เทคนิคการถ่ายภาพแบบใหม่ช่วยให้นักวิจัยในสหราชอาณาจักรสร้างแผนที่ 3 มิติที่แผนภูมิการไหลของเลือดผ่านปลาม้าลายที่มีชีวิต แอนดรูว์ ฮาร์วีย์และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยกลาสโกว์ใช้การตั้งค่าออปติคัลที่สร้าง “ลำแสงโปร่ง” คู่หนึ่งซึ่งสอดคล้องกับเม็ดบีดขนาดเล็กที่ไหลเวียนอยู่ในเลือดของปลา วิธีการของพวกเขาอาจนำไปสู่วิธีการใหม่และดีกว่าในการสำรวจลักษณะของระบบชีวภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์
ความละเอียดเชิงพื้นที่ของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล
ทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 300 นาโนเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับความยาวคลื่นครึ่งหนึ่งของแสงที่มองเห็นได้ แม้ว่าโครงสร้างที่เล็กกว่าจะสังเกตเห็นได้ แต่ลักษณะเชิงพื้นที่ของพวกมันจะเบลอ ในระบบ 2D แบบธรรมดา การชดเชยการเบลอของภาพสามารถชดเชยได้โดยการระบุตำแหน่งศูนย์กลางของวัตถุที่เบลอและสร้าง “ฟังก์ชันการกระจายจุด” (PSF) ที่ด้านบน วิธีนี้สามารถลดวัตถุที่เบลอเป็นจุดแสงเดียวให้เหลือความแม่นยำประมาณ 10 นาโนเมตร ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการติดตามโมเลกุลเดี่ยวที่ติดฉลากเรืองแสงในระบบทางชีววิทยา
PSF ยังสามารถใช้สำหรับระบบ 3D แบบธรรมดา เนื่องจากรูปร่างสามารถระบุความลึก หรือระยะห่างตามแนวแกนที่สัมพันธ์กับอุปกรณ์สร้างภาพ อย่างไรก็ตาม เทคนิคนี้จะมีประสิทธิภาพน้อยกว่ามากเมื่อสร้างภาพกลุ่มวัตถุ 3 มิติ ซึ่งมักส่งผลให้ PSF ทับซ้อนกันซึ่งยากต่อการวิเคราะห์มาก
ไฟโค้งHarvey และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาวิธีการ 3D ที่ดีขึ้นซึ่งใช้เลนส์เกี่ยวกับภาพเพื่อแปลง PSF ให้เป็น “Airy beam” ซึ่งเป็นรูปคลื่นที่ไม่กระจายออกไปตามกาลเวลาและดูเหมือนจะโค้งขณะเดินทาง รูปร่างของลำแสงโปร่งขึ้นอยู่กับระยะห่างตามแนวแกนกับวัตถุ ทำให้สามารถกำหนดความลึกของวัตถุได้
แม้ว่าเทคนิคนี้จะมีประสิทธิภาพ แต่ก็อาจทำได้ยาก
ในการวิจัยล่าสุด ทีมงานได้แนะนำการตั้งค่าออปติคัลที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นซึ่งง่ายต่อการปรับเทียบ ระบบของพวกเขาแปลง PSF เป็นลำแสง Airy คู่ที่ปรากฏเป็นจุดสองจุดที่ด้านใดด้านหนึ่งของวัตถุ ระยะห่างระหว่างจุดจะเพิ่มขึ้นตามระยะห่างในแนวแกนที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น การวัดระยะห่างจึงให้ความลึกของวัตถุ วิธีนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถค้นหาลูกปัดนาโนคริสตัลเรืองแสงได้ภายใน 30 นาโนเมตร ตลอดช่วงแกนที่มากกว่า 7 ไมครอน
แสงโค้งงอตัวเองเป็นมุมมนเพื่อเป็นการพิสูจน์แนวคิด พวกเขาใช้เทคนิคนี้ในการสังเกตการเคลื่อนที่ของลูกปัดเรืองแสง 1 ไมครอนเมื่อฉีดเข้าไปในเลือดของปลาม้าลายที่มีชีวิต โดยติดตาม PSF ลำแสงคู่ของ Airy ที่ 26 เฟรมต่อวินาที ด้วยความหนาแน่นของลูกปัดที่สูงเพียงพอ Harvey และเพื่อนร่วมงานจึงสามารถแมปรูปร่าง 3 มิติของหลอดเลือดแดงของปลาได้อย่างชัดเจนในช่วงความลึก 0.1 มม.
เทคนิคนี้สามารถนำเสนอโอกาสใหม่ ๆ ที่สำคัญสำหรับโครงสร้างภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์ด้วยแสง ซึ่งรวมถึงระบบสิ่งมีชีวิตในระดับเซลล์ ทีมงานของ Harvey อธิบายว่านาโนบีดสามารถเรืองแสงได้เมื่อมีออกซิเจนหรือสภาวะที่เป็นกรด หรือบรรจุลงในซอฟเจลที่เปลี่ยนรูปโดยเซลล์ที่กำลังเติบโต ซึ่งอาจให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับแรงทางกลที่พวกมันออกแรง
วัสดุคล้ายเจลที่มีความสัมพันธ์กับโมเลกุลของน้ำสูงทีมนักวิจัยที่นำโดยPeng Wang จาก Water Desalination and Reuse Centerของ KAUST และภาควิชาวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมที่ PolyUเพิ่งได้พัฒนาวิธีการทำความเย็นแบบอื่น เทคนิคของพวกเขาใช้วัสดุคล้ายเจลที่ประกอบด้วยท่อนาโนคาร์บอนที่ดูดซับความร้อน (CNTs)
ที่ฝังอยู่ในพอลิอะคริลาไมด์แบบเชื่อมขวาง (PAM)
และแคลเซียมคลอไรด์ (CaCl 2 ) เจลนี้มีความสัมพันธ์ที่ดีกับโมเลกุลของน้ำ ดังนั้นจึงสามารถรับไอน้ำปริมาณมากจากอากาศแวดล้อมได้ Renyuan Li หัวหน้าทีมวิจัยกล่าวว่า เจลยังมีความสามารถในการยึดเกาะกับพื้นผิวต่างๆ ได้ด้วยตัวเอง รวมถึงแผงโซลาร์เซลล์ ผ่านพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแรง
ในการทดลอง นักวิจัยกดชั้นไฮโดรเจลหนา 1 ซม. กับด้านล่างของแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนมาตรฐาน เมื่ออุณหภูมิลดลงในตอนเย็นและข้ามคืน น้ำที่วัสดุดูดซับจะควบแน่นกลายเป็นน้ำของเหลว Wang อธิบาย ในช่วงกลางวัน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความร้อนจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะทำให้น้ำระเหย ซึ่งเป็นกระบวนการที่ไม่เพียงแต่ขจัดความร้อนออกจากแผง แต่ยังสร้างตัวดูดซับไอขึ้นใหม่เพื่อให้เครื่องเก็บเกี่ยวน้ำในบรรยากาศ (AWH) พร้อมสำหรับ รอบคืนวันถัดไป
การทดลองโดยทีม KAUST-PolyU บนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ในห้องปฏิบัติการพบว่าเจลที่ดูดกลืนเต็มที่สามารถปล่อยน้ำให้เพียงพอเพื่อผลิตพลังงานความเย็น 295 W/m 2ภายใต้รังสีแสงอาทิตย์ 1000 W/m 2และลดอุณหภูมิของแผง โดย 10 องศาเซลเซียส อุณหภูมิที่ลดลงนี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของแผงให้เพียงพอที่จะเพิ่มปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้โดยเฉลี่ย 15% เมื่อทีมทดสอบระบบกับต้นแบบกลางแจ้งในช่วงฤดูหนาวและฤดูร้อนที่วิทยาเขต KAUST ตัวเลขนี้เพิ่มขึ้นเป็น 19% อาจเป็นเพราะลมช่วยเพิ่มผลการระบายความร้อน นักวิจัยกล่าว
ด้วยความจุ PV ทั่วโลกที่คาดว่าจะสูงถึง 1500 GW ภายในปี 2568 นักวิจัยคำนวณว่าการระบายความร้อนแผงทั้งหมดเหล่านี้โดยใช้วิธีการของพวกเขาจะสร้างพลังงานเพิ่มเติมมากกว่า 150 GW การเพิ่มปริมาณการใช้ไฟฟ้านี้จะส่งผลให้การบริโภคถ่านหินลดลง 8.52 × 10 7เมตริกตันต่อปี และการปล่อย CO 2 ที่ ลดลงมากกว่า 1.48 × 10 8เมตริกตันต่อปี (สมมติว่ามีการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ 20% ประสิทธิภาพ)
Wang และเพื่อนร่วมงานซึ่งรายงานงานของพวกเขาในNature Sustainabilityกำลังทำงานเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของเครื่องเก็บเกี่ยวน้ำในชั้นบรรยากาศ (AWH) และเพิ่มจลนพลศาสตร์การดูดซับ-การดูดซับไอน้ำ (และด้วยเหตุนี้ความจุของมัน) พวกเขากำลังตรวจสอบวิธีจัดการกับฝุ่นบนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดีขึ้น ซึ่งเป็นปัญหาเฉพาะในพื้นที่แห้งแล้งและกึ่งแห้งแล้ง ซึ่งอนุภาคที่เกิดจากพายุฝุ่นบ่อยครั้งสามารถลดกำลังขับของแผงโซลาร์เซลล์ได้มากถึง 20% หากไม่กำจัดออก ทางเลือกหนึ่งในการออกแบบสำหรับการทำความเย็น AWH ที่นี่ Wang กล่าวคือ จะใช้ระบบเพื่อดักจับและควบแน่นน้ำหลังจากที่ระเหยออกจากไฮโดรเจลแล้ว น้ำนี้ไม่เพียงแต่สามารถนำมาใช้เพื่อขจัดฝุ่นที่สะสมอยู่บนแผงเซลล์แสงอาทิตย์เท่านั้น แต่ยังสะอาดพอที่จะดื่มได้อีกด้วย
Credit : experiencethejoy.net expertlistbuilding.com fairytalefavors.net fioredicappero.com forumperekur.com
