熱加工魚鱗用作天然微觀或宏觀隱寫工具的可能性

超市撿的廚余，熱一熱就能發(fā)論文

做生命科學(xué)和農(nóng)業(yè)科學(xué)等學(xué)科論文，一大噩耗是精心培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)樣品動(dòng)物/植物意外失竊，樣品沒了意味著實(shí)驗(yàn)重來，搞不好畢業(yè)都要成問題。今天給大家介紹的這篇論文就沒有這種問題了，其樣品超級(jí)常見，常見到大家根本沒想過它能出Nature Communication論文，它就是來自超市的“廚余”——紅羅非的魚鱗。超市撿的廚余，熱一熱就能發(fā)論文，真是沒想到！
 

論文慘�。簺]關(guān)窗，貓進(jìn)來把畢業(yè)設(shè)計(jì)魚吃了
 

• 熱一熱，廚余變寶貝
   

魚鱗熱處理前后的熒光特性
 

這篇論文的核心發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)，就是通過加熱魚鱗可以改變魚鱗的熒光特性和物理特性，熒光特性可以用作隱寫信息實(shí)現(xiàn)防偽等功能；物理特性可以吸收水體羅丹明B污染物，其吸收較快且制造工藝簡單，有取代活性炭的潛力。
 

魚鱗結(jié)構(gòu)的光鏡和電鏡成像②
 

這里備注一下，本文將魚鱗分為三層，與外部環(huán)境接觸的Limiting Layer，簡稱LL；布利岡結(jié)構(gòu)外層external elasmodine，簡稱EE，內(nèi)層internal elasmodine，簡稱IE，布利岡結(jié)構(gòu)內(nèi)外層區(qū)別在于外層更礦物化。
 

高溫?zé)崤_(tái)+熒光顯微鏡成像
 

加熱會(huì)改變魚鱗的光學(xué)特性，那么加熱到多少、加熱多久合適呢？研究人員使用兩片不銹鋼壓平魚鱗，然后放到高溫?zé)崤_(tái)上進(jìn)行恒溫加熱3分鐘，再放到熒光顯微鏡下觀察。在熒光顯微鏡U激發(fā)下，可以看到未加工的魚鱗也有藍(lán)色的弱熒光激發(fā)，加熱到270℃后的魚鱗熒光會(huì)增強(qiáng)，強(qiáng)度與未加工魚鱗有顯著差別，且在明場下看不出與未加工魚鱗的區(qū)別；加熱到300℃熒光還會(huì)增強(qiáng)，但魚鱗本身會(huì)碳化，變得容易脆斷。
 

加熱前后，膠原蛋白和羥基磷灰石提取物表征
 

將魚鱗處理分離成膠原蛋白和HAp（羥基磷灰石），分別加熱，均可在熒光顯微鏡下觀察到熒光增強(qiáng)。使用XRD和FTIR等技術(shù)分析，結(jié)合電鏡成像，可以判斷加熱后的魚鱗發(fā)生了結(jié)構(gòu)變化和化學(xué)反應(yīng)，形成多孔結(jié)構(gòu)和新的成分，多方面因素最終提升了紫外吸收和熒光強(qiáng)度。
 

• 激光局部加熱實(shí)現(xiàn)隱寫信息
   

激光結(jié)合電動(dòng)顯微鏡測試微觀“雕刻”
 

使用不同功率的聚焦激光作為光源，100X物鏡搭配電動(dòng)載物臺(tái)進(jìn)行局部加熱刻印測試，以找到均勻加熱的最佳功率和速度，結(jié)論是2.04MW/cm2功率激光，25μm/s速度時(shí)效果最佳。
 

激光圍觀雕刻的隱寫圖案
 

利用這個(gè)設(shè)置，研究人員成功在魚鱗上刻上了隱寫的魚尾獅和水獺的圖案，這個(gè)圖案在明場下不可見，只有使用紫外激發(fā)才能看到，實(shí)現(xiàn)類似防偽油墨的效果，但不會(huì)造成防偽油墨的污染，加工工藝也難以模仿。
 

• 加熱部分的羅丹明B吸收增強(qiáng)
   

熱處理過的隱寫部分呈現(xiàn)出羅丹明B吸收

 

在魚鱗上制作隱寫的玫瑰圖案，再將加工過的魚鱗浸泡在羅丹明溶液中3分鐘后洗凈，對比前后，可以看到熱加工后魚鱗部分出現(xiàn)了羅丹明吸收的增強(qiáng)，可以在G綠光激發(fā)下觀察到羅丹明熒光的玫瑰圖案。
 

熱加工魚鱗作為羅丹明B的生物吸附劑

 

使用注射筒實(shí)驗(yàn)魚鱗作為生物吸附劑處理羅丹明B溶液，吸收后的魚鱗IE區(qū)和LL區(qū)均表現(xiàn)出了羅丹明熒光增強(qiáng)，說明是這兩個(gè)部分吸收了羅丹明B.將熱加工魚鱗切成2mm小塊，按30mg、40mg、50mg和120mg四個(gè)量分別浸入2ml羅丹明B溶液10分鐘，可以看到120mg魚鱗的羅丹明B熒光亮度下降最明顯。
 

吸附機(jī)理分析和恢復(fù)方式、隱寫應(yīng)用

 

使用UV-Vis吸光度掃描，作者提出了熱加工魚鱗的吸附機(jī)理，并驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)與Dubinin-Astakov模型適應(yīng)一致。隨后作者還驗(yàn)證了超聲波清洗可以去除吸附的羅丹明B，恢復(fù)熱加工魚鱗的吸附功能。最后利用羅丹明B吸收特性，作者還嘗試制作了一些在UV激發(fā)和G激發(fā)下有不同外觀的宏觀隱寫工藝品。
 

• 總結(jié)

據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織2020年報(bào)告，每年全球產(chǎn)生的魚類廢棄物高達(dá)720-1200萬噸，魚鱗可以作為一種有潛力的物質(zhì)回收使用。本文提出了使用簡單加熱改變魚鱗的特性，使其變成適合處理羅丹明B污染的快速、高吸收率的生物吸附劑，并展示了熱加工魚鱗用作天然微觀或宏觀隱寫工具的可能性。
 

引用文獻(xiàn)：

①Sow, Malcolm & Zhang, Zheng & Sow, Chorng & Lim, Sharon. (2023). Upcycling fish scales through heating for steganography and Rhodamine B adsorption application. Nature Communications. 14. 10.1038/s41467-023-42080-1.  via CC BY 4.0

②Haocheng Quan, Wen Yang, Marine Lapeyriere, Eric Schaible, Robert O. Ritchie, Marc A. Meyers,Structure and Mechanical Adaptability of a Modern Elasmoid Fish Scale from the Common Carp,Matter,Volume 3, Issue 3,2020,Pages 842-863,ISSN 2590-2385,https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.05.011.

免責(zé)聲明

本站無法鑒別所上傳圖片、字體或文字內(nèi)容的版權(quán)，如無意中侵犯了哪個(gè)權(quán)利人的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，請來信或來電告之，本站將立即予以刪除，謝謝。
來源：https://www.mshot.com/article/1954.html