Microscopia in campo oscuro

Cristallizzazione delle gocce d’acqua in microscopia a campo oscuro: un processo per visualizzare la sanità e la qualità dei prodotti agro-alimentari. Dr Maria Olga Kokornaczyk

Il materiale viene messo in acqua ultrapura nella proporzione 1:20 p/w
Dopo 1-5 ore, gocce della soluzione vengono messe sui vetrini e lasciate ad asciugare
Le gocce vengono osservate al microscopio a campo oscuro
Le immagini vengono fotografate ed analizzate sia visualmente sia con un software appropriato.

Il metodo si basa sul fenomeno dell’auto-organizzazione della materia durante l’evaporazione di una goccia d’acqua.
Viene studiato ed applicato in vari campi della scienza:
Nano-tecnologie, produzione di nano-materiali ottici ed elettronici
Medicina, diagnosi
Industria delle vernici
Espressione genetica, array di DNA
L’interesse scientifico riposto recentemente in questo fenomeno e le sue numerose possibili applicazioni ci stimolano ad approfondire questa ricerca, facilitando la pubblicazione dei risultati ottenuti su riviste internazionali e permettendo interessanti collaborazioni. La ricerca da noi effettuata è la prima che applica questo fenomeno nell’ambito della qualità degli alimenti.
Coffee Ring

Contact line pinning Marangoni effect Segregation MICROFLUSSI e le loro influenze sull’immagine finale

Struttura dissipativa
1977, Ilia Prigogine, premio Nobel
Indica un sistema termodinamicamente aperto che lavora in uno stato lontano dall’equilibrio termodinamico scambiando con l'ambiente energia, materia e/o entropia. I sistemi dissipativi sono caratterizzati dalla formazione spontanea di strutture ordinate e complesse, a volte caotiche. Questi sistemi, quando attraversati da flussi crescenti di energia e materia, possono anche evolvere, passando attraverso fasi di instabilità, aumentando la complessità della struttura (ovvero l'ordine) e diminuendo la propria entropia (disordine).
L ' auto-organizzazione 1943, primi anni della cibernetica . è una forma di sviluppo del sistema dovuta ad influenze provenienti dagli stessi elementi che costituiscono il sistema; permette di raggiungere un maggior livello di complessità. Eigen, Haken, Lovelock

Presentazione dei risultati delle nostre ricerche:
Influenza del processo della dinamizzazione sull’acqua
Influenza dei trattamenti con prodotti omeopatici su fagiolo
Influenza della luce UV sul processo della cristallizzazione
Messa a punto della metodologia per valutare la qualità del frumento di diverse varietà
- ripetibilità
- valutazione visiva
- valutazione computerizzata
- calcolo delle dimensioni frattali
- confronto con test sulla vitalità del seme
(germinazione, conducibilità elettrica)

distrutto forme povere bordo luminoso forme ordine
Dinamizzazione dell’acqua di rubinetto
Gocce di acqua dinamizzata tendenzialmente mostravano:
Più forme
Più ordine
Erano più chiare
Le forme erano più centrali
Dinamizzata Controllo

Prove su piante di fagiolo trattate con preparati omeopatici L’analisi dell’area fogliare e dell’altezza delle piante di fagiolo trattate con diversi preparati omeopatici (α, β, γ) ha evidenziato effetti inibenti rispetto alle piante di controllo non trattate. Tale effetto trova riscontro con le caratteristiche delle immagini derivanti dalle foglie delle piante diversamente trattate: l’intensità delle forme e la complessità del disegno sono più evidenti nel controllo rispetto ai trattati.

Luce Buio Prove su semi di frumento di diverse varietà

Imbibizione al buio Cristallizzazione alla luce Imbibizione alla luce Cristallizzazione al buio

Imbibizione cristallizzazione Caratteristiche osservate Imbibizione Cristallizzazione Assenza di forme Forme semplici Forme complesse Forme a stella Buio Buio 4 11 Luce Buio 1 8 6 Buio Luce 15 Luce Luce 3 12

VARIETA’ INA GR NOB BEN RIPETIZIONI GOCCE GIORNO TOTALE 320 immagini 80 80 80 80 PROVA SUL FRUMENTO IN AMBIENTE CONTROLLATO

X 40 B Zona centrale (ZC) ZC Strutture cristalline (SC) SC ZC ZC SC SC B Bordo (B)

10 7 4 7 1 VALUTAZIONE VISIVA CON IMMAGINI DI RIFERIMENTO Guardare le immagini in entrambi gli ingrandimenti e dare un punteggio da 1 a 10. I punteggi 1, 4, 7 e 10 hanno un’immagine di riferimento (vedi sotto), mentre i punteggi intermedi vanno determinati in base alla minore o maggiore somiglianza alle immagini di riferimento (esempio: 2 se l’immagine è appena più complessa di 1; 3 se è un po' meno complessa di 4). Punteggio 1: Non si vedono forme cristalline, ci sono quindi solo punti o agglomerati (vedi figura 1) Punteggio 4: Ci sono forme cristalline semplici (una o più di una), che non sono raggruppate e non trasmettono la sensazione di struttura centrata Punteggio 7: C’è una forma cristallina centrale e predominante a forma radiale, ancora abbastanza povera nelle forme (soprattutto nell’interno). Punteggio 10: La forma cristallina è molto ben sviluppata, le forme sono ben visibili e ricche, trasmettono una sensazione di ordine e completezza. Attenzione: 1-5 – senza una forma cristallina centrale predominante; 6-10 – con una forma cristallina centrale predominante.

con centro senza centro varietà % Varietà di frumento Valutazione visiva Inalettabile 7,0 (a) Gentil rosso 6,1 (b) Nobel 3,8 (c) Benco 3,3 (c)

Valutazione con programma IMAGE J I NA BEN

Varietà di frumento Perimetro (pixel x 10 3 ) Area della struttura cristalina maggiore (pixel x 10 5 ) Lunghezza tot delle ramificazioni (pixel x 10 4 ) Lunghezza media delle ramificazioni (pixel) Numero delle ramificazioni (pixel x 10 3 ) Lunghezza tot delle ramificazioni/ periro Valutazione visiva Inalettabile 4,2 (a) 3,6 (a) 4,4 (a) 11,8 (bc) 5,0 (a) 8,6 (a) 7,0 (a) Gentil rosso 3,6 (b) 2,7 (b) 3,5 (b) 10,5 (c) 4,2 (a) 7,3 (a) 6,1 (b) Nobel 1,9 (c) 1,4 (c) 1,2 (c) 13,8 (a) 1,3 (b) 2,9 (b) 3,8 (c) Benco 1,2 (d) 0,4 (d) 0,4 (d) 12,7 (ab) 0,5 (b) 1,5 (b) 3,3 (c)

Frattali di Laplacian Frattali deterministici Frattali randomizzati Frattali anisotropici Diversi tipi di frattali:

Diffusion limited aggregation Alberi di Brown Immagine creata dal computer Immagine ottenuta nel nostro laboratorio (cv. Inalettabile)

D imensione frattale ( D ) è una quantità statistica che dà un'indicazione di quanto completo appare un frattale per riempire lo spazio. La dimensione di Minkowski-Boulingand o BOX-COUNT ( dimensione del conteggio delle celle ) , è un mezzo per determinare la dimensione frattale di un insieme S in uno spazio metrico ( X , d ). Per calcolare questa dimensione di un S frattale, si immagina che questo frattale si trovi su un griglia diffusa su tutto lo spazio, e si conta quante celle sono necessarie per coprire l'insieme. La dimensione della misura di celle viene calcolata osservando come questo numero cambia quando la griglia è resa più fine. Supponiamo che N ( ε ) è il numero di celle di lunghezza laterale ε necessarie per coprire l'insieme. Allora la dimensione della misura delle celle è definita in questo modo: D= 1.77

LCFD= 1.11 LFD= 1.18 MFD= -1.21

Prove su 4 varietà di frumento tenero Immagini fotografate, ingrandimento 100 volte Inalettabile Gentil rosso Nobel Benco Valutazione visiva (scala da 1 a 10) 7,0 (a) 6,1 (b) 3,8 (c) 3,3 (c) Lunghezza delle ramificazioni (pixel x 10 4 ) 4,4 (a) 3,5 (b) 1,2 (c) 0,4 (d) Dimensione frattale LCFD 1,05 (a) 0,94 (b) 0,7 (c) 0,58 (d)

Correlazioni tra i tre approcci di valutazione delle immagini R=0,78 *** R=0,75 *** R=0,85 ***

Confronto tra la forza di cristallizzazione e il vigore del seme a d c b ab bc c a ab bc c a a b b a

f(z) = z 2 + c a+ib z n+1 = f(z) = z n 2 + c |c| < ~ 2 z – variabile c – costante Entrambi sono numeri complessi: INSIEME DI JULIA E INSIEME DI MANDELBROT

Studio della Sostanza VI secolo avanti Cristo Antica Grecia : Talete, Parmenide “ Da cosa e’ fatta la realta?” La prima risposta fu: Terra, Fuoco, Aria, Acqua poi gli elementi chimici, gli a tomi (Dalton), p articelle subatomiche, q uar k … Studio della Forma VI secolo avanti Cristo Antica Grecia : Pitagora, alc hi misti, poeti romantici, Goethe Fu sempre oscurato dallo studio della sostanza (sopratutto nel XX secolo dalla genetica ) “ Come e’ lo schema, la rete?” “ Come sono le interazioni?” Entrambi sono essenziali per la compre n sione della vita.

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Microscopia in campo oscuro

by Demeter Associazione Italia on Sep 19, 2011

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