A Laser rápida Sondagem Método facilita a determinação não invasiva e sem contato das propriedades térmicas da folha

O objetivo geral deste procedimento é determinar as propriedades térmicas das folhas de maneira livre de contato. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da agricultura molecular sobre o controle em processo do crescimento e da saúde das plantas. As principais vantagens dessa técnica são que ela é sem contato, rápida e não danifica a amostra.

As implicações dessa técnica se estendem à inspeção automatizada de plantações com um detector móvel para definir alimentação e nutrição planta por planta. Para iniciar o cultivo da planta, lave os blocos de lã mineral com um a dois litros de água deionizada cada e, em seguida, lave cada bloco com um litro de uma solução de fertilizante a 0,1%. Coloque uma semente de tabaco em cada bloco e lave com 250 mililitros de solução fertilizante, garantindo que a semente não seja lavada.

Cultive as plantas por sete semanas em uma estufa ou fitotron. Depois que as plantas crescerem, colha folhas únicas intactas e não danificadas para caracterização da planta ou use plantas intactas. Para iniciar a determinação da espessura da folha, prepare em autoclave 50 mililitros de uma solução de agarose a 2% em massa por volume e solução salina tamponada com fosfato.

Deixe a solução esfriar a 40 graus Celsius e, em seguida, adicione a solução a uma placa de Petri contendo uma única amostra de folha. Resfrie a amostra a quatro graus Celsius por 30 minutos para solidificar a agarose e incorporar a folha. Em seguida, use um vibratomo para cortar o bloco de agarose em fatias de 200 micrômetros.

Montar cinco secções transversais das folhas numa lâmina de vidro com cianoacrilato. Use um microscópio ou relógio comparador para determinar a espessura das áreas livres de veias da amostra de folha. Use outra amostra de folha única na água para determinar a densidade da folha com um picnômetro.

Em seguida, prenda outra folha única na frente do detector em uma câmara de amostra de espectrofotômetro UV. No software do espectrofotômetro, selecione um espectro de 900 a 1.600 nanômetros. Execute a varredura e registre o valor de transmissão com base na curva espectral.

Em seguida, prenda a folha atrás do detector e repita a varredura. Determine o valor de reflexão a partir da curva espectral. Obtenha medições de transmissão e reflexão de pelo menos três amostras de folhas.

Para começar, monte um laser de diodo de infravermelho próximo de barra única acoplado a fibra de 1.550 nanômetros no cone. Em seguida, prenda uma lente biconvexa com uma distância focal de 25,4 milímetros na extremidade do cone. Prenda um cone de 25.4 milímetros de diâmetro com um suporte de aço inoxidável a um suporte de laboratório.

Coloque um filtro de densidade neutra com densidade óptica de 1,0 em uma placa de cerâmica de 22 milímetros de espessura acima do censor para atenuar o feixe de laser. Monte um sensor de potência de fotodiodo 354 milímetros abaixo da parte inferior da lente. Conecte o sensor de potência do fotodiodo a um osciloscópio.

Afixe uma moldura de 10 centímetros por 10 centímetros com uma área de exposição de amostra de seis centímetros por seis centímetros 308 milímetros abaixo da lente. Monte o detector 135 milímetros acima do atenuador de cerâmica. Conecte um detector de infravermelho próximo a um computador e prepare o software.

Coloque uma placa absorvedora na folha e ligue o laser. Ajuste o ângulo do detector para 45 graus em relação ao feixe de laser. Continue ajustando o ângulo e a altura do detector até que a leitura da temperatura máxima seja observada.

No software de controle do laser, selecione o controle de potência. Defina a potência do laser de saída para cinco watts e a duração do pulso para 0.5 segundos. Para iniciar as medições, traga uma planta inteira para o aparelho de medição ou colha folhas inteiras e não danificadas.

Monte imediatamente a amostra de folha na moldura, tomando cuidado para não danificar a folha. Não permita que a folha entre em contato com o atenuador de cerâmica. No software de infravermelho próximo, inicie uma nova medição de 60 segundos.

Registre o perfil de temperatura da linha de base por 10 segundos antes de ativar um único pulso de laser de 0.5 segundo. Continue gravando dados pelos 49,5 segundos restantes. Quando a medição estiver concluída, clique no botão de parada acima do perfil térmico e salve o perfil.

Exporte os dados brutos de tempo e temperatura como um arquivo dot dat para análise posterior. Em seguida, no software do osciloscópio, determine as alturas dos flancos no perfil de tensão, que foram coletadas automaticamente durante o pulso do laser. Repita a medição do perfil de temperatura com um único pulso de laser de 0,5 segundo para cada amostra.

Em seguida, repita a medição do sinal do laser sem uma amostra de folha como referência. Determine as alturas dos flancos a partir deste perfil de tensão e calcule os valores de transmissão para cada amostra. Use um software de planilha para calcular e representar graficamente a capacidade térmica específica e a condutividade térmica das amostras.

Amostras de folhas únicas das espécies vegetais Nicotiana tabacum, conhecida como tabaco, e Nicotiana benthamiana foram analisadas com este método. Ambas as espécies mostraram um rápido aumento da temperatura máxima em menos de um segundo em resposta ao pulso de laser, seguido por uma diminuição exponencial da temperatura ambiente. Os valores de capacidade térmica específica e condutividade térmica foram calculados para ambas as espécies a partir de folhas coletadas na parte inferior, média e superior da planta.

Um aumento na condutividade térmica para as folhas mais acima da planta foi observado para ambas as espécies, no entanto, Nicotiana tabacum apresentou uma tendência inversa na capacidade térmica específica. Não foi observada correlação entre a duração do cultivo e a condutividade térmica em Nicotiana tabacum. Além disso, nenhuma correlação entre as condições de cultivo e as propriedades térmicas foi observada em Nicotiana benthamiana.

O efeito de variáveis individuais na capacidade térmica específica e na condutividade térmica foi examinado. A condutividade térmica de Nicotiana benthamiana foi altamente sensível à temperatura ambiente. A capacidade térmica específica não foi significativamente sensível a nenhum dos parâmetros envolvidos em seu cálculo.

Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em poucos minutos por amostra, se for executada corretamente. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de montar corretamente a folha com a precisão fornecida para garantir medições de alta qualidade e resultados reprodutíveis. Após este procedimento, outros métodos, como medições de fluorescência, podem ser realizados para responder a perguntas adicionais, como a expressão de proteínas recombinantes.

Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da biotecnologia vegetal explorarem o crescimento de plantas em espécies de Nicotiana. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como determinar a capacidade térmica específica e a condutividade térmica das folhas de maneira não destrutiva e sem contato. Não se esqueça de que trabalhar com lasers pode ser perigoso para os olhos e precauções como usar os óculos de segurança apropriados devem sempre ser tomadas durante a execução deste procedimento.