Forskere udvikler innovativ måde at forstå naturen af ​​en hel lille partikel

Ny forskning fra University of New Hampshire har ført til udviklingen af ​​en ny teknik til at bestemme overfladearealet og volumen af ​​små partikler, på størrelse med et sandkorn eller mindre. På grund af deres lille størrelse, uregelmæssig form og begrænset synsvinkel, almindeligt anvendte mikroskopiske billeddannelsesteknikker kan ikke altid fange hele objektets form og ofte udelade værdifuld information, der kan være vigtig inden for adskillige områder af videnskaben, teknik og medicin.

Studiet, som for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Måling Videnskab og Teknologi , beskriver en opfindsom teknik til matematisk at estimere omfanget af et objekt, der er fanget i 3-D-modeller, og bruge oplysningerne til mere præcist at måle hele objektet.

"3D-modeller i mikroskala er et vigtigt værktøj for mange områder af videnskaben, men for de fleste objekter i mikro- eller nanoskala kan kun en del af objektet ses i synsfeltet, " siger Gopala Mulukutla, en forsker ved Institute for the Study of Earth, Oceans and Space ved UNH og undersøgelsens hovedforfatter. "På grund af den uregelmæssige form af genstande, der studeres, at kende omfanget af den partikel, der afbildes, giver os mulighed for rimeligt at beregne, hvad der ikke blev set i modellen, hvilket muliggør en mere nøjagtig vurdering af egenskaber såsom overfladeareal, og volumen af ​​hele partiklen."

Forskningen var inspireret af en NSF-finansieret undersøgelse for at forstå egenskaberne af vulkansk aske indsamlet fra 1980-udbruddet af Mount Saint Helens-vulkanen i staten Washington. Aske fra dødelige udbrud, som denne, kan sprede sig vidt og bredt og forårsage en lang række problemer relateret til sundhed, lufttransport, og endda afgrødesvigt. For eksempel, udbruddet af Mount Tambora i Indonesien i 1816, resulterede i det, der omtales som "Året uden sommer" over hele kloden, forårsager usædvanligt kolde temperaturer og ødelæggende afgrødeskader.

"Små vulkanske askepartikler kommer ind i atmosfæren og kan transporteres over lange afstande, hvilket forårsager alle mulige problemer, fra at blive en luftfartsfare til at påvirke åndedrætssundheden for både mennesker og dyr, " forklarer Mulukutla. "Ved at bruge denne matematiske tilgang, vi kan få en bedre idé om, hvordan partiklerne ser ud, som vil gøre det muligt for forskere at implementere modeller, der bedre forudsiger bevægelse af vulkanske askeskyer i fremtidige udbrud."

En del af et foreløbigt patent indgivet af UNH Innovation, som går ind for, klarer, og fremmer UNH's intellektuelle ejendomsret, teknikken har andre praktiske anvendelser. Mulukutla, hvis forskningsområde er inden for hydrologi og vandkvalitet, siger, at det kunne være nyttigt til at udvikle modeller, der simulerer sedimenttransport i floder og vandløb. Teknikken kan også være nyttig inden for medicin, hvor for eksempel, nye og innovative blodprøver under udvikling kræver vurdering af formen og egenskaberne af aflange bloddråber, som kan være udfordrende at fange.