008240612s2023      us  |||||||||||||||c||eng  d
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■020    ▼a9798380313032
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI30574721
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621
■1001  ▼aJain,  Piyush.▼0(orcid)0000-0002-2852-5285
■24510▼aTransducing  Thermodynamic  State  of  Water  Into  Optical  Signatures:  Applications  in  Synthetic  Materials  and  Living  Systems▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]:▼bCornell  University.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor  :▼bProQuest  Dissertations  &  Theses,  ▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(361  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Stroock,  Abe.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Cornell  University,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aThe  thermodynamic  availability  of  water  plays  a  pivotal  role  in  fundamental  processes  that  are  crucial  to  materials  and  plant  sciences.  It  governs  key  chemical  interactions  in  materials  and  drives  essential  processes  in  plants,  such  as  photosynthesis,  transpiration,  and  nutrient  transport.  However,  despite  its  importance,  there  is  a  lack  of  techniques  for  non-invasive  monitoring  and  visualization  of  the  thermodynamic  availability  of  water  or  water  potential.  This  dissertation  introduces  the  design  and  application  of  optical  techniques  rooted  in  reflectance  and  fluorescence.  These  techniques  convert  the  thermodynamic  state  of  water  into  an  optical  signature,  thereby  paving  the  way  for  better  understanding  and  engineering  of  both  synthetic  and  natural  systems.At  first,  we  demonstrate  the  use  of  optical  reflectance  to  study  the  interplay  between  aqueous  solutions  and  nanoporous  materials,  revealing  optical  signatures  corresponding  to  the  critical  process  of  water  adsorption,  desorption,  and  crystallization  in  nanopores;  these  processes  play  essential  roles  in  applications  such  as  aquifer  contamination,  carbon  dioxide  sequestration,  synthesis  of  materials  and  water  purification. We  then  present  the  design,  synthesis,  and  characterization  of  AquaDust,  a  novel  nano  reporter  of  the  thermodynamic  state  of  water  (water  potential).  We  demonstrate  AquaDust  as  a  sensor  for  minimally  disruptive  measurements  of  water  potential  in  leaves  of  intact  plants  at  high  spatial  and  temporal  resolution.  This  creates  opportunities  for  improving  our  understanding  of  the  mechanisms  coupling  variations  in  water  potential  to  biological  and  physical  processes.We  then  use  AquaDust  to  provide  a  detailed  characterization  of  the  water  potential  in  the  otherwise  inaccessible  living  tissues  of  leaves  spanning  the  last  100  microns  traveled  by  water  in  the  plant  during  transpiration,  from  the  xylem  to  the  stomata.  Our  measurements  reveal  a  strong  loss  of  hydraulic  conductance  in  these  tissues  with  decreasing  soil  water  availability  but  not  with  evaporative  demand,  suggesting  an  active  role  played  by  the  living  tissues  in  the  leaves  in  regulating  transpiration  from  plants.To  conclude,  we  unveil  a  dual-method  regulation  system  for  water  loss  in  plants.  This  system  involves  a  two-fold  response:  the  regulation  of  stomata,  which  adjusts  according  to  both  soil  moisture  levels  and  evaporative  demand,  and  the  regulation  of  mesophyll  conductance  to  water,  which  is  primarily  linked  to  the  availability  of  water  in  the  soil.  Our  research  upends  longstanding  beliefs  about  the  exclusive  role  of  stomata  in  water  regulation,  highlighting  the  integral  part  played  by  mesophyll  tissues  in  minimizing  water  loss  while  continuing  to  absorb  carbon.  These  insights  pave  the  way  for  devising  strategies  to  boost  plant  resilience  in  the  face  of  increasing  drought  conditions  and  a  changing  climate.
■590    ▼aSchool  code:  0058.
■650  4▼aMechanical  engineering.
■650  4▼aChemical  engineering.
■650  4▼aPlant  sciences.
■650  4▼aThermodynamics.
■653    ▼aNanosensors
■653    ▼aOptical  techniques
■653    ▼aPlant-water  relations
■653    ▼aSoft  matter
■653    ▼aWater  potential
■690    ▼a0548
■690    ▼a0542
■690    ▼a0479
■690    ▼a0348
■71020▼aCornell  University▼bMechanical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-03B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0058
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16934311▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024