La mayoría de la gente conoce el nácar, un biomineral iridiscente también llamado nácar, de botones, joyas, incrustaciones de instrumentos y otros adornos decorativos. Científicos, también, he admirado y maravillado el nácar durante décadas, no solo por su belleza y propiedades ópticas, sino también por su excepcional dureza.

"Es uno de los biominerales naturales más estudiados, "dice Pupa Gilbert, profesor de física de la Universidad de Wisconsin-Madison que ha estudiado nácar durante más de una década. "Puede que no parezca mucho, solo un brillante, material decorativo. Pero pueden ser 3 000 veces más resistente a la fractura que la aragonita, el mineral del que está hecho. Ha despertado el interés de los científicos de materiales porque hacer materiales mejores que la suma de sus partes es extremadamente atractivo ".

Ahora, una nueva, La técnica óptica no destructiva desbloqueará aún más conocimientos sobre el nácar, y en el proceso podría conducir a una nueva comprensión de la historia del clima. Gilbert, El profesor de ingeniería eléctrica de UW-Madison, Mikhail Kats, sus alumnos y colaboradores describieron la técnica, llamada tomografía de interferencia hiperespectral, hoy en la revista Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

Gilbert ha aprendido cómo se forma el nácar, pedidos, resiste la fractura, y cómo su estructura en capas registra la temperatura a la que se formó. Esta estructura estratificada de nácar refleja la luz y genera diferentes colores según el grosor de la capa. Eso llevó a un interés en encontrar una forma de evaluar el grosor de las capas de nácar que no implique la destrucción de la cáscara del molusco en la que se deposita.

Para ayudar a enfrentar ese desafío, Gilbert se dirigió a Kats y al estudiante de posgrado Jad Salman, que son expertos en el estudio de los fenómenos ópticos.

Para el proyecto, Salman preparó 22 conchas frescas de abulón rojo para análisis óptico. Pero tomar espectros ópticos de nácar es más difícil de lo que parece.

"Si desea probar este tipo de proyectil, que tiene una topografía curva, es muy difícil obtener un buen espectro con un espectrómetro convencional, "Dice Salman.

Es por eso que el equipo recurrió a una tecnología más nueva, fotografía hiperespectral, para obtener imágenes de todo el espectro del caparazón. Temprano, tomaron imágenes de las conchas en el socio de la industria Middleton Spectral Vision antes de adquirir su propia cámara hiperespectral.

"Es un espectrómetro de imágenes en el que cada píxel de la imagen proporciona un espectro completo, "dice Salman." Cuando usamos la cámara en nuestra configuración, podemos extraer fácilmente datos espectrales fiables en grandes superficie irregular de un caparazón de una sola vez ".

Además del abulón rojo, el equipo también tomó imágenes del nácar de otra especie, concha de paua de Nueva Zelanda, también llamado abulón arcoíris. Luego, Salman utilizó un sofisticado software de modelado que desarrolló para determinar el grosor de las capas de nácar píxel por píxel utilizando los datos hiperespectrales.

El equipo está llamando a la combinación de técnicas de tomografía de interferencia hiperespectral y anticipa que será aplicable a la medición de otros transparentes, estructuras en capas que se encuentran en las plantas, animales muestras geológicas o materiales sintéticos.

Para Gilbert, la nueva técnica reveló una sorpresa sobre el abulón rojo; mostró por primera vez que el grosor de las capas de nácar se adelgaza a medida que el molusco envejece. Debido a que este espesor registra la temperatura del agua de mar en la que se forma, el equipo cree que puede ser posible utilizar la técnica para analizar conchas de moluscos fósiles para aprender sobre climas pasados.

"Este proyecto consta de algunas partes diferentes, cada uno de esos algo bien entendido, ", dice Kats." El poder de esta investigación es que aportamos toda esta experiencia experimental y teórica, y fueron capaces de modelar no solo ingeniería, estructuras en capas de buen comportamiento, pero desordenado, estructuras biológicas desordenadas. Y pudimos obtener información útil de ella de una manera que un biólogo o paleoclimatólogo puede utilizar ".