Фізики зробили їстівні голограми

Фізики зробили їстівні голограми
Фізики розробили методику створення голографічних зображень на їстівних цукрових пластинках з кукурудзяного сиропу і ванільного екстракту. Для оптимізації створеної техніки вчені досліджували оптичні властивості цукрових дифракційних решіток, а також продемонстрували можливий вид одержуваних таким чином голограм. Потенційно така технологія може бути використана в харчовій промисловості в цілому ряді завдань: наприклад, як в якості прикраси кондитерських виробів, так і для перевірки складу продукту. Стаття опублікована у журналі ACS Nano.

Оптична голограма, на відміну від звичайної фотографії, зберігає в собі інформацію не тільки про колір і інтенсивності реєстрованого світла, але і фазах хвиль, що приходять від цікавить нас об'єкта. Це можливо завдяки тому, що в ході запису голограми на реєструючу пластинку направляються одночасно дві хвилі світла від одного джерела: одна (опорна) відразу ж потрапляє на фотопластинку або інший реєструючий матеріал, а інша (об'єктна) попередньо відбивається від предмета, який хочеться відобразити. В результаті інтерференції цих двох хвиль в матеріалі майбутньої голограми виникають області максимумів і мінімумів інтенсивності падаючого на неї світлового поля, які перетворюють фоточутливу пластинку в хитромудру дифракційну решітку. Якщо таким чином записати голограму, а потім посвітити на неї опорною хвилею з тими ж характеристиками, що і при записі, то в ході дифракції при взаємодії з фотопластинкою ця хвиля перетворюється в копію шуканої об'єктної хвилі. Тобто на виході спостерігач побачить об'ємне зображення вихідного об'єкта.

Крім очевидної переваги голографії в повноті записуваної інформації про об'єкт, у такого методу реєстрації зображення є ще одна особливість: навіть маленька частина голограми (наприклад, після її пошкодження або роздроблення на маленькі частини) зберігає інформацію про всіх зареєстрованих об'єктах. Тобто навіть часткова втрата голограми не призводить до втрати двовимірного зображення, хоч і тягне за собою зменшення діапазону доступних ракурсів і погіршення чіткості. Проте, особливо широкого практичного застосування голограми поки не знайшли, в першу чергу через складні процеси запису і відтворення: в них повинен використовуватися потужне джерело монохроматичного світла, роль якого зазвичай грає лазер.

Але фізики не впадають у відчай і продовжують шукати способи технічно спростити методи голографії і знайти їй застосування в повсякденному житті. Так, у голографії великий потенціал для застосування в харчовій галузі: їстівні голограми могли б бути не тільки приємним прикрасою і підвищити привабливість різних продуктів харчування, але і захистити споживача від неякісної або підробленої їжі. У цьому випадку, Однак, до проблеми технологічної складності запису голограми додаються і обмеження на реєструючий фотоматеріал: він повинен бути не тільки їстівним, але і стійким до розкладання, а також не повинен ускладнювати процес реєстрації світлового поля зображуваного об'єкта. Тепер же з'ясувалося, що таким вимогам добре відповідають пластинки з тонкого шару висушеного розчину кукурудзяного сиропу з ванільним екстрактом. До такого висновку прийшов Бадер АльКаттан (Bader AlQattan) з Бірмінгемського університету разом з колегами в своєму дослідженні дифракційних властивостей цукрових фотопластинок, опромінених лазером По схемою запису Денисюка.

Вихідні пластинки товщиною 100 мікрон вчені отримували в процесі тригодинного висушування розчину, який складався з 1,5 мл ванільного екстракту, 2 мл цукрового сиропу і 0,5 мл води. Цей склад фізики віддали перевагу завдяки тому, що отримані таким чином пластинки виявилися твердіше ніж ті, в яких було менше ванільного екстракту. Потім фізики напилювали на цукрові пластинки шар чорного барвника товщиною в 900 нанометрів, щоб посилити поглинання лазера з подальшою абляцією, завдяки якій на поверхні пластинок виникали дифракційні структури. Саме опромінення відбувалося за схемою, схожою на схему запису Денисюка: опорна хвиля лазера (з довжиною хвилі в 1064 нанометра) проходила крізь цукрову пластинку і відбивалася від дзеркала (на місці якого в класичному випадку мав би стояти зображуваний об'єкт), формуючи об'єктну хвилю. В рамках такої схеми інтерференційні максимуми і мінімуми на платівці розташовувалися паралельно один одному, а значить в результаті опромінення цукрова пластинка перетворювалася в класичну дифракційну решітку, період якої дослідники могли варіювати за рахунок змінюваного кута положення пластинки в ході опромінення.

Для вибору оптимальних параметрів опромінення вчені варіювали кут, під яким вихідна хвиля падала на цукрову пластинку, а також змінювали вміст цукру у вихідному розчині. Виявилося, що найбільшою ефективністю володіли дифракційні пластинки, отримані при опроміненні лазером під кутом в 35 градусів, що відповідало періоду дифракційної решітки в 1050 нанометрів. Для такої платівки, як і очікувалося, фізики отримали найбільші кути положення першого максимуму дифракційної картини при опроміненні монохроматичним світлом і найширші спектри при опроміненні білим світлом. Додавання цукру в вихідний розчин, в свою чергу, призводив до збільшення показника заломлення цукрової пластини і до зменшення кута першого максимуму отриманої таким чином дифракційної решітки. Це означає, що за оптичними властивостями таких структур можна, в тому числі, стежити за складом речовини, з якого вони зроблені (або в якому вони знаходяться).

Нарешті, дослідники показали приклади можливих їстівних райдужних голографічних зображень, щоб продемонструвати, як описана технологія може бути застосована на практиці. Фізики відзначили, що розроблений ними метод голографії не вимагає багато часу і ресурсів, а отримані результати в майбутньому можуть бути застосовані для створення більш складних голограм або інших наноструктур на їстівних носіях. Вчені відзначили і те, що отримані структури зберігали свої оптичні властивості протягом декількох місяців, а значить стійкі до зносу і деградації. У цій роботі, однак, на поверхню цукрових пластинок напилювався синтетичний барвник. Хоч він і не був токсичним і майже весь віддалявся в ході опромінення лазером, для реального використання технології в харчовій індустрії її необхідно адаптувати з використанням харчових барвників.

Переглядів: 2912
Коментувати:
Введіть цифри



Ми в соцмережах:

♥ В "Закладки"
Популярне

























QRcode Наш Топ-100
Новини тижня (стрічка новин)
Смачні рецепти страв
Корисні штуки
Музика для відпочинку:
 
Архив
Інтереcно - (С) 2020 Всі права збережено
Використання будь-яких матеріалів, розміщених на сайті, дозволяється за умови посилання на Інтереcно обов'язково.