Summary
Makale öncelikle nano ölçekte fenomenleri ortaya çıkarmak için kullanılan optik (doğrusal ve doğrusal olmayan) ve holografik yöntemlerin birleşik gücüne odaklanmıştır. Biyofotonik ve salınımlı kimyasal reaksiyonların çalışmalarından elde edilen sonuçlar, holografinin nano ölçekte dinamikleri ortaya çıkarma yeteneğini vurgulayan temsili örnekler olarak verilmiştir.
Abstract
Bu yöntemde, optik ve holografinin, doğal bir sistemin nano ölçekte dinamik tepkisinin gizli ayrıntılarını ortaya çıkarma potansiyelinden yararlanılır. İlk bölümde, doğal fotonik yapıların optik ve holografik çalışmalarının yanı sıra, fotoforetik etkinin, yani ışık kaynaklı bir termal gradyan nedeniyle bir nanoyapının nano ölçekte yer değiştirmesi veya deformasyonunun ortaya çıkması için koşullar sunulmaktadır. Bu etki, sıcaklığın neden olduğu böceklerin kanatlarını kaplayan ölçeklerin deformasyonunu izleyen gerçek zamanlı dijital holografik interferometri ile ortaya çıkar. Fotoforetik etkinin ortaya çıkmasına yol açan geometri ve nanooluklu arasındaki bağlantı deneysel olarak gösterilmekte ve doğrulanmaktadır. İkinci bölümde, holografinin, karmaşık salınımlı Briggs-Rauscher (BR) reaksiyonunda meydana gelen faz geçişi fenomeni gibi, doğrusal olmayan dinamiklerle kimyasal sistemdeki gizli ayrıntıları ortaya çıkarmak için potansiyel olarak nasıl kullanılabileceği gösterilmiştir. Nano ölçekte holografinin sunulan potansiyeli, atmosferde yanmamış hidrokarbonların hareketi ve farklı aerosollerin ayrılması, mikroplastiklerin ayrışması ve genel olarak parçacıkların parçalanması ve mikron boyutundaki yakıt parçacıklarının sıcaklığının ve termal iletkenliğinin değerlendirilmesi de dahil olmak üzere parçacık yakalama ve levitasyon gibi çeşitli uygulamalar için fotoforetik etkiyi ve desen oluşumunu kontrol etmek ve kalıplamak için muazzam olanaklar açabilir.
Introduction
Nanodünyadaki tüm benzersiz fenomenleri tam olarak anlamak ve fark etmek için, nano ölçekte yapılar ve dinamiklerle ilgili tüm ayrıntıları ortaya çıkarabilecek tekniklerin kullanılması çok önemlidir. Bu bağlamda, doğrusal ve doğrusal olmayan yöntemlerin benzersiz kombinasyonu, sistemin dinamiklerini nano ölçekte ortaya çıkarmak için holografinin gücü ile birleştirilmiştir.
Tanımlanan holografik teknik, üçlü rec yöntemi olarak görülebilir (rec, kaydın kısaltmasıdır), çünkü belirli bir zamanda sinyal aynı anda bir fotoğraf kamerası, bir termal kamera ve bir interferometre tarafından kaydedilir. Doğrusal ve doğrusal olmayan optik spektroskopi ve holografi, temel ilkeleri literatürde kapsamlı bir şekilde açıklanan iyi bilinen tekniklerdir 1,2.
Uzun lafın kısası, holografik interferometri, sistemin dinamiklerini karakterize etmek için zamanın farklı anlarında kaydedilen dalga cephelerinin karşılaştırılmasına izin verir. Daha önce titreşim dinamiklerini ölçmek için kullanıldı 3,4. Holografinin en basit interferometri yöntemi olarak gücü, sistem içindeki en küçük yer değiştirmeyi tespit etme yeteneğine dayanmaktadır. İlk olarak, farklı biyolojik yapılardaki fotoforetik etki5'i (yani, ışık kaynaklı bir termal gradyan nedeniyle bir nanoyapının deformasyonunun yer değiştirmesi) gözlemlemek ve ortaya çıkarmak için holografiden yararlandık. Yöntemin gerçek bir sunumu için, test edilmiş bir dizi biyolojik örnekten temsili örnekler seçildi6. İspanya Kraliçesi'nin kanatları fritillary kelebeği, Issoria lathonia (Linnaeus, 1758; Bu çalışma çerçevesinde I. lathonia) kullanılmıştır.
Biyolojik dokularda nano ölçekte fotoforez oluşumunu başarıyla gösterdikten sonra, salınımlı bir kimyasal reaksiyondaki bir faz geçişinin neden olduğu kendiliğinden simetri kırılma işlemi7'yi izlemek için benzer bir protokol uygulandı. Bu bölümde, düşük konsantrasyonda iyot ve iyottan (durum I olarak adlandırılır) kimyasal olarak doğrusal olmayan bir BR reaksiyonunda meydana gelen katı iyot oluşumuna (durum II olarak tanımlanan) sahip yüksek konsantrasyonda iyodür ve iyota faz geçişi incelenmiştir 8,9. Burada, ilk kez, yoğunlaştırılmış sistemlerde meydana gelen nano ölçekte böyle bir faz geçişini ve kendiliğinden simetri kırılma dinamiklerini incelemeye izin veren holografik bir yaklaşım bildirdik.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Ön karakterizasyon
- Numunenin tam bir ön karakterizasyonunu gerçekleştirin.
- Ticari bir kaynaktan satın alınan kuru numuneler üzerinde tüm deneyleri yapın. Numuneleri laboratuvarda, kuru ve karanlık bir yerde, oda sıcaklığında saklayın.
- Holografik ölçümlerden önce, elektronik mikroskop (SEM), doğrusal optik spektroskopi ve doğrusal olmayan optik mikroskopi (NOM)10 (Şekil 1) tarayarak tam bir numune karakterizasyonu gerçekleştirin.
- Doğrusal tekniklerle ölçülen numunelerin optik özelliklerine ek olarak, doğrusal olmayan optik özelliklerinin karakterizasyonuna izin veren daha yüksek yoğunluklu lazer ışınlarıyla ek bilgiler toplayın.
- Doğrusal olmayan optik yanıtı ölçmek için karşılık gelen doğrusal olmayan optik duyarlılıkları kullanın ve çeşitli biyolojik örnekleri karakterize etmek için kullanılan tahribatsız çoklu foton uyarma floresansı ve ikinci harmonik nesil (SHG) gibi doğrusal olmayan optik tekniklerin temelini oluşturun.
- Salınımlı BR reaksiyonunda meydana gelen doğrusal olmayan kimyasal olaylar için, aşağıdaki reaktanların konsantrasyonları ile durum I'den durum II'ye in situ faz geçişinin interferometrik izlenmesi çalışmasını gerçekleştirin: [CH 2 (COOH)2]0 = 0.0789 mol dm-3, [MnSO 4]0 = 0.0075 mol dm-3, [HClO4]0 = 0.03 mol dm-3, [KIO3] 0 = 0,0752 mol dm-3 ve [H 2 O2]0= 1,269 mol dm-3 (braketten sonra 0, işlemin başlangıcındaki başlangıç konsantrasyonunu temsil eder). BR reaksiyonu için kullanılan toplam hacmi 2,5 mL'ye eşit yapın.
NOT: Burada kullanılan konsantrasyon değerleri, Pagnacco ve ark.8 tarafından yapılan çalışmadakilere eşittir, ancak reaksiyon hacmi 10'a bölünmüştür.
- Deney için örneği hazırlayın.
- Bu deney için İspanya Kraliçesi fritillary kelebeği I. lathonia'nın kanatlarını kullanın. Kanadı sert bir yüzeye yerleştirin ve 10 mm çapında bir kesici ile bir bölüm yapın. Numuneyi, kapaklı herhangi bir kap olabilen numune kutusuna yerleştirin.
Resim 1: Kelebek kanadı skalasının dalgalı kesiti. Enine kesit, doğrusal olmayan optik tarama mikroskobuna (A,B) kaydedildi. İspanya Kraliçesi'nin fritillary kelebeği I. lathonia'nın bir kanadının SEM gözlemi (C) de yapıldı. Bu rakam14'ten değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
2. Deney düzeni
- Holografik kurulum
NOT: Holografik interferometri ölçümleri kişiye özel optik kurulumla gerçekleştirilmiştir (Şekil 2).- Laboratuvar sıcaklığını 23 °C ± 0,2 °C olarak ayarlayın. Lazeri açın. Bu holografik gözlemler için 532 nm uyarma dalga boyuna sahip bir lazer ( Malzeme Tablosunda verilen detaylar) kullanın.
- Optik elemanların hizalamasını kontrol edin (Şekil 2). İlk olarak, kurulumun Şekil 2'deki şemaya göre yapıldığını kontrol edin.
- Lazer ışınını içbükey ayna M. Optik ışın genişleticinin (L) konumunu kontrol edin ve ayarlayın.
- S örneğine çarpan ışın parçasını belirleyin ve bir refleks ışını oluşturduğundan emin olun O. Kirişin geri kalanının, referans ışını üretmek için kullanılacak küresel bir ayna CM üzerinde toplanıp toplanmadığını kontrol edin R. Dedektör C'nin belirtilen iki ışının girişim bölgesine yerleştirilip yerleştirilmediğini kontrol edin.
NOT: Dedektör olarak tamamlayıcı bir metal oksit yarı iletken (CMOS) sensörü kullanılır. - Fotoğraf makinelerini, kullanılan fotoğraf makinesinin talimatlarına göre ayarlayın. Holografik deney için Şekil 2'de gösterildiği gibi optik/fotografik bir kamera kurun (C fotoğraf makinesidir; ayrıntılar Malzeme Tablosunda verilmiştir). BR reaksiyonundaki gözle görülür değişiklikleri görüntülemek için ikinci bir optik/fotoğraf kamerası ve optik tablonun üzerinde 50 mK termal çözünürlüğe ve 13 mm odak uzaklığına sahip bir termal kamera ayarlayın.
NOT: Holografik deneyde kullanılan kamera objektif bir lens kullanmaz; ışık doğrudan çipe çarpar.
- Örneği holografik kuruluma hazırlayın.
- Kanat örneğini adım 1.2.1'deki gibi hazırlayın. Hazırlanan numuneyi 15 mm çapında yuvarlak bir metal destek üzerine yerleştirin. Destek, numuneyi tutan metal halkanın tutturulduğu vidalar için mevcut üç deliğe sahiptir.
- Halkayı desteğe takın. Ekli numuneyi, numune yuvasının optik masada bulunan kısmına yerleştirin.
- Numuneyi kimyasal reaksiyon izleme için hazırlayın. Optik masanın üzerine, amaçlanan yere, küvetin / kabın yerleştirileceği düz bir yapışkan yüzeye sahip bir destek yerleştirin.
- Reaksiyonu başlatmak için kullanılan reaktifi adım 1.1.5'te olduğu gibi hazırlayın. Reaktanları küvete doldurun ve küvette aşağıdaki hacim ve konsantrasyon sırasına göre karıştırın: 0.7 mL'lik 0.2817 mol dm-3 CH 2 (COOH)2; 0,5 mL, 0,0375 mol dm-3 MnSO4; 0,5 mL'lik 0,15 mol dm-3 HClO4; 0,5 mL 0,376 mol dm-3 KIO3; ve 10.575 mol dm-3 H 2 O 2'nin 0.3 mL'si.
- Küvetteki toplam hacmin 2,5 mL olduğundan emin olun ve kurulumdaki desteğe yerleştirin.
- Gerekirse ek enstrümanlar kurun. Fotoforetik etkiyi izlemek için, yerel ısıtma için ek bir lazer ( Malzeme Tablosunda verilen detaylar) kullanın.
Resim 2: Holografik kurulum. Şekil, holografik deney için çeşitli bileşenlerin nasıl düzenlendiğini göstermektedir. Kısaltmalar: L1 = 532 nm'de lazer, L = bikonveks lens, A = diyafram, M = lazer ışınını saptırmak için kullanılan düz bir ayna, CM = içbükey ayna, C = CMOS kamera, S = kelebek kanat kesiti, R = referans ışın, O = nesne ışını. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
3. Kullanılan yazılımın kurulumu
NOT: Fresnel yaklaşımı11'e dayanan ev yapımı C++ yazılımı, holografik deneylerden elde edilen verileri analiz etmek için kullanılır. Sunulan çalışma için geliştirilen yazılıma şuradan ulaşılabilir: . 12 Yazılımın ayrıntıları şu anda yayınlanamamaktadır; ancak talep üzerine ek bilgi verilecektir. Fresnel yaklaşımı, dijital holografide son derece yararlıdır, çünkü farklı yüzeylere odaklanır ve kaydedilen sahne hakkında tam bilgi içeren ilk kırınım sırasının alanına yakınlaşır.
- Bilgisayarı açın ve yazılımı çalıştırın.
NOT: Yazılımı çalıştırma adımı, yazılımın kendisine bağlıdır. Bu amaçla ticari bir yazılım bulunmamaktadır.
4. Denemeyi gerçekleştirin
- Harici ışıkları kapatın. Tüm deneyi karanlık bir odada gerçekleştirin.
- Seçilen bir aralığı kullanarak kameraları senkronize edin. Bu deney için, holografik kamerayı 60 saniyeden sonra ve hemen ardından diğer iki kamerayı bir yazılım kullanarak veya manuel olarak başlatın.
- Kayıt düğmelerine basın ve kayıt başladığında yazılımda tanımlayın.
- İlgilenilen sistemde dinamik değişikliklere neden olur. Başlatma yöntemi, numunenin türüne bağlıdır; Fotoforetik etki durumunda, mevcut lazerleri kullanarak numuneyi harici olarak ısıtın: 450 nm, 532 nm, 660 nm, 980 nm. BR reaksiyonu durumunda, kimyasal reaktanları karıştırarak reaksiyona başlayın. Holografik deneyi gözlemleyin.
- Fotoğraf ve termal kamerayı tüm deneyi takip edecek şekilde ayarlayın ve optik ve termal ölçümlerden holografik kaydın bitiş anını belirleyin.
- İşlemin sonunu telaffuz edin. Kaydın sonu, işlemin tahmini süresine göre önceden programlanır. BR reaksiyonu için, reaksiyonun sonu olarak katılaşma kullanın. Fotoforetik etki durumunda, böyle bir özel an yoktur. Her durumda, bu adım üçlü kaydın önemini vurgulamaktadır.
5. Sonuçların elde edilmesi12
- Sonuçları kaydedin. Hologramları yeniden yapılandırmak ve daha derin veri analizi için dosyaları zamanın bir fonksiyonu olarak hassas bir şekilde sıralayın.
NOT: Bu adımda, veriler holografi için kullanılan fotoğraf makinesinden bilgisayara (sabit disk) çekim tarihlerinden sonra adlandırılan klasörlerde aktarılır. Kopyala/yapıştır ve yeniden adlandır düğmelerini kullanın. - Uygun ayarlar için prob hologramını kontrol edin. Bu şekilde, ilk hologramda ona bakılarak en iyi ayarlar seçilir ve daha sonra tüm hologramların yeniden yapılandırılması için kullanılır.
- Daha önce oluşturduğunuz klasörden birine tıklayarak bir hologram seçin (adım 5.1) ve Yeniden Yapılandır düğmesine tıklayarak bir yeniden yapılandırma yapın.
- En iyi görüntüyü elde etmek için ayarları değiştirin ve yeniden yapılandırmayı tekrar yapın. Örnekleme, ofset ve Fresnel mesafesi gibi parametreleri ayarlama seçenekleri ekranda görünecektir (yazılım menüsü). En iyi ayarlar tanımlanana kadar bu adımları yineleyin.
- Rekonstrüksiyonları gerçekleştirin. Dosya Aç düğmesini tıklatıp tüm dosyaları seçerek tüm hologramları seçin. Hologramların sayısal olarak yeniden yapılandırılması için istenen parametreleri uygulayın; 5.2.1 adımından sonra değişmeden kalırlar, bu nedenle bu sefer herhangi bir işlem yapmayın.
- Rekonstrüksiyonları Reconstruct düğmesini ve interferogramları kullanarak dosya adlarını başlangıç/bitiş alanına ekleyerek ve ardından Batch düğmesini tıklatarak gerçekleştirin. İnterferogramlar önceden yapılmış klasörde görünür (adım 5.1'de).
NOT: Zaman içinde bir dizi hologram kaydettikten sonra, ilk hologram bozulmamış bir durumu temsil ederken, dışsal bir kuvvetin hareketi sonraki hologramlara neden olur. Hologramları kaydırılmış Fresnel dönüşümü13 kullanarak yeniden yapılandırmak gerekir. - İnterferogramları, elde edilen ilk hologramla zaman içinde belirli bir hologramın çıkarılmasıyla (karmaşık sayılar açısından) elde edin.
NOT: Bu protokol, kuvvetin nesne üzerindeki etkisini gözlemlemeye izin verir. Zamanın bir fonksiyonu olarak girişim modelindeki değişim, ölçüm sırasında sistem içinde meydana gelen deformasyon veya yer değiştirmenin bir sonucudur. Bu değişiklikler, sistemin dinamiklerini nano ölçekte izlemek için kullanılır.
6. Sonuçların analizi
- Sürecin ilk kalite kontrol adımı olarak görsel bir analiz gerçekleştirin. Bu adımda, girişim düzenindeki görünür değişiklikleri arayın ve girişim modelindeki değişiklikleri optik ve termal ölçümlerle elde edilen sonuçlarla eşleştirmeye çalışın.
- Tüm kayıtların çapraz incelemesini yapın. Analizin bu ikinci aşamasında, nano ölçekte dinamikleri ortaya çıkarmak için holografik rekonstrüksiyonlarla hem optik hem de termal kameralardan gelen görüntüleri görsel olarak iyice analiz edin. Bu şekilde, reaksiyon momenti holografik, termal ve fotografik görüntülerde aynı anda görülür.
- Sayısal / yazılım analizine dayalı sonuçların grafiksel bir temsilini yapın ve bunları grafikler (1B, 2B veya 3B), grafikler, histogramlar vb. Şeklinde sunun. Sonuçların tam bir analizinden sonra, sonuçlar çıkarın ve buna dayanarak daha fazla araştırma yapılmasını bekleyin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bir Morpho menelaus kelebeği5'in kanadındaki ilk deneyde fotoforetik bir etki indüklendi ve izlendi. Etki, farklı dalga boylarındaki LED lazerlerin (450 nm, 532 nm, 660 nm ve 980 nm) etkisiyle başlatıldı. Burada, bir I. lathonia kelebeği14'ün kanatları kullanılmıştır. Kayıt prosedüründen sonra, hologram görüntüsü yeniden yapılandırıldı.
Resim 3: I. lathonia kanatlarının holografik rekonstrüksiyonları. Rekonstrüksiyon 450 nm inisiyasyonda (A), 532 nm inisiyasyonda (B) ve 980 nm inisiyasyonda (C) yapıldı. Görüntüler, dalga boyuna bağlı olarak, renkli alanın farklı boyutlarda göründüğü görsel anlamda belirgin bir fark göstermektedir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3A-C'de gözlenen saçaklar girişimin sonucudur. Bu şekil, değişikliklerin yalnızca numunenin ikinci bir lazerle ışınlanması sırasında meydana geldiğini açıkça göstermektedir (numuneye birincil lazerden gelen ışına müdahale etmeyen bir ışınla vurmak için yerleştirilir; kayıt sırasında herhangi bir zamanda devreye alınır) ve holografik interferometrinin biyolojik dokuların deformasyonunu veya yer değiştirmesini izlemek için kullanılabileceğini doğrular.
Şekil 3A-C, 450 nm (Şekil 3A), 532 nm (Şekil 3B) ve 980 nm (Şekil 3C) arasındaki farklı dalga boylarının, dokularda farklı morfolojik yer değiştirmelere neden olarak interferometrik paterni nasıl etkilediğini göstermektedir.
Salınımlı BR reaksiyonu ile ilgili ikinci deneyde, bu reaksiyon hidrojen peroksit ilavesinden hemen sonra başladı ve büyük miktarda oksijen üretti (Şekil 4A). Durum I'den durum II'ye geçiş (Şekil 4), bireysel bir kinetik koşu8 için esasen tekrarlanamaz olduğundan, geçiş anının izlenmesi çok zordur. Bu nedenle, sunulan sonuçlar çok sayıda girişimin sonucudur. İnterferogramların analizinde, reaksiyonun gerçekleştiği anda (yani, durum I'den durum II'ye geçiş gerçekleştiğinde) saçak paterninde bir değişiklik fark edildi. Şekil 4E, reaksiyonun gerçekleşmesinden önceki bir anı (solda) ve tam anı (sağda) göstermektedir. Burada kullanılan dalga boyu 573 nm'dir. Genlik görüntüsünden yer değiştirme verilerini hesaplarken, doğrudan saçak sayımı yöntemi kullanılmıştır. Bir saçak, dalga boyunun yarısının (yani, 286.5 nm) bir yer değiştirmesine karşılık gelir. Yer değiştirme verileri fazdan hesaplanırsa, aşağıdaki ilişki geçerlidir: Δl/λ = ΔΦ/2π.
Şekil 4: Briggs-Rauscher (BR) reaksiyonunda durum I'den durum II'ye geçiş. Briggs-Rauscher (BR) reaksiyonunda I. devletten II. devlete geçiş için farklı kayıtlar. (A) BR reaksiyonunun kabarcıklarla başlaması oksijen ve karbondioksit oluşumuna karşılık gelir. (B) I'den II'ye reaksiyon kursuna kadar olan durum. (C) I. durumun sona ermesi, II. duruma geçiş. (D) Kurulumda küvet. (E) Reaksiyondan önceki anın (solda) ve reaksiyon anının (sağda) interferogramı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Doğrusal olmayan kimyasal fenomenler 100 yıldan fazla bir süredir bilinmektedir15, ancak buna rağmen, tam mekanizmaları ve dinamikleri hakkında hala şüpheler vardır16,17. Elde edilen sonuçlar, bu tür karmaşık kimyasal olayların holografik bir teknikle yerinde araştırılması ve izlenmesi için yeni olanaklar sunmaktadır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Sunulan biyofotonik çalışmada, düşük seviyeli termal radyasyonun neden olduğu minimum morfolojik yer değiştirme veya deformasyonu tespit etmek için yeni bir holografik yöntemin kullanılabileceği gösterilmiştir.
Biyolojik örneklerle holografik ölçümde en kritik adım hazırlık aşamasıdır. Numunenin hazırlanması (tutucunun boyutuna uyacak şekilde kesme/yapıştırma), numunenin mekanik özelliklerine bağlıdır ve bu adım için standart bir protokole sahip olmak mümkün değildir.
BR çalışması ile ilgili olarak, şeffaf bir reaksiyon kabına ve nispeten net bir optik yola sahip olmak hayati önem taşımaktadır, çünkü kimyasal bir reaksiyon veya fiziksel dönüşüm sırasındaki her engel (oksijenin salınması, safsızlık gibi) girişim modelini ve dolayısıyla kaydedilen sonuçları etkileyecektir.
Genel olarak, tarif edilen yöntemin en önemli sınırlaması, çalışılabilecek örneklem büyüklüğüdür. Numune, optik kuruluma eklenecek uygun bir boyuta sahip olmalıdır.
Burada holografik interferometrinin (HI) örneklerin karakterizasyonu için temel bir tamamlayıcı araç olarak düşünülmesi gerektiğini gösteriyoruz. Örneğin, klasik bir optik / IR görüntüsü yalnızca yoğunlukla ilgili bilgileri yakalarken, faz hakkındaki bilgiler tamamen kaybolur18. Holografik interferometri, yoğunluk ve faz ile ilgili tüm bilgileri sağlar ve ayrıca değişikliklerini gerçek zamanlı olarak izlemek için kullanılabilir.
Yoğun madde biliminde bu yöntemden yararlanmanın önemi, sistem dinamiğindeki en ufak değişiklikleri yerinde ortaya koymaktır. Örneğin, BR reaksiyonu simetri kırma işleminin ilk nedenini ortaya çıkarabilir. Simetri kırma süreci, doğrusal olmayan dinamiklerle bağlantılı fiziksel kısıtlamalar tarafından önceden belirlenmiş midir, yoksa süreç gerçekten rastgele midir? Öte yandan, BR salınım periyodu süresindeki küçük farklılıklar başka bir şekilde, geçiş görünümünde önemli bir sapmaya neden olabilir mi?
Sunulan sonuçlar, nano ölçekte dinamiklerin daha derin bir şekilde anlaşılmasına yol açacak ilk adımdır. Yoğunlaştırılmış bilim araştırmalarında holografinin potansiyeli hala tam olarak tanınmadığından, bu makalenin amacı, gelecekteki malzeme bilimi araştırmaları ve uygulamaları için holografinin gücünü vurgulamaktır; örneğin, yanmamış hidrokarbonların atmosferdeki hareketi veya çeşitli aerosollerin ayrılması gibi partikül yakalama ve kaldırma19, sudaki mikroplastiklerin parçalanması ve genel olarak parçacıkların fraksiyonasyonu20 ve mikron boyutlu yakıt parçacıklarının sıcaklık ve termal iletkenlik özelliklerinin karakterizasyonu21.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Acknowledgments
M. S. P., D. G., D. V. ve B. K., NATO SPS (NATO Barış ve Güvenlik için Bilim) 2019-2022 tarafından finanse edilen multispektral gözetim için Biyolojik ve biyolojik ilham veren yapıların desteğini kabul eder. B. K., D. V., B. B., D. G. ve M. S. P., Sırbistan Cumhuriyeti Eğitim, Bilim ve Teknolojik Kalkınma Bakanlığı'nın kurumsal finansmanı aracılığıyla Belgrad Fizik Enstitüsü tarafından sağlanan finansmanı kabul eder. Ek olarak, B. K. F R S - FNRS'nin desteğini kabul eder. M. P., Sırbistan Cumhuriyeti Eğitim, Bilim ve Teknolojik Kalkınma Bakanlığı'nın 451-03-9/2021-14/200026 numaralı sözleşme numarasını kabul eder. S. R. M., doktora sonrası araştırmacı olarak Valon Bölgesi BEWARE Bursu (Konvansiyon n° 2110034) tarafından desteklenmiştir. T. V., Herkül Vakfı'nın finansal desteğini kabul eder. D.V., M.S.P., D.G., M.P., B.B. ve B.K., N62902-22-1-2024 Araştırma Bursu aracılığıyla Küresel Deniz Araştırmaları Ofisi'nin desteğini kabul eder. Bu çalışma, Belgrad Üniversitesi Makine Mühendisliği Fakültesi'nde Marina Simović Pavlović'in doktora derecesi için gerekliliklerin kısmen yerine getirilmesinde gerçekleştirilmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Active Vibration Isolation, Four Optical Table Supports | Thorlabs | PTR502 | High Load Capacity: 2,500 kg, Height 600 mm |
| Cuvette | Standard glass cuvette | ||
| Holographic camera (optical camera for holography) | Cannon | EOS 50D | Sensor Size 22.3 x 14.9 mm; Pixel pitch 4.69 µm; Max. resolution 4752 x 3168; JPEG file format |
| Hydrogen peroxide, H2O2 | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Laser | Laser Quantum | Torus 532 laser | Wavelength 532 nm; Power 390 mW; Coherence length 10 m |
| LED lasers | |||
| Malonic acid, C3H4O4 | Acr s Organics (Geel, Belgium) |
||
| Manganese sulphate, MnSO4 | Fluka (Buchs, Switzerlend) | ||
| Nonlinear optical microscope | IPB | ||
| Optical accessories | Thorlab | ||
| Optical spectroscope | |||
| Optical table | Thorlabs | TOP450II PTR52509 | dimensions 2000*1250*310 mm |
| Perchloric acid, HClO4 | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Potassium iodate, KIO3 | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Software | Home-build software made by one of the authors: Dusan Grujic. This software was conducted in partial fulfillment of the requirements for the PhD deegree of D.G. | ||
| Thermal camera | Flir | A65 | 640x512 pixel; Thermal resolution 50 mK |
| Video camera | Nikon | 1v3 | 18.4 Mpixel; 60 fps |
References
- Pietrzyk, D. J., Frank, C. W.
- Ostrovsky, Y. I., Shchepinov, V. P., Yakovlev, V. V. Holographic Interferometry in Experimental Mechanics. 60, Springer. (2013).
- Pedrini, G., Osten, W., Gusev, M. E. High-speed digital holographic interferometry for vibration measurement. Applied Optics. 45 (15), 3456-3462 (2006).
- Pantelić, D. V., Grujić, D. Ž, Vasiljević, D. M. S. ingle-beam dual-view digital holographic interferometry for biomechanical strain measurements of biological objects. Journal of Biomedical Optics. 19 (12), 127005 (2014).
- Grujić, D., et al. Infrared camera on butterfly's wing. Optics Express. 26 (11), 14143-14158 (2018).
- Mouchet, S. R., Deparis, O. Natural Photonics and Bioinspiration. , Artech House. (2021).
- Pagnacco, M. C., et al. Spontaneous symmetry breaking: the case of crazy clock and beyond. Symmetry. 14, 413 (2022).
- Pagnacco, M. C., Maksimovic, J. P., Potkonjak, N. I., Božić, B. Đ, Horvath, A. K. Transition from low to high iodide and iodine concentration states in the Briggs-Rauscher reaction: evidence on crazy clock behavior. The Journal of Physical Chemistry A. 122 (2), 482-491 (2018).
- Pagnacco, M. C., Maksimović, J. P., Janković, B. Ž Analysis of transition from low to high iodide and iodine state in the Briggs-Rauscher oscillatory reaction containing malonic acid using Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami (KJMA) theory. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysts. 123 (1), 61-80 (2018).
- Mouchet, S. R., et al. Unveiling the non-linear optical response of Trichtenotoma childreni longhorn bestle. Journal of Biophotonics. 12 (9), 201800470 (2019).
- Shimobaba, T., et al. Computational wave optics library for C++: CWO++ library. Computer Physics Communications. 183 (5), 1124-1138 (2012).
- Grujic, D. Application of digital holography for detection of infrared radiation on biophotonic structures. , Faculty of Physics, University of Belgrade. Ph. D. Thesis (2022).
- Muffoletto, R. P., Tyler, J. M., Tohline, J. E. Shifted Fresnel diffraction for computational holography. Optical Express. 15 (9), 5631-5640 (2007).
- Pavlović, D., et al. Naturally safe: Cellular noise for document security. Journal of Biophotonics. 12 (12), 201900218 (2019).
- Bray, W. C. A periodic reaction inhomogeneous solution and its relation to catalysis. Journal of the American Chemical Society. 43 (6), 1262-1267 (1921).
- Nicolis, G.
- Prigogine, I., Hiebert, E. N. From being to becoming: Time and complexity in the physical sciences. Physics Today. 35 (1), 69 (1982).
- Nikolova, L., Ramanujam, P. S. Polarization Holography. , Cambridge University Press. (2009).
- Haisch, C., Kykal, C., Niessner, R. Photophoretic velocimetry for the characterization of aerosols. Analytical Chemistry. 80 (5), 1546-1551 (2008).
- Kononenko, V. L., et al. Feasibility studies on photophoretic effects in field-flow fractionation of particles. Journal of Liquid Chromatography & Related Technologies. 20 (16-17), 2907-2929 (1997).
- Zhang, X., Bar-Ziv, E. A novel approach to determine thermal conductivity of micron-sized fuel particles. Combustion Science and Technology. 130 (1-6), 79-95 (1997).
