Water-uptake through roots, is an essential process of the water flow in plants. Its visualization is very useful for understanding sap flow dynamics at whole plant level. In this study, the tips of Arabidopsis' root hairs were excised and exposed to repeated dehydration and rehydration processes. The water-refilling through individual xylem vessels was visualized using the synchrotron X-ray micro-imaging technique. The high temporal resolution ($2\;{\mu}m$) and beam intensity of the X-ray source allowed to acquisition of consecutive X-ray images of the water-refilling process up to 10 frames/sec. Various flow patterns were observed and the ascending speed of the water-air interfaces was analyzed. The relation between the water-rising height and ascending speed was also analyzed. The present results would provide better alternative for investigating sap flows in roots.
Synchrotron X-ray micro imaging technique was employed to non-invasively monitor the water flow inside xylem vessels in a bamboo leaf. The phase contrast X-ray images clearly visualized plant anatomy and the rise of a water front inside the vessels. Consecutive X-ray images taken for 60 seconds revealed water rise kinetics against gravity in the xylem of a cut dry leaf taken from a bamboo tree. For the first time, traces of water rise, variation of contact angle between water and xylem wall as well as the internal structure of xylem were obtained. In xylem vessels, a repeating flow pattern has a typical flow velocity of $30.7{\mu}m/s$ and faster flow is established intermittently. It is concluded that the transmission type of X-ray micro imaging can be used as a powerful tool to investigate the ascent of sap in the xylem vessels at a resolution higher than that of MRI.
Water management is crucial for the performance, durability, and stability of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFCs). Due to its importance, various methods for visualizing PEMFC's internal water distribution have been adapted to study and manage water within the cells. However, these methods often require large facilities, leading to high costs and significant barriers to entry. This study addresses these challenges by using a commercial Radiation (X-ray) Generator (RG) for internal water distribution visualization and comparing the results with synchrotron X-ray data from the Pohang Accelerator Laboratory (PAL) 9D beamline. Despite the lower resolution and potential beam distortion challenges, the RG shows promise for PEMFC water distribution visualization, suggesting the need for further research to refine water attenuation coefficients and build-up factors for improved measurement accuracy.
Synchrotron X-ray micro imaging technique was employed to non-invasively monitor the water flow inside xylem vessels in a bamboo leaf. The phase contrast X-ray images clearly visualized plant anatomy and the rise of a water front inside the vessels. Consecutive X-ray images taken for 60 seconds revealed water rise kinetics against gravity in the xylem of a cut dry leaf taken from a bamboo tree. For the first time, traces of water rise, variation of contact angle between water and xylem wall as well as the internal structure of xylem were obtained. In xylem vessels, a repeating flow pattern has a typical flow velocity of 30.7$\mu\textrm{m}$/s and faster flow is established intermittently. It is concluded that the transmission type of X-ray micro imaging can be used as a powerful tool to investigate the ascent of sap in the xylem vessels at a resolution higher than that of MRI.
The objective of this study is to elucidate the feasibility of synchrotron X-ray micro CT as a non-destructive imaging method to visualize the three-dimensional morphological structures of biological and non-biological samples. The experiments were conducted in 7B2 X-ray micro CT beamline in Pohang Accelerate Laboratory (PAL). A rotational 3-axis stage was specially designed for $0^{\circ}-180^{\circ}$ scanning of test samples. Preliminary tests were performed for opaque samples including a mosquito head, a plant seed and gas diffusion layer (GDL) of polymer electrolyte fuel cell to verify the feasibility of the X-ray micro CT. It visualized clearly the internal structure of all the test samples, supporting its usefulness.
Imaging techniques using x-ray beam at high energies (>6KeV) such as contact radiography, projection microscopy, and tomography have been used to nondestructively discern internal structure of objects in material science, biology, and medicine. This paper introduces the x-ray micro-imaging method using 1B2 micro-probe line of PAL (Pohang Accelerator Laboratory). Cross-sectional information on low electron density materials can be obtained by probing a sample with coherent synchrotron x-ray beam in an in-line holography setup. Living organism such as plants, insects are practically transparent to high energy x-rays and create phase shift images of x-ray wave front. X-ray micro-images of micro-bubbles of $20\~120\;{\mu}m$ diameter in an opaque tube were recorded. Clear phase contrast images were obtained at Interfaces between bubbles and surrounding liquid due to different decrements of refractive index.
The global environment is deteriorating at an alarming rate, despite of enhanced international environmental regulation. Many studies have been performed to reduce toxic pollutants. Recently, plant-based phytoremediation technology for moving toxic contaminants from soil and water has been receiving large attention. Arsenic-contaminated soil is one of the major pollutant sources for drinking water. Pteris erotica has been known as a hyper-accumulator of arsenic from soils. In this study, we investigated the effect of arsenic absorption on sap flow inside xylem vessels of Pteris. The synchrotron X-ray micro-imaging technique was employed to monitor the refilling process of water containing arsenic inside the xylem vessels of Pteris's leaves and stems non-invasively. The captured phase-contrast X-ray images show both anatomy of internal structure and transport of water inside Pteris. The exposure of Pteris to arsenic solution was found to increase largely the water raise speed in xylem vessels. The present results would provide important information needed for understanding the mechanisms of accumulation and transportation of toxic materials in plants.
Synchrotron X-ray micro-imaging technique was employed to monitor non-invasively the refilling process of water inside the xylem vessels in bamboo leaves. The consecutive phase-contrast X-ray images clearly show both plant anatomy and the transport of water inside the xylem vessels. Traces of water-rise, vapor bubbles and variations of contact angle between the water front and the xylem wall were measured in real time. During the refilling process, air bubbles are removed when the rising water front halts at a vessel end for a while. Subsequently, it starts rising again at a higher velocity than the normal refilling speed. Repeated cavitation seems to deteriorate the refilling ability in xylem vessels. In dark environment, the water refilling process in xylem vessels is facilitated more effectively than in bright illuminated conditions. Finally, X-ray micro-imaging was famed to be a powerful, high resolution, real time imaging tool to investigate the water refilling process in xylem vessels.
Butterflies have been known to suck viscous liquids through a long, cylindrical proboscis using the large pressure difference formulated by the cyclic expansion and contraction of a muscular pump located inside their head. However, there are few studies on the liquid-feeding phenomena in a live butterfly, because it is hard to observe the internal morphological structures under in vivo condition. In this study, the dynamic motion of the pump system in a butterfly was in vivo visualized using synchrotron X-ray micro-imaging technique to analyze the liquid-feeding mechanism. The period of the liquid-feeding process is about 0.3sec. The expansion stage is about two times larger than the contraction stage in one cycle. The cyclic variation of pump volume generate large negative suction pressure and the pressure difference inside the long proboscis of a butterfly is estimated to be larger than 1atm.
움직이는 접촉선에서의 계면 거동을 이해하기 위해 많은 연구자들은 동적접촉각에 대한 연구를 지속적으로 연구해 왔다. 하지만 가시화 기술의 한계로 선행연구에서의 동적접촉각에 대한 실험은 일반적으로 친수성 미세관에서 가시광선 기반으로 실험이 수행되었다. 하지만, 최근 다양한 연구 및 산업 분야에서 소수성 미세관에서의 동적접촉각에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 높은 공간 및 시간 분해능을 갖는 방사광 X-선 영상법을 이용하여 소수성 마이크로 튜브 내 물-글리세롤 혼합물 슬러그의 동적접촉각을 측정하였으며, 이를 바탕으로 기존의 동적 접촉각 실험 상관식을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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