De meeste mensen kennen parelmoer, een iriserend biomineraal, ook wel parelmoer genoemd, van knoppen, sieraden, instrumentinleg en andere decoratieve versieringen. wetenschappers, te, al tientallen jaren parelmoer bewonderen en bewonderen, niet alleen vanwege zijn schoonheid en optische eigenschappen, maar ook vanwege zijn uitzonderlijke taaiheid.

"Het is een van de meest bestudeerde natuurlijke biomineralen, " zegt Pupa Gilbert, een natuurkundeprofessor aan de Universiteit van Wisconsin-Madison die al meer dan tien jaar parelmoer bestudeert. "Het lijkt misschien niet veel - alleen een glimmende, decoratief materiaal. Maar het kunnen er 3 zijn, 000 keer beter bestand tegen breuk dan aragoniet, het mineraal waaruit het is gemaakt. Het heeft de interesse gewekt van materiaalwetenschappers omdat het buitengewoon aantrekkelijk is om materialen beter te maken dan de som der delen."

Nutsvoorzieningen, een nieuwe, niet-destructieve optische techniek zal nog meer kennis ontsluiten over parelmoer, en in het proces zou kunnen leiden tot een nieuw begrip van de klimaatgeschiedenis. Gilbert, UW-Madison hoogleraar elektrotechniek Mikhail Kats, hun studenten en medewerkers beschreven de techniek, hyperspectrale interferentietomografie genoemd, vandaag in het journaal Proceedings van de National Academy of Sciences.

Gilbert heeft geleerd hoe parelmoer vormt, bestellingen, bestand tegen breuk, en hoe de gelaagde structuur de temperatuur registreert waarop het is gevormd. Deze gelaagde structuur van parelmoer reflecteert licht en genereert verschillende kleuren afhankelijk van de laagdikte. Dat leidde tot een interesse in het vinden van een manier om de dikte van de parelmoerlagen te beoordelen zonder het vernietigen van de schaal van het weekdier waarin het is afgezet.

Voor hulp bij het aangaan van die uitdaging, Gilbert wendde zich tot Kats en afgestudeerde student Jad Salman, die experts zijn in het bestuderen van optische verschijnselen.

Voor het project, Salman bereidde 22 verse rode abalone schelpen voor optische analyse. Maar het nemen van optische spectra van parelmoer is moeilijker dan het lijkt.

"Als je dit type granaat wilt onderzoeken, die een gebogen topografie heeft, het is erg moeilijk om een ​​goed spectrum te krijgen met een conventionele spectrometer, ' zegt Salman.

Daarom wendde het team zich tot een nieuwere technologie, hyperspectrale fotografie, om het hele spectrum van de schaal in beeld te brengen. Vroegtijdig, ze beeldden de schelpen af ​​bij industriepartner Middleton Spectral Vision voordat ze hun eigen hyperspectrale camera aanschaften.

"Het is een beeldspectrometer waarbij elke pixel in het beeld een volledig spectrum geeft, " zegt Salman. "Als we de camera in onze opstelling gebruiken, we kunnen gemakkelijk betrouwbare spectrale gegevens extraheren over de grote, oneffen oppervlak van een schelp in één keer."

Naast de rode abalone, het team heeft ook het parelmoer van een andere soort in beeld gebracht, pauaschelp uit Nieuw-Zeeland, ook wel regenboog abalone genoemd. Salman gebruikte vervolgens geavanceerde modelleringssoftware die hij ontwikkelde om de dikte van de parelmoerlagen pixel voor pixel te bepalen met behulp van de hyperspectrale gegevens.

Het team noemt de combinatie van technieken hyperspectrale interferentietomografie en verwacht dat het van toepassing zal zijn op het meten van andere transparante, gelaagde structuren gevonden in planten, dieren, geologische monsters of synthetische materialen.

Voor Gilbert, de nieuwe techniek onthulde een verrassing over rode abalone; het toonde voor het eerst aan dat de dikte van de parelmoerlagen dunner wordt naarmate het weekdier ouder wordt. Omdat deze dikte de temperatuur registreert van het zeewater waarin het zich vormt, het team denkt dat het mogelijk is om de techniek te gebruiken om fossiele schelpen van weekdieren te analyseren om meer te weten te komen over vroegere klimaten.

"Dit project bestaat uit een paar verschillende onderdelen, elk van die enigszins goed begrepen, ", zegt Kats. "De kracht van dit onderzoek is dat we al deze experimentele en theoretische expertise hebben meegebracht, en waren in staat om niet alleen geconstrueerde, goed gedragen gelaagde structuren, maar rommelig, verstoorde biologische structuren. En we hebben er nuttige informatie uit kunnen halen op een manier die een bioloog of paleoklimatoloog kan gebruiken."