Naukowcy opracowują nową metodę wykrywania zarodków

Anonim

Gdy roztwór odparowuje, rozpuszczone związki chemiczne koncentrują się, aż zaczną tworzyć kryształ w procesie zwanym zarodkowaniem. Branże wykorzystujące małe kryształki w farmacji, żywności i mikroelektronice starają się zrozumieć to zjawisko zarodkowania. Naukowcy badający zarodkowanie często używają mikroskopijnych kropelek jako miniaturowych eksperymentów, które mogą działać szybko, równolegle i na niewielkiej przestrzeni. Jednak eksperymenty te wymagają obrazów o wysokiej rozdzielczości, ograniczając liczbę obrazów kropli, które można jednocześnie przetwarzać.

Badacze niedawno przezwyciężyli to wyzwanie dotyczące rozdzielczości, koncentrując się na pomiarze kontrastu między kropelkami i otaczającym je medium. Technika ta, opublikowana w tym tygodniu w AIP Advances, zapewnia najbardziej dokładną i skuteczną metodę wykrywania zarodków krystalicznych do tej pory.

Zarodkowanie kryształów jest z natury procesem stochastycznym, a oszacowanie każdego czasu zarodkowania wymaga modeli wzrostu, które działają wstecz od czasu, w którym kryształ urósł do wykrywalnego rozmiaru. Ta czasowa przerwa może wynosić od kilku minut do godzin.

"To tak, jakby powiedzieć, kiedy ktoś zaszła w ciążę, gdy dziecko jest na zewnątrz", powiedział Romain Grossier, autor artykułu w Francuskim Narodowym Centrum Badań Naukowych i Uniwersytecie w Aix-Marseille. "Wykrywamy moment ciąży".

Aby określić czas potrzebny kryształowi do zarodkowania w mikrokropelce, zespół wygenerował siatkę identycznych mikrokropelek ze słoną wodą pokrytych cienką warstwą oleju. Woda w tych proporcjach jest słabo rozpuszczalna w oleju, więc woda zaczęła dyfundować do otoczenia, naśladując proces parowania.

Naukowcy przekształcili obraz każdej kropelki i otaczającego ją regionu w skalar, standardowe odchylenie szarości pikseli i śledzili tę wartość podczas jej zmiany. Kiedy kryształ ostatecznie powstaje, jego obecność utrudnia płynną ewolucję współczynnika załamania, który pojawia się jako nagły skok w poziomie szarości. Umożliwia to naukowcom dokładne zmierzenie czasu do zarodkowania bez rozwiązania kryształu lub przyjęcie założeń dotyczących mechanizmów zarodkowania. Co ciekawe, wysokie stężenia soli w mikrokropelach powodują wybuchowy wzrost, zmniejszając opóźnienie między zarodkowaniem a wykrywaniem do 0, 5 sekundy lub mniej.

Każda kropla również znika na krótki czas, gdy jej współczynnik załamania pokrywa się z otaczającym medium. To zawsze występuje przy tym samym stężeniu dla danego układu i można je wcześniej obliczyć. Naukowcy chcą opracować model koncentracji pomiędzy zanikiem kropli a czasem zarodkowania, który umożliwi im rozwiązanie konkurencyjnych teorii dotyczących krystalizacji kryształów w przyszłości.

Zespół był zaskoczony odkryciem, że mikrokrople nie zawsze były od siebie niezależne, jak wcześniej zakładano. Czasami zarodkowanie w jednej mikrokrople opóźniało zarodkowanie w sąsiadach, ponieważ zwiększony wypływ wody z pierwszej kropli chwilowo rozcieńczał pozostałe. Zespół planuje zwiększyć niezależność mikrokropelek w przyszłych eksperymentach.

menu
menu