Name: using a thermal camera to measure heat loss through bird feather coats
Uploaded: 2020-06-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 55 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using a Thermal Camera to Measure Heat Loss Through Bird Feather Coats at JoVE.com

Bu araştırma kısmen Connecticut Üniversitesi Araştırma Danışma Konseyi Öğretim Üyesi M. Rubega'ya Büyük Hibe tarafından finanse edildi. K. Burgio, Mösyö Rubega'ya #1545458 Ulusal Bilim Vakfı NRT- IGE hibesinde desteklendi. Makale, iki isimsiz yorumcunun düşünceli geri bildirimleriyle önemli ölçüde geliştirilmiştir.

Bu çalışma canlı hayvanlarla herhangi bir çalışma içermedi ve bu nedenle hayvan bakım incelemesinden muaf tutuldu.
1. Kurulum ve malzemeler (Şekil 1)
<ol><li>İlgi çekici türlerin düz derileri mevcut değilse, taze veya dondurulmuş örneklerden deriler oluşturmak için Spaw'ınprotokol 29'u kullanın. Ölçümlere devam etmeden önce sabit bir ağırlık elde etmek için tüyleri düzgün, doğal bir konuma getirin ve kurutun.</li>
	<li>Sabit sıcaklık sıcak su banyosu kurun. NOT: Bu kurulum oldukça uzundur, bu nedenle sıcak su banyoyu zemine yerleştirmek en kolayıdır.</li>
	<li>Sabit sıcaklık sıcak su banyosunun yüzeyine bir şeffaf akrilik cam tabakası (Malzeme Masası)yerleştirin. Cam, numuneyi ıslatmadan ısının cildin altına iletilmesine izin verir. NOT: Bu pilot çalışmada akrilik cam (kalın 0.125) tabakası kullanılmıştır. Camın kalınlığı, malzemenin30'unun etkinliğini etkilemez (her zaman 0,86 olacaktır), ancak camın yüzeyindeki mutlak sıcaklığı etkiler(yani, daha kalın cam daha düşük bir sıcaklığa neden olur). Bu nedenle, tüm ölçümler aynı kalınlıkte akrilik bir cam levha kullanılarak alınmalıdır.</li>
	<li>Akrilik camın üzerine dairesel delikli (0,5 çapında) bir köpük çekirdek kartı (1 kalın) yerleştirin. NOT: Kuşun büyüklüğü deliğin boyutunu ve böylece kaynaktan ısı alan kesintisiz tüylenme boyutunu yönlendirmelidir. Burada, 0,5 çapında bir delik kullanılır, çünkü bu boyut, meme tüyü yollarının altındaki ısıyı ortalamak için hala yeterince küçükken numuneye yeterli ısı iletimi elde edecek kadar büyüktür (en küçük olanlar hariç tüm kuşlar). Termal açıklığın boyutundan bağımsız olarak, her kuş için karşılaştırılabilir ve tekrarlanabilir bir değer elde etmek için, aynı boyutta deliklerle ölçümler yaptığından emin olun.</li>
	<li>Kameranın minimum odaklama mesafesindeki kurulumun hemen üstündeki bir tripoda termal kamera takın. NOT: Burada flir SC655 termal kamera kullanılır (680 px x 480 px çözünürlük, ±2 °C veya ±2% okuma doğruluğu, 40 cm minimum odaklama mesafesi). Diğer kameralar derece çözünürlüğünde farklılık gösterebilir.</li>
	<li>Termal kamera yazılımına aşağıdakileri girerek kamerayı kalibre ettinin:<ol>
<li>Kamera kalibrasyon yazılımında emisyon değeri 1,0 olarak ayarlanmış köpüğün üzerine alüminyum folyo (parlak taraf yukarı bakacak şekilde) yerleştirerek yansıyan sıcaklığı bulun. Termal görüntü alın. Alüminyum folyonun yüzeyindeki sıcaklık, odanın ortam sıcaklığına benzer olması gereken yansıyan sıcaklıktır.</li>
		<li>31 olan emisyon değerini 0,95 olarak ayarlayın. NOT: 1) Emisyon, bir nesnenin32 yaydığı ve 0 ile 1 arasında değişen göreceli ısı miktarıdır. Yüksek emisyon değerine sahip bir nesne büyük miktarda ısı yayarken, düşük emisyon değerine sahip bir nesne az ısı yayar32. Bu değer tüylerin etkinliğini temsil eder. 2) Bu değer (0,95) ihtilaf edilir. Cossins ve Bowler, tüylerin 0.90-0.95 arasında bir emisyon değerine sahip olduğunu iddia etti, ancak hiçbir kanıt içermedi31. Hammel 0.98 değeri bildirdi, ancak bu değeri donmuş bir örnekten elde etti, bu yüzden doğru olmayabilir33. Kanıt eksikliğine rağmen, 0.95 emissivity termal kamera literatüründe en sık kullanılan değerdir (Cossins ve Bowler31tarafından kanıt olduğu gibi).</li>
		<li>Odadaki ortam sıcaklığının ve nemin sabit olduğundan emin olun. Bu değerler her ölçümden önce ölçülmeli ve kamera kalibrasyon yazılımında güncellenmelidir. Tüm kapalı odaların sıcaklığı ve nemi biraz dalgalanacaktır, bu nedenle bu değerlerin kaydedilmesi ve yazılımda güncellenmesi ölçüm hatasını azaltır. NOT: Burada FLIR ResearchIR Max yazılımı kullanılmaktadır. Bu yazılım tüm görüntüler için veri kaydetmez, bu nedenle her görüntü için tüm bu değerleri kaydetmek çok önemlidir.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Ölçümlerin performansı
<ol><li>Sabit sıcaklık sıcak su banyosunun hedef sıcaklığa ayarla (40 °C, çoğu yoldan geçen kuşun ortalama iç çekirdek sıcaklığı için birproxy'dir) 34. NOT: Dinlenme çekirdeği sıcaklığı daha yüksek (örneğin sinek kuşları34)veya daha düşük (örneğin, penguenler34 veya ratites34,35)olan bir türleçalışıyorsanız,sıcak su banyosunu buna göre ayarlamak uygun olabilir. Şekil 3, akrilik camın yüzeyindeki sıcak su banyosunun sıcaklığı ile sıcaklık arasındaki ilişkiyi gösterir (örneğin, düz cildin maruz kaldığı ısı kaynağının gerçek sıcaklığı).<ol>
<li>Bu protokolden elde edilen sonuçlar (bkz. Şekil 5),çeşitli sıcaklıklarda ölçüm elde etmenin termal performans farklılıkları hakkında da bilgilendirici olduğunu göstermektedir. Bunu gerçekleştirmek için, 30-55 °C arasında 5 °C artışlar kullanarak protokolü izleyin.</li>
	</ol></li>
	<li>Termal kamera yazılımında, ısının kaçtığı köpükteki deliğin üzerine bir daire /elips çizin. Bu, düz ciltteki doğru alanın ölçülmesini sağlamak için cildi köpüğün üzerine yerleştirirken bu bölgeyi görselleştirmeyi mümkün kılar.</li>
	<li>Düz cilt örneğini deliğin üzerinde ilgi alanı olan köpüğün üzerine yerleştirin. NOT: Burada, her kuşun göbek bölgesi ölçülür, çünkü kanat gibi vücudun diğer kısımları tarafından engellenmez ve kenar etkilerine maruz kalmayacak kadar merkezi bir konumda bulunur. Cildin ısı deliği üzerine yerleştirilmesi deneysel soruya göre değişecektir. Genel olarak, doğrudan bir tüy kanalının üzerine ve cilt kenarından mümkün olduğunca uzağa yerleştirilmesi önerilir. Cildi yerleştirirken tüyleri düzleştirmediğinizden veya düzensizleştirmediğinizden emin olun. Gerekirse, cilt yerleştirildikten sonra onları doğal bir konuma getirin.</li>
	<li>Cildin ısı kaynağına alışmasını sağlamak için 15 dakika bekleyin. Ölçümler çok erken yapılırsa, tüy kaplamanın yüzeyindeki sıcaklık değeri çok düşük olacaktır. Burada, cilt ve tüylerden sıcaklık iletimi 15 dakikada stabilize edildi, bu nedenle 15 dakikadan daha uzun süre beklemek yapay olarak yüksek bir sonuç vermeyecektir.</li>
	<li>Düz cildin termal görüntüsünü çekmek.<ol>
<li>Termal görüntüyü çekmeden önce emisyon değerini31 ile 0,95 arasında ayarlayın.</li>
	</ol></li>
	<li>Cildi köpükten çıkarın ve köpüğün üzerindeki düz cilt olmadan kurulumun termal görüntüsünü hemen alın. Bu, akrilik camın yüzeyindeki sıcaklığı ölçer ve ısı kaynağının alanını düz ciltteki ölçüm alanıyla kalibre eder.<ol>
<li>Burada30 kullanılan akrilik camın emisyonu 0.86'dır. Fotoğrafı cilt olmadan çekmeden önce bunu termal kamera yazılımına kaydettiğinizden emin olun. NOT: Sıcak su banyosu tarafından görüntülenen sıcaklık mutlaka akrilik camın yüzeyindeki sıcaklık değildir (Şekil 3), çünkü ısı iletkenliği mükemmel değildir. Camın sıcaklığını kullanmak, cildin alt tarafının ne kadar sıcak olduğunu tahmin etmedeki hataları azaltır ve bu nedenle cilt ve tüylerden ne kadar ısı kaybolduğunun birleşik bir tahminidir.</li>
	</ol></li>
	<li>Cildi aynı pozisyonda köpüğün üzerine geri yerleştirin. Toplam beş deneme için 2,5–2,6 adımlarını yineleyin.<ol>
<li>Numune derisini doğru yerleştirmek için, hedef ölçüm alanındaki tüylere tek parmak ucuyla hafifçe dokunun, ardından parmağı çıkarın ve termal görüntüyü görüntüleyin. Parmaktan kalan ısı, termal görüntüde kısa bir süre görünür kalacaktır. Örnekleme alanının, sıcak su banyosundan ciltten yayılan ısı alanını temsil eden yazılımda çizilen görünür daire içinde olduğundan emin olun. Değilse, cildi olana kadar hareket ettinin. Bu işlem Şekil 2'de gösterilmiştir. NOT: Taze deriler (mevcut olduğunda) canlı bir kuştaki cildin doğal termal performansını daha yakından temsil etse de, bu ölçümler için kuru derilerin kullanılması çok daha büyük bir numune havuzunda karşılaştırılabilir, tekrarlanabilir sonuçlar sağlar. Bu nedenle, tüm ölçümler ya sabit ağırlıkta kurutulmuş deriler kullanılarak ya da numunelerin hem taze hem de kurutulmuş cildinde alınmalıdır.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Termal görüntülerden veri toplama
<ol><li>Her ölçüm iki termal görüntüden oluşur: biri düz cilt ve biri akrilik cam. İlk olarak, akrilik camın görüntüsünü açın. Yazılımda çizilen daireyi görüntüde görünen köpükteki delik ile hizalayın. Dairenin ortasına sıcaklık değerini kaydedin. NOT: Termal görüntülerden veri ayıklama hakkında daha fazlabilgi için, bkz.<ol>
<li>Kamerayı uygun değerlerle kalibre etmeyi unutmayın. Sıcaklığı30 ila 0,86 arasında ayarlayın ve ortam sıcaklığını ve nemi, sıcaklık değerini kaydetmeden önce laboratuvardaki mevcut koşullara uyacak şekilde ayarlayın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Düz cildin termal görüntüsünü açın. Daireyi hareket ettirmeden, dairenin ortasındaki sıcaklık değerini kaydedin. NOT: Daire görüntüye kaydedilmediğinden, dairenin yerleşimini bölüm 2.6'da çekilen akrilik camın görüntüsüyle kalibre etmek önemlidir.<ol>
<li>Kamerayı uygun değerlerle kalibre etmeyi unutmayın. Verimliliği31'den 0,95'e ayarlayın ve sıcaklık değerini kaydetmeden önce ortam sıcaklığını ve nemi laboratuvardaki mevcut koşullara ayarladığından emin olun.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Tüm numunelerin tüm ölçümleri için 3.1–3.2 adımlarını tekrarlayın.</li>
</ol>4. Termal performansın hesaplanması
<ol><li>Tüy ceketinin yüzeyinin sıcaklığını akrilik camın sıcaklığından çıkarın. Bu değer tüy kaplama tarafından tutulan ısıyı temsil eder.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Morris, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Feather+Postures+of+Birds+and+the+Problem+of+the+Origin+of+Social+Signals.">The Feather Postures of Birds and the Problem of the Origin of Social Signals.</a> Behaviour. 9, 75-111 (1956).</li><li>Wetmore, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A Study of the Body Temperature of Birds. Smithsonian Miscellaneous Collections. 72 (12), (1921).</li><li>Hart, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Acclimatization+in+Four+Species+of+Small+Wild+Birds.">Seasonal Acclimatization in Four Species of Small Wild Birds.</a> Physiological Zoology. 35 (3), 224-236 (1962).</li><li>Veghte, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+and+Metabolic+Responses+of+the+Gray+Jay+to+Cold+Stress.">Thermal and Metabolic Responses of the Gray Jay to Cold Stress.</a> Physiological Zoology. 37 (3), 316-328 (1964).</li><li>Brush, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energetics,+Temperature+Regulation+and+Circulation+in+Resting,+Active+and+Defeathered+California+Quail,+Lophortyx+californicus.">Energetics, Temperature Regulation and Circulation in Resting, Active and Defeathered California Quail, Lophortyx californicus.</a> Comparative Biochemistry and Physiology. 15, 399-421 (1965).</li><li>Dawson, W. R., Carey, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Acclimatization+to+Temperature+in+Cardueline+Finches.">Seasonal Acclimatization to Temperature in Cardueline Finches.</a> Journal of Comparative Physiology. 112, 317-333 (1976).</li><li>Cooper, S. J., Swanson, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Acclimatization+of+Thermoregulation+in+The+Black-Capped+Chickadee.">Seasonal Acclimatization of Thermoregulation in The Black-Capped Chickadee.</a> The Condor. 96, 638-646 (1994).</li><li>Bush, N. G., Brown, M., Downs, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Effects+on+Thermoregulatory+Responses+of+the+Rock+Kestrel,+Falco+rupicolis.">Seasonal Effects on Thermoregulatory Responses of the Rock Kestrel, Falco rupicolis.</a> Journal of Thermal Biology. 33, 404-412 (2008).</li><li>Nzama, S. N., Downs, C. T., Brown, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Variation+in+the+Metabolism-Temperature+Relation+of+House+Sparrows+(Passer+domesticus)+in+KwaZulu-Natal,+South+Africa.">Seasonal Variation in the Metabolism-Temperature Relation of House Sparrows (Passer domesticus) in KwaZulu-Natal, South Africa.</a> Journal of Thermal Biology. 35, 100-104 (2010).</li><li>Noakes, M. J., Wolf, B. O., McKechnie, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Metabolic+Acclimatization+Varies+in+Direction+and+Magnitude+among+Populations+of+an+Afrotropical+Passerine+Bird.">Seasonal Metabolic Acclimatization Varies in Direction and Magnitude among Populations of an Afrotropical Passerine Bird.</a> Physiological and Biochemical Zoology. 90 (2), 178-189 (2016).</li><li>Taylor, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+insulation+of+the+down+and+feathers+of+pygoscelid+penguin+chicks+and+the+unique+properties+of+penguin+feathers.">Thermal insulation of the down and feathers of pygoscelid penguin chicks and the unique properties of penguin feathers.</a> The Auk. 103 (1), 160-168 (1986).</li><li>Ward, J. M., Houston, D. C., Ruxton, G. D., McCafferty, D. J., Cook, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+resistance+of+chicken+(Gallus+domesticus)+plumage:+a+comparison+between+broiler+and+free-range+birds.">Thermal resistance of chicken (Gallus domesticus) plumage: a comparison between broiler and free-range birds.</a> British poultry science. 42 (5), 558-563 (2001).</li><li>Ward, J. M., Ruxton, G. D., Houston, D. C., McCafferty, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+consequences+of+turning+white+in+winter:+a+comparative+study+of+red+grouse+Lagopus+lagopus+scoticus+and+Scandinavian+willow+grouse+L.+l.+lagopus.">Thermal consequences of turning white in winter: a comparative study of red grouse Lagopus lagopus scoticus and Scandinavian willow grouse L. l. lagopus.</a> Wildlife Biology. 13 (2), 120-130 (2007).</li><li>Lucas, A. M., Stettenheim, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Avian Anatomy: Integument. , (1972).</li><li>Osv&#225;th, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+feathered+are+birds?+Environment+predicts+both+mass+and+density+of+body+feathers.">How feathered are birds? Environment predicts both mass and density of body feathers.</a> Functional Ecology. 32, 701-712 (2018).</li><li>Pap, P. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+phylogenetic+comparative+analysis+reveals+correlations+between+body+feather+structure+and+habitat.">A phylogenetic comparative analysis reveals correlations between body feather structure and habitat.</a> Functional Ecology. 31 (6), 1241-1251 (2017).</li><li>Caccamise, D. F., Weathers, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Winter+Nest+Microclimate+of+Monk+Parakeets.">Winter Nest Microclimate of Monk Parakeets.</a> The Wilson Bulletin. 89 (2), 346-349 (1977).</li><li>Broggi, J., Gamero, A., Hohtola, E., Orell, M., Nilsson, J. &. #. 1. 9. 7. ;. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interpopulation+variation+in+contour+feather+structure+is+environmentally+determined+in+great+tits.">Interpopulation variation in contour feather structure is environmentally determined in great tits.</a> PLoS ONE. 6 (9), 24942 (2011).</li><li>Howell, S. N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Molt in North American Birds. , (2010).</li><li>Willoughby, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Unusual+Sequence+of+Molts+and+Plumages+in+Cassin's+and+Bachman's+Sparrows.">An Unusual Sequence of Molts and Plumages in Cassin's and Bachman's Sparrows.</a> The Condor. 88 (4), 461-472 (1986).</li><li>Wetmore, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Number+of+Contour+Feathers+in+Passeriform+and+Related+Birds.">The Number of Contour Feathers in Passeriform and Related Birds.</a> Auk. 53, 159-169 (1936).</li><li>Staebler, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Number+of+Contour+Feathers+in+the+English+Sparrow.">Number of Contour Feathers in the English Sparrow.</a> The Wilson Bulletin. 53 (2), 126-127 (1941).</li><li>Barnett, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Changes+in+Temperature+Acclimatization+of+the+House+Sparrow,+Passer+domesticus.">Seasonal Changes in Temperature Acclimatization of the House Sparrow, Passer domesticus.</a> Comparative Biochemistry and Physiology. 33, 559-578 (1970).</li><li>Middleton, A. L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Changes+in+Plumage+Structure+and+Body+Composition+of+the+American+Goldfinch,+Carduelis+tristis.">Seasonal Changes in Plumage Structure and Body Composition of the American Goldfinch, Carduelis tristis.</a> The Canadian Field-Naturalist. 100 (4), 545-549 (1986).</li><li>Lei, F. M., Qu, Y. H., Gan, Y. L., Gebauer, A., Kaiser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+feather+microstructure+of+Passerine+sparrows+in+China.">The feather microstructure of Passerine sparrows in China.</a> Journal f&#252;r Ornithologie. 143 (2), 205-213 (2002).</li><li>D'alba, L., Carlsen, T. H., &#193;sgeirsson, &. #. 1. 9. 3. ;., Shawkey, M. D., J&#243;nsson, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contributions+of+feather+microstructure+to+eider+down+insulation+properties.">Contributions of feather microstructure to eider down insulation properties.</a> Journal of Avian Biology. 48 (8), 1150-1157 (2017).</li><li>Gilbert, C., Robertson, G., Le Maho, Y., Naito, Y., Ancel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Huddling+behavior+in+emperor+penguins:+dynamics+of+huddling.">Huddling behavior in emperor penguins: dynamics of huddling.</a> Physiology &amp; Behavior. 88, 479-488 (2006).</li><li>Kvadsheim, P. H., Folkow, L. P., Blix, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+device+for+measurement+of+the+thermal+conductivity+of+fur+and+blubber.">A new device for measurement of the thermal conductivity of fur and blubber.</a> Journal of thermal Biology. 19 (6), 431-435 (1994).</li><li>Spaw, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Combination Specimens a la Burke Museum. , 21-28 (1989).</li><li>Infrared Emissivity Table. ThermoWorks Available from: <a target="_blank" href="https://www.thermoworks.com/emissivity_table">https://www.thermoworks.com/emissivity_table</a> (2019)</li><li>Cossins, A. R., Bowler, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Temperature Biology of Animals. , (1987).</li><li>Hammel, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infrared+Emissivities+of+Some+Arctic+Fauna.">Infrared Emissivities of Some Arctic Fauna.</a> Journal of Mammalogy. 37 (3), 375-378 (1956).</li><li>McNab, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Analysis+of+the+Body+Temperatures+of+Birds.">An Analysis of the Body Temperatures of Birds.</a> The Condor. 68 (1), 47-55 (1966).</li><li>Crawford, E. C., Lasiewski, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+Consumption+and+Respiratory+Evaporation+of+the+Emu+and+Rhea.">Oxygen Consumption and Respiratory Evaporation of the Emu and Rhea.</a> The Condor. 70, 333-339 (1968).</li><li>Senior, R. A., Hill, J. K., Edwards, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ThermStats:+An+R+Package+for+Quantifying+Surface+Thermal+Heterogeneity+in+Assessments+of+Microclimates.">ThermStats: An R Package for Quantifying Surface Thermal Heterogeneity in Assessments of Microclimates.</a> Methods in Ecology and Evolution. 10, 1606-1614 (2019).</li><li>. FLIR Systems, Inc Available from: <a target="_blank" href="https://www.flir.com">https://www.flir.com</a> (2019)</li><li>McCafferty, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+thermal+imaging+in+avian+science.">Applications of thermal imaging in avian science.</a> Ibis. 155 (1), 4-15 (2013).</li><li>Boonstra, R., Eadie, J. M., Krebs, C. J., Boutin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limitations+of+Far+Infrared+Thermal+Imaging+in+Locating+Birds.">Limitations of Far Infrared Thermal Imaging in Locating Birds.</a> Journal of Field Ornithology. 66 (2), 192-198 (1955).</li><li>Rodbard, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Weight+and+Body+Temperature.">Weight and Body Temperature.</a> Science. 111 (2887), 465-466 (1950).</li></ol>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Bu makale, kuş düz cilt örneklerinin tekrarlanabilir, standartlaştırılmış termal görüntüleme ölçümleri için bir protokol sağlar. Bu yöntem, tüy ceketinin termal performansını türler arasında, türler içinde, karşılaştırılabilir bireyler arasında ve bireylerin vücutları üzerindeki farklı yerlerde, numunenin yok edilmeden karşılaştırılmasını mümkün kılar.
Gerekli malzeme ve ekipmanların mevcudiyeti bu yöntemin bir sınırlaması olabilir. Termal kamer...

Tüyler kuşların belirleyici özelliğidir ve en önemlileri arasında yalıtım1olmak üzere birçok işleve hizmet eder. Kuşlar herhangi bir omurgalı grubun en yüksek ortalama çekirdek sıcaklıklarına sahiptir ve onları çevresel sıcaklık değişimlerinden yalıtan tüyler, özellikle soğuk ortamlarda enerji dengesinin hayati bir parçasıdır2. Tüylerin önemine rağmen, kuşlarda termal durumdaki değişikliklerle ilgili literatürün çoğunluğu, tüylerin yalıtım 3 , 4 ,5 , 6 ,7,8,9,10 olarak işlevinden ziyade sıcaklık varyasyonuna metabolik tepkilere odaklanmıştır (daha fazla ayrıntı için Ward ve ark.) 11,12,13. Bununla birlikte, tüylerin kendileri zaman, bireyler ve türler arasında değişebilir.
Burada sunulan yöntem, tüy ceketinin genel termal değerini tek başına ölçmek için yararlıdır. Canlı kuşlarda davranışsal termoregülasyon1 ve değişen miktarlarda yalıtım yağı gibi şaşırtıcı faktörleri ortadan kaldırır. Tüy kaplamalarının termal performansının daha yaygın ölçümü, tüylerin yalıtıma nasıl katkıda bulunduğunu ve bunun bir kuşun yaşam tarihi ve yıllık döngüsü boyunca türler arasında ve içinde nasıl değiştiğini anlamak için gereklidir.
Tüyler, hem cilt ve tüyler arasında hem de tüylerin içinde havayı hapsederek kuşları yalıtır ve ısı kaybına fiziksel bir bariyer oluşturur14. Tüyler, diken14adı verilen projeksiyonlara sahip rachis adı verilen merkezi bir tüy şafttan oluşur. Barbules, tüyü "fermuarlamak" ve yapı vermek için bitişik dikenlerle birbirine kenetlenmiş dikenler üzerinde küçük, ikincil projeksiyonlardır. Ayrıca, aşağı tüyler merkezi bir rachis'ten yoksun ve az sayıda barbule sahiptir, bu nedenle cilt üzerinde gevşek, yalıtkan bir diken kütlesi oluşturur14. Tüy kaplamaları türler arasında değişir15,16, türler içinde17,18, ve karşılaştırılabilir bireyler içinde2,19,20,21,22,23,24. Bununla birlikte, tüy sayısındaki değişimlerin, bir kuş üzerindeki farklı tüy türlerinin göreceli bolluğunun veya diken / barbules sayısındaki değişikliklerin bir tüy ceketinin genel termal performansını nasıl etkilediği hakkında çok az nicel bilgi vardır. Önceki çalışmalar, belirli bir tür için tek bir yalıtım ve ısı iletkenliği değerini belirlemeye odaklanmıştır11,12,13.
Kuş tüyü ceketin türler arasında değiştiği bilinmektedir. Örneğin, çoğu kuş, tüylerin pterylae ve apteri adı verilen büyümediği farklı cilt alanlarına sahiptir, sırasıyla14. Pterylae'nin yerleşimi (bazen "tüy yolları" olarak da adlandırılır) türler arasında değişir ve taksonomik bir karakter olarak bazı değerlere sahiptir14. Bununla birlikte, bazı kuşlar (yani ratites ve penguenler) bu pterylosis'i kaybettiler ve vücut boyunca tek tip bir tüy dağılımına sahipler14. Ek olarak, farklı türler, özellikle farklı ortamlarda yaşayanlar, farklı tüy tiplerine sahiptir15. Örneğin, daha soğuk iklimlerde yaşayan kuşlar, daha sıcak ortamlarda yaşayan türlerden daha büyük bir tüylü bölüm16 ile daha fazla aşağıtüylere 15 ve kontur tüylerine sahiptir.
Belirli tüy türlerinin mikroyapısı, türler arasında yalıtım üzerinde de bir etkiye sahip olabilir25,26. Lei ve ark. birçok Çinli Passerine serçesinin kontur tüylerinin mikro yapısını karşılaştırdı ve daha soğuk ortamlarda yaşayan türlerin her kontur tüyünde daha yüksek oranda tüy dikeni, daha uzun barbullar, daha yüksek düğüm yoğunluğu ve daha sıcak ortamlarda yaşayan türlerden daha büyük düğümlere sahip olduğunu buldu25. D'alba ve ark. yaygın bayramcıların(Somateria mollissima)ve graylag kazlarının(Anser anser)aşağı tüylerinin mikro yapısını karşılaştırdı ve bu farklılıkların hem tüylerin yapışkan yeteneğini hem de tüylerin havayı hapsetme yeteneğini nasıl etkilediğini açıkladı26. Tüylemedeki bu varyasyonların tüy ceketinin türler arasındaki genel termal performansını nasıl etkilediğine dair nicel karşılaştırmalı veriler sınırlıdır (daha fazla ayrıntı için Taylor ve Ward ve ark.) 11,13.
Bir tür içinde, tüy ceketinin termal performansı değişebilir. Keşiş muhabbet kuşu (Myiopsitta monachus)17gibi bazı türler çok geniş ve çeşitli coğrafi aralıklarda yaşar. Bu farklı ortamların oluşturduğu farklı termal gerilimler, bölgesel olarak bir tür içindeki kuşların tüy katlarını etkileyebilir, ancak şu anda bu konuda mevcut bir veri yoktur. Ek olarak, Broggi ve arkadaşları kuzey yarımkürede iki büyük meme popülasyonu(Parus majör L.) karşılaştırdı. Daha kuzey popülasyonundaki kontur tüylerinin daha yoğun ama daha kısa ve daha az orantılı olarak daha güney nüfusununkinden daha dolgun olduğunu gösterdiler. Ancak, her iki popülasyondan kuşlar aynı yerde yetiştirildiğinde bu farklılıklar ortadan kalktı18.
Ayrıca, Broggi ve arkadaşları bu bulguları farklı termal koşullara plastik bir tepki olarak açıkladılar, ancak bu farklı tüy kaplamaların yalıtım değerlerini ölçmediler18. Sonuçlar ayrıca kontur tüyü yoğunluğunun yalıtım için kontur tüylerindeki tüylü dikenlerin oranından daha önemli olduğunu göstermektedir, ancak Broggi ve arkadaşları, kuzey popülasyonlarının yeterli besin eksikliği nedeniyle optimal tüyler üretemeyebileceğini öne sürmektedir18. Bu tüy kaplamalarının genel termal performansının nicel ölçümleri, tüy farklılıklarının öneminin anlaşılmasını daha da ileriye getirecektir.
Zamanla, bireysel kuşların tüy katları değişir. Yılda en az bir kez, tüm kuşlar erir (tüm tüylerini değiştirin)19. Yıl geçtikçe, tüyler 2,20ve daha az sayıda18 , 21,22,23. Bazı kuşlar yılda birden fazla kez erir, onlara her yıl birden fazla farklı tüy katları verir19. Middleton, yılda iki kez eriyen Amerikan saka kuşlarının(Spinus tristis),kış aylarında temel tüylerinde, yaz aylarında alternatif tüylerinde olduğundan daha fazla sayıda tüye ve daha yüksek oranda tüylü tüylere sahip olduğunu gösterdi24. Kuş tüyü ceketteki bu yıllık farklılıklar, kuşların daha soğuk dönemlerde pasif olarak daha fazla ısı tasarrufu yapmasına veya sıcak mevsimlerde pasif olarak daha fazla ısı dökmesine izin verebilir, ancak hiçbir çalışma bunu kesin olarak test etmemektedir.
Kuşlar davranışsal olarak1,27'yi termoregülasyona soksa ve metabolik olarak farklı termal koşullara alışabilse de3,4,5,6,7,8,9,10,26, tüyler sabit bir yalıtım tabakası sağlayarak termoregülasyonda önemli bir rol oynar. Burada açıklanan yöntem, tüyleri izole ederek tek başına tüy kaplaması ve pasif termoregülasyondaki rolü (yani, canlı bir kuş davranışını veya metabolizmasını değiştirmeden ne kadar ısı tutar?) hakkındaki soruları yanıtlamak için tasarlanmıştır. Aktif ve fizyolojik termoregülasyon ekolojik olarak önemli olmakla birlikte, tüylerin tek başına yalıtıma nasıl yardımcı olduğunu ve aktif davranışsal ve fizyolojik termoregülasyon ihtiyacını nasıl etkilediğini anlamak da önemlidir.
Önceki çalışmalar, hayvan postlarının ısı iletkenliğini ve ısı yalıtımını ölçmek için yöntemler oluşturmuştur11,12,13,28. Burada sunulan yöntem "korumalı sıcak plaka" yönteminin bir uzantısıdır11,12,13,28. Bununla birlikte, burada açıklanan yöntem, tüy kaplamanın dış sınırında sıcaklığı termokupllar yerine termal kamera kullanarak ölçer. Korumalı sıcak plaka yöntemi, bir pelt yoluyla enerji akışı hakkında çok kesin tahminler verir, ancak çok malzemeli bir sıcak plakanın yapımını, termokuplların ve termopilelerin kullanımına biraz aşinalık ve küçük parçalar halinde kesilmesi gereken bir pelt'in yıkıcı kullanımını gerektirir. Bu parçalar daha sonra numune ve sıcak plaka aparatı arasındaki havayı ortadan kaldırmak için yağlanır. Apteriadan yoksun birkaç kuş (örneğin penguenler) hariç, kuş derilerinden küçük kareler kesmek karşılaştırmalı amaçlar için sorunludur, çünkü kesimin yeri cilde gerçekten bağlı (ve aşırı) tüylerin sayısı üzerinde büyük etkilere sahiptir. Bu sorun, ptyerlae14'ünvarlığında, boyutunda ve yerleşiminde takson arasındaki değişim ile daha da şiddetlenir.
Ayrıca, müze örnekleri kuşlar arasındaki yalıtım varyasyonu değerlendirmek için potansiyel olarak zengin bir kaynak olabilirken, genel olarak, cilt örneklerini bilimsel koleksiyonlarda kesme ve yağlama iznine ulaşılamaz. Ayrıca, korumalı sıcak plaka ölçümleri için vahşi doğadan alınan örnekler daha sonra müze örnekleri olarak kullanılamaz. Burada sunulan yöntem, 1) numunenin yok edilmesini gerektirmeden ve 2) cildin altını yağlamadan, bütün kurutulmuş kuş derileri ile kullanılabilmesi için korunan sıcak plaka yönteminden farklıdır. Giderek daha uygun fiyatlı (hala nispeten pahalı olsa da) hassas ve termal ilişkilerin canlı kuş ölçümleri için kullanılan termal kameralar kullanır.
Bu yöntem, korunan sıcak plaka yönteminin yaptığı gibi doğrudan cilt ve tüylerden enerji akışını (ve dolayısıyla ısı iletkenliğini veya yalıtım değerini) ölçmez. Bunun yerine, termal kamera kullanarak bir tüy ceketinin dış sınırında sıcaklığı ölçer. Elde edilen değerler, aralarında sıkışan cilt, tüyler ve hava yoluyla pasif olarak kaybedilen ısının entegre bir ölçüsünü temsil eder (altındaki bir ısı kaynağına kıyasla). Düz deriler olarak hazırlanan ve açıklanan teknik kullanılarak ölçülen numuneler koleksiyonlarda saklanabilir ve gelecekteki araştırmalar için süresiz olarak değer sağlar. Bu yöntem, özellikle inter-and intra-specific karşılaştırmalarda yararlı olan herhangi bir düz tenli numunede tüy kaplama termal performansını ölçmek için standartlaştırılmış, karşılaştırılabilir ve nispeten basit bir yol sağlar.

<table><tbody><tr><td>Aluminum Foil</td><td>Reynolds Wrap</td><td>109000831</td><td>30 square ft.; this exact model need not be used.</td></tr><tr><td>Foam Core Board</td><td>Foamular</td><td>20WE</td><td>1 in. x 4 ft. x 8 ft; this exact model need no be used.</td></tr><tr><td>General Purpose Water Bath</td><td>PolyScience</td><td>WB02</td><td>Ambiet +5 &amp;deg;C to 100 &amp;deg;C; &amp;plusmn;.01 &amp;deg;C</td></tr><tr><td>PDF Data logger</td><td>Elitech</td><td>RC-51H</td><td>Built in temperature and humidity sensor</td></tr><tr><td>Plexiglass</td><td>AdirOffice</td><td>1212-3-C</td><td>Acrylic glass; 12 in. x 12 in. x 1/8 in.; this exact model need not be used.</td></tr><tr><td>Thermal Image Analysis Software</td><td>FLIR</td><td>ResearchIR Max v4.40.7.26 (64-bit)</td><td>Allows collection of precise, quantitative thermal data</td></tr><tr><td>Thermal Imaging Camera</td><td>FLIR</td><td>SC655</td><td>680x480-pixel resolution, &amp;plusmn;2 &amp;deg;C or &amp;plusmn;2% accuracy, 40 cm minimum focusing distance</td></tr><tr><td>Tripod</td><td>The Audubon Shop</td><td>The Birder Tripod with Manfrotto 700RC2 Rapid Release Head</td><td>65&quot; maximum height; this exact model need not be used.</td></tr></tbody></table>

using a thermal camera to measure heat loss through bird feather coats

Tüyler yalıtım için ve dolayısıyla kuşlarda termoregülasyon maliyeti için gereklidir. Çeşitli ekolojik koşullarda kuşlarda termoregülasyonun enerjik maliyeti hakkında sağlam bir literatür vardır. Bununla birlikte, çok az çalışma tüylerin tek başına termoregülasyona katkısını karakterize eder. Daha önceki birkaç çalışma, hayvan postlarının yalıtım değerini ölçmek için yöntemler oluşturmuştur, ancak tüyleri cilde eşit olarak dağıtılmayan kuşlar için sorunlu yıkıcı örnekleme yöntemleri gerektirir. 1) tüylerin termoregülasyona katkısının hem türler arasında hem de türler içinde nasıl değiştiği ve 2) tüy kaplamalarının uzay ve zaman içinde nasıl değişebileceği hakkında daha fazla bilgiye ihtiyaç vardır. Burada bildirilen, cilt örneğini yok etmeye gerek kalmadan, kurumuş tüm cilt örneklerini kullanarak tüy kaplamalarının ve cildin termal performansını hızlı ve doğrudan ölçmek için bir yöntemdir. Bu yöntem, bir tüy ceketi boyunca termal gradyanı, termogülasyon için davranışsal ve fizyolojik stratejiler kullanan canlı kuşlarda ısı kaybı ve metabolik maliyet ölçümlerinin yapamayacağı şekilde izole eder ve ölçer. Yöntem, cilt boyunca sabit bir kaynaktan ısı kaybını ölçmek için nicel termal verilerin hızlı bir şekilde toplanmasını sağlayan bir termal kamera kullanmaktadır. Bu protokol çeşitli araştırma sorularına kolayca uygulanabilir, herhangi bir kuş taksonu için geçerlidir ve cilt örneğinin yok edilmesini gerektirmez. Son olarak, nicel verilerin toplanmasını basitleştirerek ve hızlandırarak kuşlarda pasif termoregülasyonun öneminin anlaşılmasını daha da artıracaktır.

Altı sıcaklıkta ölçülen beş türün her birinin bir bireyinden oluşan bir dizi temsili sonuç Şekil 4 ve Şekil 5'tesunulmuştur. Bunlar, cildin yerleşiminde küçük varyasyonların 1,7 °C'ye kadar olan okumalarda farklılıklara neden olabileceğini göstermektedir. Örneğin, aynı bireysel ev serçesi (Passer domesticus) deneyimsiz bir araştırmacı tarafından tek bir hedef sıcaklıkta beş kez ölçüldü...

Watch this Scientific Journal Video about Using a Thermal Camera to Measure Heat Loss Through Bird Feather Coats at JoVE.com

Using a Thermal Camera to Measure Heat Loss Through Bird Feather Coats

Bu protokol, termal kamera ve sıcak su banyosu kullanarak düz tenli bir kuş örneği aracılığıyla ısı iletiminin nicelliğini açıklar. Yöntem, kurutulmuş düz cilt örnekleri kullanılarak türler arasında tüy kaplamalarının termal performansı hakkında nicel, karşılaştırmalı verilerin elde edİlmesine izin verir.

Kuş Tüyü Paltolarla Isı Kaybını Ölçmek İçin Termal Kamera Kullanma

Feathers are essential to insulation, and therefore to the cost of thermoregulation,&#160;in birds. There is robust literature on the energetic cost of ...

using-a-thermal-camera-to-measure-heat-loss-through-bird-feather-coats

Research

JoVE Journal

Biology

3.4K Görüntüleme.  University of Connecticut. Bu protokol, termal kamera ve sıcak su banyosu kullanarak düz tenli bir kuş örneği aracılığıyla ısı iletiminin nicelliğini açıklar. Yöntem, kurutulmuş düz cilt örnekleri kullanılarak türler arasında tüy kaplamalarının termal performansı hakkında nicel, karşılaştırmalı verilerin elde edİlmesine izin verir.

Video: Using a Thermal Camera to Measure Heat Loss Through Bird Feather Coats

Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the milli-scale structure of barbs and barbules largely determines the directional pattern of reflected light; and through the macro-scale spatial structure of overlapping, curved feathers, these directional effects create the visual texture. Milli-scale and macro-scale effects determine where on the organism's body, and from what viewpoints and under what illumination, the iridescent colors are seen. Thus, the highly directional flash of brilliant color from the iridescent throat of a hummingbird is inadequately explained by its nano-scale structure alone and questions remain. From a given observation point, which milli-scale elements of the feather are oriented to reflect strongly? Do some species produce broader "windows" for observation of iridescence than others? These and similar questions may be asked about any organisms that have evolved a particular surface appearance for signaling, camouflage, or other reasons.
In order to study the directional patterns of light scattering from feathers, and their relationship to the bird's milli-scale morphology, we developed a protocol for measuring light scattered from biological materials using many high-resolution photographs taken with varying illumination and viewing directions. Since we measure scattered light as a function of direction, we can observe the characteristic features in the directional distribution of light scattered from that particular feather, and because barbs and barbules are resolved in our images, we can clearly attribute the directional features to these different milli-scale structures. Keeping the specimen intact preserves the gross-scale scattering behavior seen in nature. The method described here presents a generalized protocol for analyzing spatially- and directionally-varying light scattering from complex biological materials at multiple structural scales.

We present a non-destructive method for sampling spatial variation in the direction of light scattered from structurally complex materials. By keeping the material intact, we preserve gross-scale scattering behavior, while concurrently capturing fine-scale directional contributions with high-resolution imaging. Results are visualized in software at biologically-relevant positions and scales.

Biyolojik materyalden mekansal-ve Yönde-değişen ışık saçılımı Ölçme

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

Mühendislik

A Rapid Laser Probing Method Facilitates the Non-invasive and Contact-free Determination of Leaf Thermal Properties

Plants can produce valuable substances such as secondary metabolites and recombinant proteins. The purification of the latter from plant biomass can be streamlined by heat treatment (blanching). A blanching apparatus can be designed more precisely if the thermal properties of the leaves are known in detail, i.e., the specific heat capacity and thermal conductivity. The measurement of these properties is time consuming and labor intensive, and usually requires invasive methods that contact the sample directly. This can reduce the product yield and may be incompatible with containment requirements, e.g., in the context of good manufacturing practice. To address these issues, a non-invasive, contact-free method was developed that determines the specific heat capacity and thermal conductivity of an intact plant leaf in about one minute. The method involves the application of a short laser pulse of defined length and intensity to a small area of the leaf sample, causing a temperature increase that is measured using a near infrared sensor. The temperature increase is combined with known leaf properties (thickness and density) to determine the specific heat capacity. The thermal conductivity is then calculated based on the profile of the subsequent temperature decline, taking thermal radiation and convective heat transfer into account. The associated calculations and critical aspects of sample handling are discussed.

A method was developed to determine the specific heat capacity and thermal conductivity of leaf tissue by non-invasive, contact-free near infrared laser probing, which requires less than 1 min per sample.

Bir Rapid Lazer Yöntemi Yaprak Termal Özelliklerinin non-invazif ve İletişim serbest Tayini kolaylaştırır Probing

Plants can produce valuable substances such as secondary metabolites and recombinant proteins. The purification of the latter from plant biomass can be ...

Biyokimya

Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment for melanoma remains surgical excision, therefore, the key to extended survival is early detection 2,3. Considering the large numbers of patients diagnosed every year and the limitations in accessing specialized care quickly, the development of objective in vivo diagnostic instruments to aid the diagnosis is essential. New techniques to detect skin cancer, especially non-invasive diagnostic tools, are being explored in numerous laboratories. Along with the surgical methods, techniques such as digital photography, dermoscopy, multispectral imaging systems (MelaFind), laser-based systems (confocal scanning laser microscopy, laser doppler perfusion imaging, optical coherence tomography), ultrasound, magnetic resonance imaging, are being tested. Each technique offers unique advantages and disadvantages, many of which pose a compromise between effectiveness and accuracy versus ease of use and cost considerations. Details about these techniques and comparisons are available in the literature 4.
Infrared (IR) imaging was shown to be a useful method to diagnose the signs of certain diseases by measuring the local skin temperature. There is a large body of evidence showing that disease or deviation from normal functioning are accompanied by changes of the temperature of the body, which again affect the temperature of the skin 5,6. Accurate data about the temperature of the human body and skin can provide a wealth of information on the processes responsible for heat generation and thermoregulation, in particular the deviation from normal conditions, often caused by disease. However, IR imaging has not been widely recognized in medicine due to the premature use of the technology 7,8 several decades ago, when temperature measurement accuracy and the spatial resolution were inadequate and sophisticated image processing tools were unavailable. This situation changed dramatically in the late 1990s-2000s. Advances in IR instrumentation, implementation of digital image processing algorithms and dynamic IR imaging, which enables scientists to analyze not only the spatial, but also the temporal thermal behavior of the skin 9, allowed breakthroughs in the field.
In our research, we explore the feasibility of IR imaging, combined with theoretical and experimental studies, as a cost effective, non-invasive, in vivo optical measurement technique for tumor detection, with emphasis on the screening and early detection of melanoma 10-13. In this study, we show data obtained in a patient study in which patients that possess a pigmented lesion with a clinical indication for biopsy are selected for imaging. We compared the difference in thermal responses between healthy and malignant tissue and compared our data with biopsy results. We concluded that the increased metabolic activity of the melanoma lesion can be detected by dynamic infrared imaging.

We demonstrated that malignant pigmented lesions with increased metabolic activity generate quantifiable amounts of heat and the measurement of the transient thermal response of the skin to a cooling excitation allows quantitative identification of melanoma and other skin cancers (vs. non-proliferative nevi) at an early stage of the disease.

Kantitatif Görselleştirme ve Dinamik Termal Görüntüleme Deri Kanseri Tespiti

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment ...

Tıp

High-resolution Thermal Micro-imaging Using Europium Chelate Luminescent Coatings

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient optical micro-imaging technique which can be used to map and quantify such behavior. Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) has a 612 nm luminescence line whose activation efficiency drops strongly with increasing temperature, due to T-dependent interactions between the Eu3+ ion and the organic chelating compound. This material may be readily coated on to a sample surface by thermal sublimation in vacuum. When the coating is excited with ultraviolet light (337 nm) an optical micro-image of the 612 nm luminescent response can be converted directly into a map of the sample surface temperature. This technique offers spatial resolution limited only by the microscope optics (about 1 micron) and time resolution limited by the speed of the camera employed. It offers the additional advantages of only requiring comparatively simple and non-specialized equipment, and giving a quantitative probe of sample temperature.

Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) has an optical luminescence line at 612 nm, whose activation efficiency decreases strongly with temperature. If a sample coated with a thin film of this material is micro-imaged, the 612 nm luminescent response intensity may be converted into a direct map of sample surface temperature.

Öropiyum Şelat Lüminesans Kaplamaları Kullanma yüksek çözünürlüklü Termal Mikro görüntüleme

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

Yerel anlık konvektif ısı transferi boru - tek ve iki aşamalı akış ölçümleri

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. Currently, the surface temperature of objects processed in conveyor belt furnaces is typically measured via thermocouples. However, infrared (IR) thermography presents multiple advantages compared to thermocouple measurements, as it is a contactless, real-time, and spatially resolved method. Here, as a representative proof-of-concept example, an inline thermography system is successfully installed into an IR lamp powered solar firing furnace, which is used for the contact firing process of industrial Si solar cells. This protocol describes how to install an IR camera into a conveyor belt furnace, conduct a customer correction of a factory calibrated IR camera, and perform the evaluation of spatial surface temperature distribution on a target object.

This protocol describes how to install an infrared camera into a conveyor belt furnace, conduct a customer correction of a factory calibrated IR camera, and evaluate the spatial surface temperature distribution of an object of interest. The example objects are industrial silicon solar cells.

Sıralı Kızılötesi Termografi ile Konveyör Bant Fırınında Situ Yüzey Sıcaklığı Ölçümü

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. ...

Thermal Imaging to Study Stress Non-invasively in Unrestrained Birds

Stress, a central concept in biology, describes a suite of emergency responses to challenges. Among other responses, stress leads to a change in blood flow that results in a net influx of blood to key organs and an increase in core temperature. This stress-induced hyperthermia is used to assess stress. However, measuring core temperature is invasive. As blood flow is redirected to the core, the periphery of the body can cool. This paper describes a protocol where peripheral body temperature is measured non-invasively in wild blue tits (Cyanistes caeruleus) using infrared thermography. In the field we created a set-up bringing the birds to an ideal position in front of the camera by using a baited box. The camera takes a short thermal video recording of the undisturbed bird before applying a mild stressor (closing the box and therefore capturing the bird), and the bird&#8217;s response to being trapped is recorded. The bare skin of the eye-region is the warmest area in the image. This allows an automated extraction of the maximum eye-region temperature from each image frame, followed by further steps of manual data filtering removing the most common sources of errors (motion blur, blinking). This protocol provides a time series of eye-region temperature with a fine temporal resolution that allows us to study the dynamics of the stress response non-invasively. Further work needs to demonstrate the usefulness of the method to assess stress, for instance to investigate whether eye-region temperature response is proportional to the strength of the stressor. If this can be confirmed, it will provide a valuable alternative method of stress assessment in animals and will be useful to a wide range of researchers from ecologists, conservation biologists, physiologists to animal welfare researchers.

There is a need for a non-invasive assessment of stress. This paper describes a simple protocol using thermal imaging to detect a significant response in eye-region temperature in wild blue tits to a mild acute stressor.

Termal Görüntüleme olmayan invaziv Yarı Kuşlar Stres Çalışması için

Stress, a central concept in biology, describes a suite of emergency responses to challenges. Among other responses, stress leads to a change in blood ...

Nörobilim

Infrared Thermography for the Detection of Changes in Brown Adipose Tissue Activity

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) after a meal or in obese or diabetic patients fails as the method of choice. The main reason is that 18F-FDG competes with the postprandial high glucose plasma concentration for the same glucose transporter on the membrane of BAT cells. In addition, BAT uses fatty acids as a source of energy as well, which is not visible with PET-CT and could be changed along with glucose concentration in obese and diabetic patients. Therefore, to estimate the physiological importance of BAT in animals and humans, a new infrared thermography method used in recent publications is applied.
After overnight fasting, BAT activity was measured by infrared thermography before and after a meal in human volunteers and&#160;female wild-type mice. The camera software calculates the object&#39;s temperature using distance from the object, skin emissivity, reflected room temperature, air temperature, and relative humidity. In mice, the shaved area above the BAT was a region of interest for which average and maximal temperatures were measured. The phase of the estrous cycle in female mice was determined after an experiment by vaginal smears stained with cresyl violet (0.1%) stain solution. In healthy volunteers, two skin areas of the neck were selected: the supraclavicular area (above the collarbone, where BAT cells are present) and the interclavicular area (between the collarbones, where there is no BAT tissue detected). BAT activity is determined by the subtraction of those two values. Also, the average and maximal temperatures of skin areas could be determined in animals and human participants.
Changes in BAT activity after a meal measured by infrared thermography, a non-invasive and more sensitive method, were shown to be sex, age, and phase of the estrous cycle dependent in laboratory animals. As part of diet-induced thermogenesis, BAT activation in humans was also proven to be sex, age, and body mass index dependent. Further determining the pathophysiological changes in BAT activity after a meal will be of great importance for participants with high glucose plasma concentrations (obesity and diabetes mellitus type 2), as well as in different laboratory animals (knock-out mice). This method is also a variable tool for determining possible activating drugs that could rejuvenate BAT activity.

Here, we present a protocol for measuring brown adipose tissue activity after a meal in humans and laboratory animals.

Kahverengi yağ dokusu aktivitesindeki değişikliklerin tespiti için kızılötesi termografi

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose ...

Using a Combination of Indirect Calorimetry, Infrared Thermography, and Blood Glucose Levels to Measure Brown Adipose Tissue Thermogenesis in Humans

In mammals, brown adipose tissue (BAT) is activated rapidly in response to cold in order to maintain body temperature. Although BAT has been studied greatly in small animals, it is difficult to measure the activity of BAT in humans. Therefore, little is known about the heat-generating capacity and physiological significance of BAT in humans, including the degree to which components of the diet can activate BAT. This is due to the limitations in the currently most used method to assess the activation of BAT-radiolabeled glucose (fluorodeoxyglucose or 18FDG) measured by positron emission tomography-computerized tomography (PET-CT).
This method is usually performed in fasted subjects, as feeding induces glucose uptake by the muscles, which can mask the glucose uptake into the BAT. This paper describes a detailed protocol for quantifying total-body human energy expenditure and substrate utilization from BAT thermogenesis by combining indirect calorimetry, infrared thermography, and blood glucose monitoring in carbohydrate-loaded adult males. To characterize the physiological significance of BAT, measures of the impact of BAT activity on human health are critical. We demonstrate a protocol to achieve this by combining carbohydrate loading and indirect calorimetry with measurements of supraclavicular changes in temperature. This novel approach will help to understand the physiology and pharmacology of BAT thermogenesis in humans.

Here, we present a protocol to quantify the physiological significance of the impact of brown adipose tissue (BAT) activity on human metabolism. This is achieved by combining carbohydrate loading and indirect calorimetry with measurements of supraclavicular changes in temperature. This novel approach can help develop a pharmacological target for BAT thermogenesis in humans.

İnsanlarda kahverengi yağ dokusu termojenezini ölçmek için dolaylı kalorimetri, kızılötesi termografi ve kan şekeri seviyelerinin bir kombinasyonunu kullanma

In mammals, brown adipose tissue (BAT) is activated rapidly in response to cold in order to maintain body temperature. Although BAT has been studied ...

High-Throughput Assays of Critical Thermal Limits in Insects

Upper and lower thermal limits of plants and animals are important predictors of their performance, survival, and geographic distributions, and are essential for predicting responses to climate change. This work describes two high-throughput protocols for measuring insect thermal limits: one for assessing critical thermal minima (CTmin), and the other for assessing heat knock down time (KDT) in response to a static heat stressor. In the CTmin assay, individuals are placed in an acrylic-jacketed column, subjected to a decreasing temperature ramp, and counted as they fall from their perches using an infrared sensor. In the heat KDT assay, individuals are contained in a 96 well plate, placed in an incubator set to a stressful, hot temperature, and video recorded to determine the time at which they can no longer remain upright and move. These protocols offer advantages over commonly used techniques. Both assays are low cost and can be completed relatively quickly (~2 h). The CTmin assay reduces experimenter error and can measure a large number of individuals at once. The heat KDT protocol generates a video record of each assay and thus removes experimenter bias and the need to continuously monitor individuals in real time.

Thermal limits can predict the environments organisms tolerate, which is valuable information in the face of rapid climate change. Described here are high-throughput protocols to assess critical thermal minima and heat knockdown time in insects. Both protocols maximize the throughput and minimize the cost of the assays.

Böceklerde Kritik Termal Limitlerin Yüksek İş Gücü Tahlilleri

Upper and lower thermal limits of plants and animals are important predictors of their performance, survival, and geographic distributions, and are ...