓨터에 NIR 검출기를 연결 및 검출기의 인터페이스 소프트웨어를 설치한다. </li><li> 135mm 세라믹 층 위에 레이저 빔을 45도 각도로 배치 검출기. 최대 온도 신호가 관측 될 때까지 상기 센서의 위치 및 각도를 변화시킴으로써, 시료상의 레이저 스폿 검출기의 측정 영역을 맞추고. </li><li> 5 W의 출력 레이저 파워 0.5 s의 레이저 펄스의 지속 시간을 조절하기 위해 레이저 제어 인터페이스 소프트웨어를 사용한다. 레이저 파워의 그래픽 표현 아래의 컨트롤 옵션 창에서 "현재 제어"명령을 선택하고 &amp; #에 "5"를 입력하여 레이저 파워를 조정(34) 전력 [W] 시간 [S] "필드의"로 "0.5". 필드에 입력하여 레이저 펄스 지속 시간을 조정합니다. " </li><li> 각 실험 세트 절대 레이저 파워를 결정하기 위해 실험들의 각 세트의 끝에 열 표면 흡수체 전력 센서 포토 다이오드 파워 센서를 교체하고 시료없이 20 초 동안의 레이저 출력을 측정한다. </li></ol> 5. 잎 샘플을 준비 <ol><li> 측정에 대한 손상과 손상되지 않은 잎을 사용합니다. </li><li> 조사에 대한 중요한 경우, 불꽃, 2 ~ 3 초 동안 레이저 빔에 잎을 노출 등을 시뮬레이션하기 위해 다른 기술을 사용, 라텍스 장갑의 잎을 문지르고, 메스와 잎을 관통하여 일반적인 잎 손상 유형을 모방 손상의 유형. </li><li> 조심스럽게하지만 빠르게 샘플 지주 클램프 사이의 잎 샘플을 탑재합니다. </li></ol> 온도 측정을 수행 6. <ol><li> 잎과 세라믹 간의 직접 접촉을 피하십시오포토 다이오드 센서 위에 위치 감쇠기의 C, P, S 및 λ의 계산을 방해 인공 열전달을 방지하기 위해 (제 9 참조). </li><li> 근적외선 검출기를 통해 60 초 총 판 시료의 온도 프로파일을 수집하는 온도 측정 소프트웨어를 사용한다. 첫째, 10 (S)에 대한 온도 기준을 기록 0.5 초간 레이저를 활성화하고 49.5의 데이터 수집을 계속한다. <ol><li> "측정"다음 "새 측정"을 클릭하여 측정을 시작합니다. 그 후 열 프로파일의 그래픽 표현 위의 녹색 화살표를 클릭합니다. 프로파일의 그래픽 표현 위의 "저장"아이콘을 클릭하여 온도 프로파일 (스타일 화 된 디스크)에 저장합니다. </li></ol></li><li> 와 접속하고 오실로스코프를 이용하여 리프 샘플없이 측정 용 신호의 차이를 계산함으로써, 포토 다이오드의 파워 센서를 사용하여 전송되는 레이저 파워를 확인동축 케이블을 통해 광 다이오드 전력 센서 (그림 2). <ol><li> 두 측면의 높이를 결정합니다 (1 f를, S 및 F 2, S) 오실로스코프으로 얻은 전압 프로파일입니다. </li><li> (1,0이고 f 2,0 F) 기준으로 잎 샘플없이 측정을 반복합니다. 수학 식 (4) (도 2 참조)에 의한 이러한 측정의 비율로 송신 μ T를 계산한다. 식 (4) : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq4.jpg"></li></ol></li></ol><img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54835/54835fig2.jpg"> 도 2는 포토 다이오드 전력 센서를 사용하여 리프 전송 측정. 를했다. 리프 샘플없이 기준 실험의 전형적인 전압 프로파일 오실로스코프를 사용하여 시각. B. 전압 프로파일상기 장치에 장착 된 리프 샘플. 두 경우 모두에서, 상기 송신 전력 레이저는 두 측면 각각에 비례한다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54835/54835fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 7. 판 시료의 비열을 계산 <ol><li> 최대 잎 온도 T 엄마 X [K] (식 5)에서 상온 0 T [K]를 감산하여, 레이저 펄스 동안 최대 온도차 ΔT [K]를 계산한다. 식 (5) : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq5.jpg"></li><li> P T [W]를 송신 레이저 인 P R [W]은 반사 레이저 파워이고 효과적인 레이저 출력과 레이저 펄스 지속 기간 (식 6)에 기초하여 리프에 의해 흡수 된 에너지 (E S [J)를 계산 힘. 등식기 6 : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq6.jpg"></li><li> 차원 S [m]가) 2.1에 따른 판 두께 가열 잎 부분의 질량 (m의 S [kg])을 사용하여 수학 식 (7)을 계산, R 레이저 [m]은 레이저 스폿의 반경 V S는 [이고 m 3] 가열 리프 량이고, ρ S [m -3의 킬로그램 리프 밀도) 2.2에 따른 것이다. 식 (7) : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq7.jpg"></li><li> C의 P를 계산 S [J kg -1 K -1] 가열 잎 면적 질량 m의 S 최대 온도차 ΔT의 곱에 의해 흡수 된 에너지 E의 S 나누어 수학 식 8에 따라. 식 (8) : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq8.jpg"></li></ol> 8. 칼로리에 대한 온도 프로필 데이터를 준비합니다알 전도도 계산 <ol><li> 스프레드 시트 프로세서에서 파일을 A * .DAT 파일로 시간과 온도 원시 데이터를 내보내고 열 NIR 센서 제어 소프트웨어의 "내보내기"명령을 사용하십시오. </li><li> 한 적용 :는 사용 예 (100) 데이터의 감소를 "IF (MOD (값 100) = 0;"X ","0 ")"명령은, 0.1 초마다 하나의 데이터 요소의 데이터 밀도의 결과. </li><li> 레이저가 떨어져 여전히 동안 측정, 초기 10 초 동안 각 온도 프로파일 [° C] 평균 기준 온도 T의 B를 계산합니다. 그리고, T B 실제 주위 온도 T 0 [° C] 사이의 차이를 계산한다. </li><li> 개별적으로 T 0 예 (Y-정상화),쪽으로 이동 T B 경우 각 프로파일을 정상화하기 위해이 차를 사용 - T 0 = 2.0 K를, 다음 홍보 온도에서 각 온도 값에서 2.0 K 빼기ofile (그림 3A). </li><li> 최대 시료 온도 전 (T 최대)을 모든 데이터 포인트를 삭제함으로써 시간을 각 온도 프로파일 (X-정규화) 좌표 정상화 T 맥스 (도 3b) 대 t = 0에서 시작하여 새로운 시간 값을 할당한다. </li><li> 화면 급격한 온도 변화, 3 배 이상 그들이 아티팩트를 측정에 해당하기 때문에 ≈ 1.0 K.는 (데이터 세트에서 이러한 영역을 제거 일반적으로 그림 3C 3 × 0.31 K 인베이스 라인 노이즈 레벨이다 즉, 온도 차이에 대한 각각의 프로필 ). </li><li> T t [K]가 시간 t [s]에의 장착 판 샘플 온도 스프레드 프로세서를 사용하여 데이터를 지수 감쇠 함수 (식 9)를 장착, T 0은 주변 온도, A [K]는 진폭이다 그리고 t 1 [S] 붕괴 상수 (그림3D). 식 (9) : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq9.jpg"></li><li> 레이저 펄스 후 0-80의에서 잎 샘플의 온도 감소를 계산하기 위해 장착 기능을 사용합니다. </li><li> 각 온도 데이터 포인트 (도 3E)에 273.15의 값을 가산하여 [K] 스케일 [° C]에서 측정 된 온도 데이터를 변환. </li></ol><img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54835/54835fig3.jpg"> 도 3 : λ의 계산을위한 데이터 처리 방식. 를했다. 데이터 감소 후, 온도 프로파일은 주위 온도로 정규화된다. B. 다음으로, 최대 샘플 온도 (T 최대)하기 전에 모든 데이터 포인트가 제거됩니다. C. 측정 아티팩트 (이하 "일관성"데이터 세트에 표시) 온도에 따라 식별하는 일보다 더 큰 이동REE 시간 기준 소음과 지수 함수 이전에 피팅에 대한 데이터 세트에서 제거. D. 섭씨 온도 눈금은 켈빈 스케일로 변환된다. 각각의 시간 간격은 E., λ는 온도 프로파일에 기초하여 계산된다. F. 20 (S)의 윈도우가 관련된 온도 변화가 관찰 될 수있는 정의된다. G. 선택된 시간 윈도우에 기초하여, 평균 및 표준 편차가 λ에 대하여 계산된다. H. 두 개의 서로 다른 N.의 tabacum 잎 샘플 대표 결과. 주황색 화살표 라인은 표시 데이터에 대응하는 처리 단계의 효과를 나타낸다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54835/54835fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 리프 샘플의 열전도율 9. 계산 <ol><li> 온도 differe를 계산리프 샘플 ΔT X가 [K]는 온도차 수학 식 10에있어서, 각각 0.1의 간격의 환경 사이의 후부는 T t [° C]는 장착 판 시료 온도이고, T 0 [° C]를 주위 온도 (그림 3E). 식 (10) : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq10.jpg"></li><li> 온도의 감소는 대류 열전달 방열 및 열 전도의 조합 된 효과로 인한 것으로 가정한다. ΔE 온도가 [J]가 두 개의 연속 시점에서 샘플의 열 에너지의 차이가 λ의 계산을위한 기초로 대응하는 에너지 밸런스 (수학 식 11)을 사용하여 ΔE 라드 [J]를 인한 에너지 차이다 열 방사선, ΔE의 전환 [J]는 인해 대류 열전달에 에너지 차이이고, Δ; E 콘드 [J]를 인해 열전도의 에너지 차이다. 식 (11) : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq11.jpg"></li><li> ΔT (t)가 [K]를 장착 잎 샘플 온도의 차이가 식 (12)의 단위없는 방사율 ε, σ [kg의 -3 K -4] 스테판를 산출 실제 물리적 특성과 에너지 균형의 일반적인 용어로 대체 -Boltzmann 일정한하는 RAD [m 2] 방열 면적, H [J S m -2 -1 K -1] 대류 열전달 계수하는 전환 [m 2 대류 열전달 영역, COND [m 2] 열 전도 및 리터의 [분] 특성 길이의 영역입니다. 식 (12) : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq12.jpg"></li><li> 체인지를 계산상관 관계에 따라 cteristic 길이 (L) : L = V / A. </li><li> A [m 2]를 계산하기 위해 가열 된 샘플의 체적 V와 S 판 시료의 단면적을 사용한다. 단면 리프 영역이 COND 도통이 R 레이저 레이저 스폿의 반경 및 D (S)가 판 두께 발생 영역 수학 식 13에 따른 COND에 대응한다. 식 (13) : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq13.jpg"></li><li> 레이저는 레이저 스폿의 면적 수학 식 14에 따른 방사선 및 전환율을 계산한다. 식 (14) : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq14.jpg"></li><li> 대체 식 (9), (12) 식 (11)로 (13) 및 t 레이저 t가 수학 식 15 얻었다 λ 후자를 해결그 레이저 펄스 지속 시간 [S]. 식 (15) : <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/54835/54835eq15.jpg"></li><li> ε에 대한 0.94의 값을 가정하고, 온도 프로파일의 처음 20 초 동안 각각 0.1 시간의 간격 λ를 계산한다. 이 방법으로 얻어진 λ에 대한 200 값의 평균 및 표준 편차 (도 3f - H)를 계산한다. </li></ol>

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</ol>

저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.

상기 한 비접촉, 비파괴 측정 방법은 동시 재생 가능한 방식의 C, P, S 및 ʎ를 결정하는데 사용될 수있다. 특히 ʎ의 계산은 오류에 민감한 여러 매개 변수에 따라 달라집니다. 그럼에도 불구하고,이 오차의 영향은 선형 또는 서브 비례 모든 파라미터 변동 계수 중 10 % 미만인 것으로 확인 하였다. 상기 방법은 따라서 강력한 것으로 간주 될 수 있지만, 기술적 개선이 오류의 잔여 소스의 저감을 도모 할 수있다. 평면 잎 표면 측정하는 것이 바람직하지만, 샘플 자연스럽게 기복 표면을 갖기 때문에 조립에 시료를 장착하는 기술적 도전이다. 이 문제는 선호에 시료를 클램핑 정확하게 판 샘플을 예를 들면, 판 두께와 폭으로 조정 형상으로 전용 샘플 홀더를 설계함으로써 극복 될 수있다할 방향입니다. 이 방법은 측정 재현성 할 것이지만, 샘플 및 홀더 사이의 확고한 접촉 판의 표면을 평평 당길 필요 때문에 측정의 비접촉식 성질을 손상...

생물학적 물질의 대규모 처리가 종종 살균 등의 열처리 단계를 필요로한다. 생물학적 물질의 열적 특성이 잘 특징 경우 이러한 공정 장비는 비열 (C의 P, S) 및 열전도율 (λ)을 포함하여,보다 정밀하게 설계 될 수있다. 이들 파라미터는 열량 1 액체, 현탁액 및 균질화를 위해 용이하게 결정될 수있다. 그러나, 고체 시료에서 측정 이러한 매개 변수는 노동 집약적 일 수 있고, 종종 샘플 또는 파괴 (2)와 직접 접촉을 필요로한다. 예를 들어, 광열 기술 샘플 및 검출기 (3) 사이의 직접적인 접촉을 필요로한다. 이러한 제한은 가공 식품 중 허용 있지만, 이러한 좋은 제조 관행 (4)의 맥락에서 식물 바이오 의약 단백질의 생산으로 높은 규제 프로세스와 호환되지 않습니다. 나는N 이러한 상황은 열적 특성의 반복 (예를 들어, 주간) 모니터링 품질 관리 도구 개별 식물 일곱 주 성장 기간 동안 요구 될 수있다. 이러한 모니터링이 필요하고, 각 측정 용 리프를 소비한다면, 수확시 처리 남은 미생물이 없을 것이다. 또한 식물에 상처가 발생할 다시 공정 수율을 감소 괴사 또는 병원체 감염의 위험이 증가하는 대신 단지 리프 부품을 사용. 시료에 직접 접촉시키는 방법이 사용되는 경우, 병원체의 감염의 가능성 또한 식물의 전체 배치 오염 센서 장치와의 접촉을 통해 감염 될 수있는 위험을 유발, 증가시킬 수있다. 유사한 측면 설비의 모니터링은 ecophysiological 맥락에서, 예 가뭄과 같은 응력이 고려되어야한다. 예를 들어, 수분 손실들은 침입 트레 필요한 신선한 바이오 매스의 변화에 ​​의해 모니터링잎을 해부 예를 들어 조사 (5), 아래에있는 식물의 atment. 대신에, 여기에서 설명하는 바와 같이 비 침습적 방법으로, 시료의 수분 함유량에 따라 특정 열 용량을 결정하고, 식물의 수화 상태 대리 변수로서 사용될 수있다. 그들은 실험 데이터를 왜곡시킬 수있는 두 시나리오 (약제 생산과 생태 생리학)에서 파괴 또는 침습성 측정 기술에 의한 인공 응력 해로운 것이다. 그들 중 하나가 시료에 직접 접촉을 요구하거나 파괴하기 때문에 따라서, 이전에보고 된 플래시 방법 6 실버 플레이트 (7) 사이 샘플의 위치는 프로세스와 실험에 적합하다. 파라미터의 C, P, S 및 λ는 제조 비용을 줄이기 8-10 따라서 제품의 정제를 단순화 할 수 희게 단계 공정 장치를 설계하기 위해 결정되어야한다. 모두 다P, S 및 λ 지금 급속 일관되고 재현 가능한 방식으로 프로브 (11)에 비접촉 비파괴 근적외선 (NIR) 레이저에 의해 결정될 수 있고,이 새로운 방법을 상세히 설명한다. 담배 적절한 처리 장치의 설계와 같은 창백 온도로 대응하는 파라미터의 선택을 허용하는 12 나뭇잎이 방법으로 얻어진 결과가 성공적으로 열 전달을 시뮬레이션하는 데 사용 하였다. 이 방법은 (그림 1) 설정이 용이하고 두 가지 주요 단계를 포함하는 각각의 두 단계, 측정 및 분석을 보유하고 있습니다. 측정 단계에서는 판 샘플은 먼저 로컬 짧은 레이저 펄스에 의해 가열되고, 최대 샘플 온도가 기록된다. 샘플의 온도 프로파일은 다음 50 초의 기간 동안 기록된다. 분석 단계에서, 이러한 밀도 잎 속성 (쉽고 정확하게 pycnometric measurem에 의해 결정ENT)들 C의 P를 계산하기 위해 최대 샘플 온도와 결합된다. 두 번째 단계에서, 잎 온도 프로파일 λ를 계산하기 위해 고려 전도, 대류 및 복사를 가지고, 에너지 균형 방정식에 대한 입력으로서 사용된다. 자세한 단계별 지침은 첨부 된 비디오의 내용을 확장하고, 프로토콜 절에 제공된다. 전형적인 측정 결과를 다음 부분에 나타낸다. 마지막으로,이 방법의 장점과 한계는 잠재적 인 개선 및 추가 응용 프로그램과 함께 토론 섹션에서 강조 표시됩니다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54835/54835fig1.jpg"> 도 1 : 잎 열적 성질을 결정하는 데 사용하는 장치. 를했다. 측정 장치의 사진은 비열 르의 열전도율을 결정하는데 사용AVES. 주변 장치 (컴퓨터, 오실로스코프)이 표시되지 않습니다. B. 측정 장치의 개략도. 레이저와 연결된 장비가 빨간색으로 강조 표시됩니다, 온도 측정을위한 NIR 검출기는 보라색으로 표시됩니다, 잎 샘플은 녹색이고 포토 다이오드 파워 센서는 파란색입니다. C. B.과 동일한 컬러 코드를 사용하여 측정 셋업의 요소의 도면 크기 바 0.1 m를 나타낸다. D. 스크린은 레이저 제어 소프트웨어의 전형적인 엘리먼트를 도시. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54835/54835fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

<table><tbody><tr><td>섬유 홀더용</td>1<td>" 튜브</td><td>Thorlabs</td><td>SM1L10E</td> 튜브</tr><tr><td>Agarose</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A0701</td><td>Agarose</td></tr><tr><td>Bi-Convex lense f=25.4</td><td>Thorlabs</td><td>LB1761</td><td>렌즈</td></tr><tr><td>디지털 핸드헬드 광학&nbsp; 전력 및 에너지 미터 콘솔</td><td>Thorlabs</td><td>PM100D</td><td>콘솔 열 표면 흡수 센서</td></tr><tr><td>디지털 인광체 오실로스코프&nbsp;</td><td>Tektronix</td><td>DPO7104</td><td>오실로스코프</td></tr><tr><td>DMR 광 현미경</td><td>Leica</td><td>n.a.</td><td>광 현미경</td></tr><tr><td>Falcon 50 mL 원추형 원심 분리기 튜브</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-432-2</td><td>Pycnometer</td></tr><tr><td>Ferty 2 Mega</td><td>Kammlott</td><td>5.220072</td><td>비료</td></tr><tr><td>섬유 홀더</td><td>Thorlabs</td><td></td><td>섬유 홀더</td></tr><tr><td>Forma -86 &#176; C ULT 냉동</td>고 <td>ThermoFisher</td><td>88400</td><td>냉동</td></tr><tr><td>고 온실</td><td>n.a.n.a</td><td>.</td><td>식물 재배</td></tr><tr><td>용 Grodan Rockwool 큐브 10 x 10 cm</td><td>Grodan</td><td>102446</td><td>Rockwool 블록</td></tr><tr><td>적외선 감지기 Optris CT</td><td>Optris</td><td>OPTCTLT15</td><td>적외선</td></tr><tr><td>감지기 적외선 감지기 소프트웨어 컴팩트 연결</td><td>Optris</td><td>n.a.Control</td> <td>소프트웨어 적외선 검출기</td></tr><tr><td>Lambda 1050 UV/Vis 분광 광도계</td><td>PerkinElmer</td><td>L1050</td><td>UV/VIS 분광 광도계</td></tr><tr><td>레이저 400 &mu; 남, 1,550&nbsp; nm 전도 냉각 단일 바 섬유 결합 모듈</td><td>DILAS</td><td>M1F-SS2.1</td><td>레이저</td></tr><tr><td>레이저 커버</td><td>Amtron</td><td>LM200</td><td>레이저 커버</td></tr><tr><td>레이저 드라이버&nbsp;</td><td>Amtron</td><td>CS 408</td><td>레이저 드라이버</td></tr><tr><td>Osram 쿨 화이트 36 W</td><td>Osram</td><td>4930440</td><td>광원</td></tr><tr><td>포토다이오드 센서&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>PDA20H-EC</td><td>투과 측정용 전력 센서</td></tr><tr><td>정밀 중량 Ohaus Analytical Plus Ohaus</td><td></td><td>80251552</td><td>정밀 중량</td></tr><tr><td>시료 프레임</td><td>Fraunhofer ILT</td><td>n.a.</td><td>잎 시료 고정</td></tr><tr><td>소프트웨어 파이로 제어</td><td>Amtron</td><td>n.a.Laser</td> <td>전력 제어 소프트웨어</td></tr><tr><td>스테인리스 스틸 홀더</td><td>n.a.n.a</td><td>.</td><td>측정 설정</td></tr><tr><td>테프론 플레이트 2cm</td><td>Fraunhofer ILT</td><td>n.a.</td><td>테플론 감쇠</td></tr><tr><td>열 표면 흡수기 전력 센서</td><td>Thorlabs</td><td>S314C</td><td>레이저 전력 측정용 센서</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 혁신적인 소프트웨어</td><td>n.a.</td><td>레이저 제어 소프트웨어&nbsp;</td></tr></tbody></table>

빠른 레이저 방법은 잎 열적 특성의 비 침습적과 연락이없는 결정을 촉진 프로빙

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

식물은 이차 대사 산물 및 재조합 단백질과 같은 유용한 물질을 생성 할 수 있습니다. 식물 바이오 매스 후자의 정제 열처리 (희게)가 간소화 될 수있다. 나뭇잎의 열적 특성 상세히, 즉, 비열 및 열전도에 공지하는 경우 희게 장치보다 정확하게 설계 될 수있다. 이러한 특성의 측정은 시간과 노동 집약적이며, 일반적으로 직접 샘플을 문의 침습적 인 방법이 필요합니다. 이는 제품의 수율을 감소시킬 수 있고, 우수한 제조 관행의 맥락에서, 예를 들면 구속 요건과 양립 할 수있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 비 침습적, 비접촉 방법은 약 1 분의 비열 및 완전한 식물 잎의 열전도율을 결정하는 개발되었다. 상기 방법은 작은 영역으로 정의 된 길이 및 강도의 짧은 레이저 펄스의인가를 수반근적외선 센서를 사용하여 측정 된 온도 상승의 원인이 리프 샘플. 온도 상승 비열 용량을 결정하기 위해 공지의 잎 특성 (두께 및 밀도)와 결합된다. 열전도율 후 방열 및 계정에 대류 열전달 복용 후의 온도 저하의 프로파일에 기초하여 계산된다. 연관된 계산 및 샘플 처리의 중요한 측면을 설명합니다.

잎 특성의 측정 위의 미세한 방법, 0.22-0.29 × 10의 잎 두께 사용 - 그리고 N.의 benthamiana (0.26 ± 0.02 × 10-3m 것은 모두 N.의 tabacum (3 M, N = 33 0.25 ± 0.04 × 10)에 대해 결정되었다 - 이전에 다양한 식물 종 3의 잎을보고 3m 범위 - 0.20-0.33 × (10) 내에 잘 3 m, N = 24). 현미경 측정의 결과의 한 표준 편차 이내 3m (N = 10) - 다이얼 게이지 두께를 결정하는 것은 ~ 0....

샘플당 1분 미만이 소요되는 비침습적 비접촉식 근적외선 레이저 프로빙을 통해 잎 조직의 비열 용량과 열전도도를 측정하기 위해 개발된 방법입니다.

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

이 절차의 전반적인 목표는 비접촉 방식으로 잎의 열적 특성을 결정하는 것입니다. 이 방법은 식물 성장과 건강의 공정 중 제어에 대한 분자 농업 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 비접촉식이고 빠르며 샘플을 손상시키지 않는다는 것입니다.이 기술의 의미는 이동식 감지기를 사용한 농장의 자동 검사로 확장되어 식물별로 사료 공급과 영양을 정의합니다. 식물 재배를 시작하려면 미네랄 울 블록을 각각 1-2리터의 탈이온수로 세척한 다음 각 블록을 1리터의 0.1% 비료 용액으로 세척합니다. 각 블록에 하나의 담배 씨앗을 놓고 250ml의 비료 용액으로 씻어내어 씨앗이 씻겨 나가지 않도록 합니다.온실이나 파이토트론에서 7주 동안 식물을 재배합니다. 식물이 자라면 식물 특성화를 위해 손상되지 않고 손상되지 않은 단일 잎을 수확하거나 손상되지 않은 식물을 사용하십시오. 잎 두께 측정을 시작하려면 오토클레이브에서 2% 질량 x 2 질량의 아가로스 용액과 인산염 완충 식염수를 준비합니다.용액을 섭씨 40도까지 식힌 다음 단일 잎 샘플이 들어 있는 페트리 접시에 용액을 추가합니다. 샘플을 섭씨 4도에서 30분 동안 냉각하여 아가로스를 굳히고 잎을 묻습니다. 그런 다음 비브라톰을 사용하여 아가로스 블록을 200마이크로미터 조각으로 자릅니다.시아노아크릴레이트가 있는 유리 슬라이드에 5개의 횡단 잎 부분을 장착합니다. 현미경 또는 다이얼 게이지를 사용하여 잎 샘플의 정맥이 없는 영역의 두께를 측정합니다. 물 속의 다른 단일 잎 샘플을 사용하여 비중병계로 잎 밀도를 측정합니다.다음으로, UV vis 분광 광도계 샘플 챔버의 검출기 앞에 있는 또 다른 단일 잎을 고정합니다. 분광 광도계 소프트웨어에서 900-1, 600 나노 미터의 스펙트럼을 선택하십시오. 스캔을 수행하고 스펙트럼 곡선을 기반으로 전송 값을 기록합니다.그런 다음 리프를 검출기 뒤에 고정하고 스캔을 반복합니다.스펙트럼 곡선에서 반사 값을 결정합니다. 최소 3개의 잎 샘플에서 투과 및 반사 측정값을 얻을 수 있습니다.시작하려면 원뿔에 1, 550 나노미터 광섬유 결합 단일 막대 근적외선 다이오드 레이저를 장착합니다. 그런 다음 원뿔 끝에 초점 거리가 25.4mm인 이중 볼록 렌즈를 고정합니다. 스테인리스 스틸 홀더가 있는 25.4mm 직경의 콘을 실험실 스탠드에 고정합니다.광학 밀도가 1.0인 중성 밀도 필터를 센서 위의 22mm 두께의 세라믹 플레이트에 배치하여 레이저 빔을 감쇠합니다. 포토 다이오드 파워 센서를 렌즈 바닥 아래 354mm에 장착합니다. 포토 다이오드 전력 센서를 오실로스코프에 연결합니다.10cm x 10cm 크기의 프레임에 렌즈 아래 308mm에 6cm x 6cm 샘플 노출 영역을 부착합니다. 감지기를 세라믹 감쇠기 위로 135mm 장착합니다. 근적외선 감지기를 컴퓨터에 연결하고 소프트웨어를 준비합니다.잎에 흡수판을 놓고 레이저를 켭니다. 레이저 빔을 기준으로 검출기 각도를 45도로 조정합니다. 최대 온도 판독값이 관찰될 때까지 감지기 각도와 높이를 계속 조정하십시오.레이저 제어 소프트웨어에서 전원 제어를 선택합니다. 출력 레이저 출력을 5와트로 설정하고 펄스 지속 시간을 0.5초로 설정합니다. 측정을 시작하려면 식물 한 그루 전체를 측정 장비로 가져오거나 손상되지 않은 단일 잎을 통째로 수확하십시오.즉시 잎 샘플을 프레임에 장착하고 잎이 손상되지 않도록 주의하십시오. 잎이 세라믹 감쇠기에 닿지 않도록 하십시오. 근적외선 소프트웨어에서 새로운 60초 측정을 시작합니다.단일 0.5초 레이저 펄스를 활성화하기 전에 10초 동안 기준선 온도 프로파일을 기록합니다. 나머지 49.5초 동안 데이터를 계속 기록합니다. 측정이 완료되면 열 프로파일 위의 중지 버튼을 클릭한 다음 프로파일을 저장합니다.추가 분석을 위해 원시 시간 및 온도 데이터를 dot dat 파일로 내보냅니다. 그런 다음 오실로스코프 소프트웨어에서 전압 프로파일의 측면 높이를 결정하며, 이는 레이저 펄스 중에 자동으로 수집됩니다. 각 샘플에 대해 단일 0.5초 레이저 펄스로 온도 프로파일 측정을 반복합니다.그런 다음 리프 샘플 없이 레이저 신호 측정을 반복합니다.amp레. 참조로. 이 전압 프로파일에서 측면 높이를 결정하고 각 샘플의 전송 값을 계산합니다. 스프레드시트 소프트웨어를 사용하여 샘플의 비열 용량과 열전도도를 계산하고 그래프로 표시합니다.담배로 알려진 식물 종 Nicotiana tabacum과 Nicotiana benthamiana의 단일 잎 샘플을 이 방법으로 분석했습니다. 두 종 모두 레이저 펄스에 반응하여 1초 이내에 최대 온도까지 급격히 증가한 후 주변 온도로 기하급수적으로 감소하는 것을 보여주었습니다. 비열용량과 열전도율 값은 식물의 바닥, 중간, 위쪽에 수집된 잎에서 두 종에 대해 계산되었습니다.두 종 모두에서 식물의 위쪽에 있는 잎에 대한 열전도율의 증가가 관찰되었지만 Nicotiana tabacum은 비열 용량에서 반비례 추세를 보였습니다. 재배 기간과 열전도율 사이의 상관관계는 Nicotiana tabacum에서 관찰되지 않았습니다. 또한, 재배 조건과 열적 특성 사이의 상관 관계는 Nicotiana benthamiana에서 관찰되지 않았습니다.개별 변수가 비열용량과 열전도율에 미치는 영향을 조사했습니다. Nicotiana benthamiana의 열전도율은 주변 온도에 매우 민감했습니다. 비열 용량은 계산과 관련된 매개변수에 크게 민감하지 않았습니다.이 기술을 마스터하면 제대로 수행되면 샘플당 몇 분 안에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 고품질 측정과 재현 가능한 결과를 보장하기 위해 주어진 정밀도로 leaf를 올바르게 장착하는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 이 절차에 따라 재조합 단백질 발현과 같은 추가 질문에 답하기 위해 형광 측정과 같은 다른 방법을 수행할 수 있습니다.개발 후 이 기술은 식물 생명 공학 분야의 연구자들이 니코티아나 종의 식물 성장을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 비접촉 및 비파괴 방식으로 잎의 비열 용량과 열전도율을 결정하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 레이저로 작업하는 것은 눈에 위험할 수 있으며 이 절차를 수행하는 동안 항상 적절한 보안경을 착용하는 등의 예방 조치를 취해야 한다는 것을 잊지 마십시오.

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생체 내에서 단백질 복합체의 형성은 이분자 형광 보완하여 시각하실 수 있습니다. 상호 작용 파트너는 형광 태그의 보완적인 부분에 융합 일시적으로 담배 잎으로 표현, 두 단백질의 근접에 따라 재구성 형광 신호의 결과로되어있다.

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이 방법은 수직 표면 하의 결함을 찾는 것을 목표로합니다. 여기서 우리는 레이저를 공간 광 변조기와 결합시키고 비디오 입력을 트리거하여 고분해능 열 화상을 얻는 동안 2 개의 반대 위상 변조 선으로 결정 성있게 시료 표면을 가열합니다. 결함 위치는 열파 간섭 최소값을 평가하여 검색됩니다.

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리프 영역 지수(LAI)의 정확한 추정은 식물 생태계 내의 재료 및 에너지 플럭스 모델과 생태계와 대기 경계 층 사이에 매우 중요합니다. 따라서, 정확한 LAI 측정을 위한 3가지 방법(쓰레기 트랩, 바늘 기술 및 PCA)이 제시된 프로토콜에 있었다.

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저온권의 탄소 플럭스는 아직 거의 평가되지 않지만 기후 변화와 관련하여 매우 중요합니다. 여기서 우리는 레이저 유도 형광 방출 (L.I.F.E.) 기술에서 높은 스펙트럼 및 공간 해상도 데이터를 제공하는 초위 환경에서 광영양 잠재력을 포착하는 새로운 프로토 타입 장치를 보여줍니다.

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이 글에서는 국소 비파괴 열적 특성화 및 영상을 위한 주파수 영역 열반사(FDTR) 기법을 소개합니다.

열적 특성 측정을 위한 주파수 영역 열반사 기법

학습하세요 근적외선 레이저 프로빙을 이용한 잎 조직의 비침습적 열적 특성 측정 방법을. 이 기술은 분자 농업에서 식물 성장 및 건강 관리에 활용됩니다.

빠른 레이저 방법은 잎 열적 특성의 비 침습적과 연락이없는 결정을 촉진 프로빙

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