傅里叶变换红外光谱和成像的蜻蜓,蜻蜓和知了翼膜|光谱学半岛综合体育官方APP下载德甲欧洲和世界bdapp官方下载安卓版gydF4y2Ba

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傅立叶变换红半岛综合体育官方APP下载德甲外光谱和成像的昆虫翅膀gydF4y2Ba

马克·j·托宾gydF4y2Ba^{一个*gydF4y2Ba}Ljiljana Puskar,gydF4y2Ba^bgydF4y2Ba歌哈阮,gydF4y2Ba^cgydF4y2Ba魔法师哈桑,gydF4y2Ba^dgydF4y2Ba海登k .韦伯gydF4y2Ba^cgydF4y2Ba卡罗尔·j·HirschmuglgydF4y2Ba^egydF4y2Ba迈克尔·j·NassegydF4y2Ba^fgydF4y2BaGediminas Gervinskas,gydF4y2Ba^ggydF4y2BaSaulius Juodkazis,gydF4y2Ba^ggydF4y2Ba格雷戈里·s·沃森,gydF4y2Ba^hgydF4y2BaJolanta a·沃森gydF4y2Ba^hgydF4y2Ba大卫·e·美因威林gydF4y2Ba^cgydF4y2Ba彼得•j•马洪gydF4y2Ba^cgydF4y2Ba理查德•马尔尚gydF4y2Ba^我gydF4y2Ba拉塞尔·j·克劳福德gydF4y2Ba^cgydF4y2Ba和埃琳娜·p·伊万诺娃gydF4y2Ba^cgydF4y2Ba

^{一个gydF4y2Ba}红外显微镜Beamline,半岛综合体育官方APP下载德甲 800年澳大利亚同步加速器布莱克本,克莱顿,维多利亚,澳大利亚3168年gydF4y2Ba
^bgydF4y2Ba方法对物质发展,Helmholtz-Zentrum毛皮Materialien和科特布斯GmbH是一家,12489年柏林,德国gydF4y2Ba
^cgydF4y2Ba学院科学、工程和技术,斯文本科技大学,邮政信箱218,山楂,维多利亚,澳大利亚3122年gydF4y2Ba
^dgydF4y2Ba班加罗尔,印度科学研究所的卡纳塔克邦,印度gydF4y2Ba
^egydF4y2Ba威斯康辛大学密尔沃基分校物理系,1900 e .建伍,密尔沃基威斯康辛州53211,美国gydF4y2Ba
^fgydF4y2Ba卡尔斯鲁厄理工学院,应用同步辐射实验室Kaiserstr。12日,76131年卡尔斯鲁厄的德国gydF4y2Ba
^ggydF4y2BaMicro-Photonics中心教师的科学、工程和技术,斯文本科技大学,gydF4y2Ba
3122年邮政信箱218,山楂,维多利亚,澳大利亚gydF4y2Ba
^hgydF4y2Ba理学院、健康、教育和工程、阳光海岸大学Maroochydore DC, 4558年昆士兰,澳大利亚gydF4y2Ba
^我gydF4y2Ba维多利亚墨尔本维多利亚博物馆,3001年,澳大利亚gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

昆虫和植物进化出了高度复杂的表面,为他们提供大量的功能优势来处理他们的环境,这些生物和传授有益的属性。gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba例如,一些叶子的表面,如莲花的植物,是众所周知的高度防水处理,或超疏水性能gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba这为植物提供了自洁叶表面,有利于植物通过抑制细菌或真菌感染,或确保最佳光合能力。这是有时被称为“莲花效应”。超疏水的行为一直在观察昆虫表皮相似,特别是某些团体如蝉的翅膀,蜻蜓,蜻蜓,水排斥特性使昆虫湿和肮脏的环境中保持清洁和干燥。gydF4y2Ba^{3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba}事实上,一些昆虫翅膀表面最近被证明有额外的抗菌性能。gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba这种超疏水表面自然引起了材料科学家的注意他们的潜力提供设计模板具有相似属性的材料生产的发展,对于某些应用程序,如生物医学植入物和微流控芯片上的实验室”设备。gydF4y2Ba^7gydF4y2Ba

为了更好地理解这些自然表面的化学和地形属性,一系列技术被应用在他们的分析中,包括原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)及气相色谱分析-质谱法(gc - ms)。gydF4y2Ba^{4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba8gydF4y2Ba}superhydrophobicity,因此自洁性能,这些表面已被证明出现由于其表面化学和表面形貌的组合。特别是,分层地形的存在,包括纳米和微尺度特性,有助于他们击退水滴的能力。反过来,这允许维护的原始表面水滴清除外国粒子辊表面。一个共同的方法来评估一个表面的疏水性的测量是通过“水接触角”,这是角度测量在水中的三相(液体/衬底/空气)接触。高接触角表示低水平的粘连和水,和表面水接触角超过150°被认为是“它”。某些植物叶子和昆虫翼膜满足这一标准。经检验,许多相似之处已被证明存在疏水化学和nano-structural性质之间的植物和昆虫表皮,然而,植物角质层的外表面被发现包括一个更大范围的化合物,包括醛类、酮类和脂肪酸,而昆虫表皮表面主要是由长链烷烃。gydF4y2Ba

我们应用红外显微镜和图像分析的空间解决翼膜的化学成分数昆虫,半岛综合体育官方APP下载德甲包括豆娘gydF4y2BaIschnura heterostictagydF4y2Ba和gydF4y2BaXanthagrion erythroneurumgydF4y2Ba,蜻蜓gydF4y2BaDiplacodes bipunctatagydF4y2Ba和gydF4y2BaDiplacodes melanopsisgydF4y2Ba和过失蝉gydF4y2BaPsaltoda claripennisgydF4y2Ba。gydF4y2Ba^{9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba10gydF4y2Ba}傅里叶变换红外(ir)显微镜的敏感性的不同官能团的昆虫翼膜的理想技术探索了这些结构的化学性质微米尺度,而扫描电镜用于检半岛综合体育官方APP下载德甲查这些膜的纳米尺度的地形。红外显微分析是在两个同步加速器beamlines-the红外显微镜(IRM) beamline澳大利亚同步加速器,经营传统傅里叶变换红外(IR)显微镜点映射,和IRENI半岛综合体育官方APP下载德甲红外成像beamline同步辐射中心(SRC),麦迪逊,威斯康辛州。通过耦合一个红外显微镜同步源、显著的优势能获得关于聚焦束的强度的单点红外微量分析样品的订单3 - 5µm领域gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba。二维映射的样品聚焦束还允许高光谱质量红外吸光度地图与衍射产生有限的空间分辨率,这由IRM beamline法。gydF4y2Ba^11gydF4y2Ba的IRENI beamline SRC,然而,旨在使焦平面阵列(FPA)的使用红外成像探测器128×128像素探测器与高放大倍数74×显微镜物镜,这是由独立的十二红外光束从SRC“阿拉丁”同步存储戒指。gydF4y2Ba^{1gydF4y2Ba2gydF4y2Ba}虽然SRC阿拉丁同步于2014年停止运行,在IRENI beamline启用一系列材料的高空间分辨率的映射,它的成功导致了类似beamlines其他同步加速器设施的规划。gydF4y2Ba

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傅立叶变换红半岛综合体育官方APP下载德甲外光谱和成像的蜻蜓,蜻蜓翼膜gydF4y2Ba

蜻蜓,蜻蜓的翅膀是来自两个来源。新物种的翅膀gydF4y2Bad . bipunctatagydF4y2Ba和gydF4y2Ba即heterostictagydF4y2Ba来自墨尔本郊区地区,澳大利亚,而年龄的样本gydF4y2Bad . melanopsisgydF4y2Ba和gydF4y2Bax erythroneurumgydF4y2Ba收集在1970年代,澳大利亚维多利亚博物馆提供的。扫描电镜(FeSEM-Supra 40副总裁,卡尔蔡司GmbH,耶拿,德国)金色涂布的翼膜的表面gydF4y2Ba蜻蜓目gydF4y2Ba拥有翅膀的外层nanometre-scale结构随机分布在表面,豆娘如图所示gydF4y2Ba即heterostictagydF4y2Ba如图1所示。虽然整体模式被发现四个物种之间的大体相似,这些结构的大小和分离发现物种之间略有不同。所有四个的傅立叶变换红外微量分析gydF4y2Ba蜻蜓目gydF4y2Ba物种的翼膜是由澳大利亚同步IRM beamline使用力量Hyperion 2000红外显微镜和V80v红外光谱。小的翼膜,大约5×5毫米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba被安装在一个金属框架支持的边缘敏感膜的样本,避免运动过程分析。所有样本光谱产生符合已知的昆虫表皮组成(图1 b),具有较强的酰胺(1610 - 1695厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba)和酰胺二世(1480 - 1575厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba)的吸收带酰胺胺组蛋白和几丁质,就像一个小C = O酯峰在1735厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba,CHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和CHgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba拉伸的山峰(nCHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和nCHgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,2840 - 3000厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba)从蛋白质、甲壳素、烷烃和脂肪酸,广泛覆盖s和h峰地获得3200厘米之间gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba和3400厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba。最显著的区别的四个物种是nCH峰的强度,尤其是对称和反对称nCHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba山峰,豆娘物种表现出更强的nCHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba吸收比蜻蜓的物种。二维谱映射每个物种的翅膀的小面积使用5×5µm执行gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba显微镜孔径3µm步骤在x和y方向超过总面积的100×100µmgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba。图1 c显示了一个阴谋反对称的综合区域的ngydF4y2Ba_{作为gydF4y2Ba}CHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba峰值2913厘米之间gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba和2931厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba的翼膜gydF4y2Ba即heterostictagydF4y2Ba豆娘,显示该分布的异构特性。低强度的谱减法nCH从2 d光谱数据集(黑色区域在图1 c)从高nCH光谱(黄色区域在图1 c),证实nCH更高领域的主要贡献是对称和反对称nCHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba伸展(图1 d),表明非均匀分布的长链碳氢化合物如蜡翼膜。这是符合观测报道其他地方,溶剂萃取后的气相色谱分析-质谱法(gc - ms)分析从蜻蜓翼膜gydF4y2BaHemicorduliaτgydF4y2Ba表明长链烷烃链长度的主导地位gydF4y2Ba_10gydF4y2BaCgydF4y2Ba_34gydF4y2Ba,一个较小的贡献来自棕榈酸(7%)。gydF4y2Ba^8gydF4y2Ba水接触角测量的翼膜从每个四种蜻蜓和豆娘的研究和观察到的角度对每个物种的红外吸收光谱图1 b。这些显示了长链蜡浓度之间的关系,表明nCH的强度gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba山峰,水接触角,表明该物种与更高的CHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba吸光度显示最大的疏水性,表明化学成分的作用以及表面纳米结构在促进这些昆虫翅膀的超疏水性质。gydF4y2Ba

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傅立叶变换红半岛综合体育官方APP下载德甲外光谱和成像的蝉翼膜gydF4y2Ba

澳大利亚土著蝉gydF4y2BaPsaltoda claripennisgydF4y2Ba如图2所示,从布里斯班公园地区采集的例子。的翼膜(厚度约5µm)然后切成方块大约5×5毫米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba和冲洗Milli-Q HgydF4y2Ba_2gydF4y2BaO(电阻率18.2 MW厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba之前被用于微量分析。gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba金色涂布翼膜的扫描电镜显示高度的存在规律的“nanopillars”在机翼表面(图2 b),和一个额外的微米尺寸的纹理也观察到。正是这些nanopillar结构已被证明负责这些蝉的翅膀的杀菌性能,与结构出现穿透细胞膜成为附着在表面的细菌。傅立叶变换红外光谱成像的蝉翼膜是由SRC IRENI beamline,麦迪逊,威斯康辛州。gydF4y2Ba^10gydF4y2Ba翼样本安装到相同的金属支架用于gydF4y2Ba蜻蜓目gydF4y2Ba翅膀,64×64像素的红外图像帧捕获,每个占地34.5×34.5µmgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba。红外吸收光谱的蝉的翅膀被发现广泛的类似于那些获得gydF4y2Ba蜻蜓目gydF4y2Ba翅膀,谱峰的出现归因于蛋白质、甲壳素、烷烃和脂肪酸。多个图像帧平铺在一起产生红外吸收图像覆盖更大的区域。图3 F IR吸收两个地区的地图,一个由一个3×3帧映射(a, C和E)和一个由一个4×1帧映射(B, D和F)。在每种情况下,一个图像的二酰胺分布(从1483厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba到1588厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba)和ngydF4y2Ba_{作为gydF4y2Ba}CHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba分布(2913 - 2931厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba)所示。第三个图片是红色:绿,蓝(RGB)复合的红色和绿色通道相结合的ngydF4y2Ba_{作为gydF4y2Ba}CHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba地图,蓝色通道显示酰胺二世。这些图像显示,酰胺二世峰显示少量的变化在两个图像区域(图3 a和B)可能由于不同的翼膜厚度,而ngydF4y2Ba_{作为gydF4y2Ba}CHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba图片(图3 c和D)显示点状的分布、各具特色的几微米大小视为红点的ngydF4y2Ba_{作为gydF4y2Ba}CHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba地图。这些出现明显的黄色斑点结合RGB图像(图3 e和F),表明局部高浓度的长链碳氢化合物。此外,可以看出一个更大规模的模式或纹理的区域成像,CHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba“点”出现集群到特定区域,而其他区域显示更少的地方。图3 g显示了CH拉伸区域(2800 - 3150厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba从高CH)选择光谱gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba“现货”在图3 c(红色痕迹)和较低的CHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba区(黑色跟踪)。这些痕迹的谱减法如图3 h,确认红外图像的高CH特性主要是由于长链脂肪族碳氢化合物,因为只有对称和反对称nCHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba拉伸山峰,连同一个较弱的碳氢键弯曲峰值约1470厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba(没有显示),观察在光谱中减去。gydF4y2Ba

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蝉的翅膀,可以看到证据的等级分布的疏水翼表面涂层。这种微米尺度的碳氢化合物的结合特性,安排在几十微米的规模模式,可能导致的高疏水性蝉的翅膀,它gydF4y2Bap . claripennisgydF4y2Ba已被证明有水接触角大于150°,因此被认为是超疏水。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

昆虫翅膀具有一些显著的特性,使他们能够在一种富有挑战性的环境中茁壮成长。通常,结合纳米微观结构地形,与化学异质性在微米尺度,为这些结构提供有效的超疏水、自洁和抗菌功能。复杂的表面提供灵感的设计新颖的涂料和表面结构,可以模仿这些有益的属性。高空间分辨率傅立叶变换红外光谱和成像,当结合其他技术,如扫描半岛综合体育官方APP下载德甲电镜和gc - ms,提供独特的见解的复杂化学模式有助于这个功能。进一步发展红外成像技术,如3 d红外断层扫描和扫描近场纳米光谱学半岛综合体育官方APP下载德甲gydF4y2Ba^{13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba14gydF4y2Ba}有可能进一步维度添加到化学和物理信息,使我们能够获得一个更大的理解这些自然的表面。这些技术还可以继续适用于人造材料表面的研究试图模仿生物的属性模板。gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba

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