Um método foi desenvolvido para determinar a capacidade térmica específica e a condutividade térmica do tecido foliar por sondagem a laser infravermelho próximo não invasiva e sem contato, que requer menos de 1 min por amostra.
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Artigo de método
A Laser rápida Sondagem Método facilita a determinação não invasiva e sem contato das propriedades térmicas da folha
Neste artigo
Resumo
Resumo
As plantas podem produzir substâncias valiosas tais como metabolitos secundários e proteínas recombinantes. A purificação deste último a partir da biomassa da planta pode ser racionalizada por tratamento térmico (branqueamento). Um aparelho de branqueamento pode ser concebido de forma mais precisa se as propriedades térmicas das folhas são conhecidos em detalhe, isto é, a capacidade de calor específico e condutividade térmica. A medição destas propriedades é demorado e trabalhoso, e geralmente requer métodos invasivos que em contacto com a amostra directamente. Isto pode reduzir o rendimento do produto e podem ser incompatíveis com as exigências de contenção, por exemplo, no contexto de boas práticas de fabrico. Para resolver estas questões, um método não-invasivo, sem contato foi desenvolvido que determina a capacidade de calor específico e condutividade térmica de uma folha da planta intacta em cerca de um minuto. O método envolve a aplicação de um curto impulso de laser de comprimento e intensidade definida a uma pequena área doamostra de folha, fazendo com que um aumento de temperatura que é medido usando um sensor de infravermelho próximo. O aumento da temperatura é combinada com as propriedades conhecidas da folha (espessura e densidade) para determinar a capacidade de calor específico. A condutibilidade térmica é então calculada com base no perfil da queda de temperatura subsequente, tomando radiação térmica e a transferência de calor por convecção em conta. Os cálculos associados e aspectos críticos da manipulação da amostra são discutidos.
Introdução
O processamento em larga escala de materiais biológicos, muitas vezes requer passos de tratamento térmico, tais como a pasteurização. O equipamento de tais processos pode ser concebido de forma mais precisa se as propriedades térmicas dos materiais biológicos estão bem caracterizadas, incluindo a capacidade de calor específico (c p, s) e da condutibilidade térmica (λ). Estes parâmetros podem ser determinados facilmente para líquidos, suspensões e homogeneizados por calorimetria 1. No entanto, medição tais parâmetros em amostras sólidas pode ser trabalhoso, e muitas vezes requer o contato direto com a amostra ou até mesmo sua de....
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Protocolo
1. cultivo de plantas e Preparação de Amostras
- Lavar cada bloco de lã mineral com 2/1 L de água desionizada e, subsequentemente, com 1 L de 0,1% [m / v] solução de fertilizante. Coloque uma tabaco (Nicotiana tabacum ou N. benthamiana) semente em cada bloco e suavemente nivelado com 0,25 L de solução de fertilizante sem lavar a descendência.
- Cultivar as plantas para 7 semanas em uma estufa ou phytotron com 70% de umidade relativa, um fotoperíodo de 16 h (180 mol s - 1 m - 2; λ = 400-700 nm) e uma / temperatura escuro 25/22 ° C luz regime.
- Mover as plantas para o aparelho de me....
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Resultados
Medição das propriedades da folha
Usando o método acima microscópica, uma espessura de folha 0,22-0,29 × 10-3 m foi determinada para ambos N. tabacum (0,25 ± 0,04 × 10-3 m, n = 33) e N. benthamiana (0,26 ± 0,02 x 10 - 3 m, n = 24), o que está bem dentro da 0,20-0,33 × 10 - intervalo de razões m 3 previamen.......
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Discussão
A, método de medição não destrutivo sem contacto descrito acima pode ser utilizado para determinar c p, s e ʎ de uma forma simultânea e reprodutível. O cálculo de ʎ em particular depende de vários parâmetros que são sensíveis a erros. No entanto, o impacto dos erros era linear ou sub-proporcional, e o coeficiente de variação para todos os parâmetros se verificou ser inferior a 10%. Embora o método pode, assim, ser considerada como robusta, algumas melhorias técnicas podem ser feitas para reduzir as r.......
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Divulgações
Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Dr. Thomas Rademacher e Ibrahim Al Amedi por cultivarem as plantas utilizadas neste estudo. Gostaríamos de agradecer ao Dr. Richard M. Twyman por sua ajuda na edição do manuscrito. Este trabalho foi parcialmente financiado pela Bolsa Avançada do Conselho Europeu de Pesquisa "Future-Pharma", número de proposta 269110, pela Fraunhofer Zukunftsstiftung (Fundação do Futuro), pelos Programas Internos da Fraunhofer-Gesellschaft sob a Bolsa No. Atraia 125-600164.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Tubo de 1" | Thorlabs | SM1L10E | Tubo para suporte de fibra |
| Agarose | Sigma Aldrich | A0701 | |
| Lente Bi-Convexa Agarose f=25.4 | Thorlabs | LB1761 | Lense |
| Digital Handheld Optical Console de Medidor de Energia e Energia | Thorlabs | PM100D | Console para sensor de absorção de superfície térmica |
| Osciloscópio Digital de Fósforo | Tektronix | Osciloscópio | |
| DMR | Leica | n.a.Microscópio | de luz |
| Falcon 50 mL Tubos de centrífuga cônicos | Fisher Scientific | 14-432-2 | Pycnômetro |
| Ferty 2 Mega | Kammlott | 5.220072 | Suporte de fibra de fertilizante |
| Thorlabs | Suporte de fibra | ||
| Forma -86 ° C ULT freezer | ThermoFisher | 88400 | Freezer |
| Greenhouse | n.a.n.a.Para | cultivo de plantas | |
| Grodan Rockwool Cubes 10 x 10 cm | Grodan | 102446 | Rockwool block |
| Detector infravermelho Optris CT | Optris | OPTCTLT15 | Detector infravermelho |
| Software detector infravermelho Compact Connect | Optris | n.a.Software | de controle para detector infravermelho |
| Espectrofotômetro UV/VIS Lambda 1050 | PerkinElmer | L1050 | Espectrofotômetro UV/VIS |
| Laser 400 μ m, 1.550 Módulo de Acoplamento de Fibra de Barra Única Refrigerado por Condução nm | DILAS | M1F-SS2.1 | |
| Capa de Laser | Laser | Amtron | LM200 |
| Driver de Laser | Driver de Laser | Amtron | CS 408 |
| Osram branco frio 36 W | Osram | 4930440 | Fonte de luz |
| Sensor de fotodiodo | Thorlabs | PDA20H-EC | Sensor de potência para medições de transmissão |
| Peso de precisão Ohaus Analytical Plus | Ohaus | 80251552 | Peso de precisão |
| Quadro de amostra | Fraunhofer ILT | n.a.Fixação | da amostra de folha |
| Software Pyro Control | Amtron | n.a.Software | de controle de potência a laser |
| Suporte de aço inoxidável | n.a.n.a | . | Suporte para configuração de medição |
| Placas de Teflon 2 cm | Fraunhofer ILT | n.a.Atenuação | Teflon |
| Absorvedor térmico de superfície Sensor de potência | Thorlabs | S314C | Sensor para medições de potência do laser |
| Vibratome | Leica | 1491200S001 | Vibratome |
| Zoc/Pro 6.51 | Software Inovador EmTec | n.a.Software | de Controle a Laser |
Referências
- 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.
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Reimpressões e permissões
