Tecnologia Científica

Nova técnica óptica não destrutiva revela a estrutura da madrepérola
uma nova técnica óptica não destrutiva irá desbloquear ainda mais conhecimento sobre o nácar e, no processo, pode levar a uma nova compreensão da história do clima.
Por Jason Daley - 30/03/2021


Domínio público

A maioria das pessoas conhece a madrepérola, um biomineral iridescente também chamado de nácar, a partir de botões, joias, incrustações de instrumentos e outros enfeites decorativos. Os cientistas também admiraram e se maravilharam com o nácar por décadas, não apenas por sua beleza e propriedades ópticas, mas por sua resistência excepcional.

"É um dos biominerais naturais mais estudados", disse Pupa Gilbert, professor de física da Universidade de Wisconsin-Madison que estudou nácar por mais de uma década. "Pode não parecer muito - apenas um material brilhante e decorativo. Mas pode ser 3.000 vezes mais resistente à fratura do que a aragonita, o mineral de que é feito. Isso despertou o interesse de cientistas de materiais porque fazer materiais melhores do que a soma de suas partes é extremamente atraente. "

Agora, uma nova técnica óptica não destrutiva irá desbloquear ainda mais conhecimento sobre o nácar e, no processo, pode levar a uma nova compreensão da história do clima. Gilbert, professor de engenharia elétrica da UW-Madison, Mikhail Kats, seus alunos e colaboradores descreveram a técnica, chamada de tomografia de interferência hiperespectral, hoje na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Gilbert aprendeu como o nácar se forma, ordena, resiste à fratura e como sua estrutura em camadas registra a temperatura na qual se formou. Esta estrutura em camadas de nácar reflete a luz e gera cores diferentes dependendo da espessura da camada. Isso levou ao interesse em encontrar uma maneira de avaliar a espessura das camadas do nácar que não envolvesse a destruição da concha do molusco na qual ele está depositado.

Para ajudar a enfrentar esse desafio, Gilbert recorreu a Kats e ao estudante de graduação Jad Salman, que são especialistas em estudar fenômenos ópticos.

Para o projeto, Salman preparou 22 conchas de abalone vermelhas frescas para análise óptica. Mas obter espectros ópticos de nácar é mais difícil do que pode parecer.

"Se você quiser sondar esse tipo de concha, que tem uma topografia curva, é muito difícil obter um bom espectro com um espectrômetro convencional", diz Salman.

É por isso que a equipe recorreu a uma tecnologia mais recente, a fotografia hiperespectral, para obter imagens de todo o espectro da concha. No início, eles fotografaram as conchas no parceiro da indústria Middleton Spectral Vision antes de adquirir sua própria câmera hiperespectral.

“É um espectrômetro de imagem em que cada pixel da imagem oferece um espectro completo”, diz Salman. "Quando usamos a câmera em nossa configuração, podemos facilmente extrair dados espectrais confiáveis ​​sobre a superfície grande e irregular de uma concha em uma única foto."

Além do abalone vermelho, a equipe também fez imagens do nácar de outra espécie, a concha de paua da Nova Zelândia, também chamada de abalone do arco-íris. Salman então usou um software de modelagem sofisticado que ele desenvolveu para determinar a espessura das camadas de nácar pixel a pixel usando os dados hiperespectrais.

A equipe está chamando a combinação de técnicas de tomografia de interferência hiperespectral e prevê que será aplicável para medir outras estruturas transparentes em camadas encontradas em plantas, animais, amostras geológicas ou materiais sintéticos.

Para Gilbert, a nova técnica revelou uma surpresa sobre o abalone vermelho; mostrou pela primeira vez que a espessura das camadas de nácar diminui à medida que o molusco envelhece. Como essa espessura registra a temperatura da água do mar na qual se forma, a equipe acredita que pode ser possível usar a técnica para analisar conchas de moluscos fósseis para aprender sobre climas anteriores.

“Este projeto é feito de algumas partes diferentes, cada uma delas um tanto bem compreendida”, diz Kats. "O poder desta pesquisa é que trouxemos todo esse conhecimento experimental e teórico e fomos capazes de modelar não apenas estruturas em camadas bem comportadas e projetadas, mas também estruturas biológicas desordenadas e confusas. E fomos capazes de obter informações úteis a partir de de uma forma que um biólogo ou paleoclimatologista pode usar. "

 

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