Стаття від: 29 лютого 2024 року
Вчені відкрили новий метод створення універсального біосорбента
Фізики з Національного університету Сінгапуру (NUS) розробили новий метод переробки відходів риб’ячої луски на біопоглинач, який може видаляти з води забруднювач Rhodamine B, а також як матеріал для кодування інформації.
Дослідницька група виявила, що нагрівання риб’ячої луски при оптимальній температурі перетворює її на придатні адсорбенти для забруднювача води Rhodamine B – поширеного рожевого барвника, який використовується в текстилі, папері, фарбах і засобах для відстеження водних потоків. Rhodamine B пов’язаний з потенційними ризиками для здоров’я, такими як рак і печінкова недостатність, а також із загрозами для морських екосистем, повідомляє дослідницька група.
Вчені також виявили, що термічно оброблена риб’яча луска випромінює яскраве голубувате сяйво, порівняно з тьмяною королівською синьою флуоресценцією необробленої луски під дією ультрафіолетового (УФ) світла. Цю характеристику можна використати для використання риб’ячої луски як природного матеріалу, здатного передавати мікро- і макроскопічний текст і зображення.
“Оскільки населення планети зростає, а ресурси стають все більш обмеженими, сталий розвиток передбачає більший акцент на повторне використання відходів”, – говорить професор Sow Chorng Haur з кафедри фізики NUS. “За прогнозами, у світі щорічно викидається 7,2-12 мільйонів тонн рибних відходів. Це робить відходи риб’ячої луски багатим ресурсом для вторинної переробки. Переоцінюючи потоки відходів, можна виявити цікаві властивості та багатофункціональність у матеріалах, які раніше не брали до уваги.”
Професор Sow Chorng Haur (ліворуч) та Dr. Sharon Lim (праворуч) були частиною дослідницької групи, яка виявила, як термічно оброблена риб’яча луска може бути перероблена для контролю забруднення та кодування. Фото надано: The National University of Singapore.
Риб’яча луска в основному складається з переплетених між собою колагену, білка, відомого своєю здатністю підтримувати молодий вигляд, і гідроксиапатиту, мінералу, що міститься в кістках і зубах. Через біосумісність цих двох сполук для їхнього вилучення та подальшого перетворення на флуоресцентні мітки, які допомагають виявляти біомолекули в дослідженнях, застосовуються різні методи. Однак ці процеси часто вимагають значної кількості часу, енергії та хімічних ресурсів. Посилення флуоресценції риб’ячої луски за допомогою більш прямого та ефективного методу підвищить економічну ефективність.
Вчені виявили, що коли вони нагрівали риб’ячу луску, відбувалися дві речі. По-перше, довгі колагенові ланцюжки в лусці розпадалися на менші шматочки, які випромінювали синє світло, коли на них потрапляло ультрафіолетове світло. По-друге, змінювалося розташування атомів, створюючи крихітні отвори на поверхні та всередині луски. Завдяки цим змінам лусочки стали краще поглинати забруднюючі речовини і змінили своє світіння під дією ультрафіолету.
Коли нагріту риб’ячу луску помістили у воду з Rhodamine B, вона видалила 91 відсоток забруднювача всього за 10 хвилин. Крім того, риб’ячу луску, забруднену Rhodamine B, можна повторно використовувати за допомогою ультразвукової обробки. Ця інноваційна технологія, що вимагає лише одного етапу термічного прожарювання, є більш економічно, енергетично та часово ефективною, ніж використання іншої недорогої біомаси, наприклад, білого цукру з активованим вугіллям, який повинен пройти кілька етапів хімічної обробки, промивання та термічного прожарювання для видалення Rhodamine B.
Флуоресцентні властивості термічно обробленої риб’ячої луски під впливом різних типів світла також можуть бути використані для шифрування в стеганографічних цілях. Луску можна нагріти на пластині і розташувати так, щоб вона передавала повідомлення, або ж нанести на неї текст і зображення в мікроскопічному масштабі за допомогою лазерного гравіювання. Ці приховані повідомлення можна виявити під ультрафіолетовим світлом. Термічно оброблена риб’яча луска, яка адсорбувала Rhodamine B, також світиться помаранчевим кольором при збудженні зеленим світлом, порівняно з тією ж термічно обробленою риб’ячою лускою без Rhodamine B, яка демонструє дуже тьмяну синю флуоресценцію при тому ж освітленні. Це представляє ще один варіант стеганографічного дизайну візерунків.
Дослідницька група вивчатиме питання розробки економічних і легкодоступних тест-наборів для виявлення Rhodamine B у польових умовах за допомогою термічно обробленої риб’ячої луски. Такий підхід допоможе мінімізувати ризик споживання та впливу Rhodamine B серед населення, яке покладається на природні водойми, а також серед науковців, які перевозять забруднені джерела води.
Подальші дослідження також вивчатимуть, чи здатна термічно оброблена риб’яча луска адсорбувати інші токсичні хімічні речовини.
повний текст статті про результати дослідження читайте за цим посиланням:.https://www.nature.com/articles/s41467-023-42080-1
Посилання на оригінал статті: Can fish scales be upcycled for water pollution control and encryption?
