研究人員開發(fā)了一種將蟹殼變成生物塑料的工藝，可用于制造稱為衍射光柵的光學(xué)元件。由此產(chǎn)生的輕質(zhì)、廉價光柵是可生物降解的，并且可以使便攜式光譜儀也是一次性的。

“菲律賓以美味的海鮮而聞名，但這個行業(yè)也是大量固體廢物的來源，如廢棄的蟹殼，”菲律賓馬尼拉雅典耀大學(xué)的研究團隊負責人Raphael A. Guerrero說。“我們想找到蟹殼廢物的替代用途，并決定找出蟹殼中的殼聚糖是否可以用作有機硅的可生物降解替代品，我們之前曾在實驗室中使用過硅膠來制造衍射光柵。

在應(yīng)用光學(xué)中，研究人員表明，基于殼聚糖的生物塑料可用于制造衍射光柵，其工作原理與市售光柵一樣。

“由殼聚糖制成的光柵是可生物降解和環(huán)保的，同時也非常便宜，因為蟹殼通常被認為是廢物，”格雷羅說。“通過證明有用的光學(xué)元件可以由通常被認為是廢物的材料制成，我們希望幫助提高光學(xué)制造的可持續(xù)性，并減少需要處理的海鮮廢物量。

將蟹殼變成光學(xué)元件

研究人員決定探索殼聚糖，因為它具有有前途的光學(xué)特性。殼聚糖以純化形式作為溶液，是透明的，可以像硅膠一樣成型，同時具有更高的折射率，這對于某些應(yīng)用很重要。

為了從蟹殼中提取殼聚糖，研究人員清洗了從當?shù)丶庸S收集的殼，并在烤箱中干燥。然后將貝殼粉碎成粉末，并使用化學(xué)工藝變成殼聚糖溶液。

研究人員使用軟光刻術(shù)從殼聚糖溶液中制作光柵，這是一種使用硅膠模具復(fù)制物體納米級表面特征的復(fù)制過程。這涉及制備市售衍射光柵的硅膠鑄件，然后將殼聚糖溶液倒入其中。當解決方案硬化時，它創(chuàng)建了商業(yè)光柵的復(fù)制品。

“與激光蝕刻等減材方法不同，我們的軟光刻技術(shù)不會產(chǎn)生殼聚糖廢料，”格雷羅說。“我們還可以通過改變所使用的化學(xué)步驟來修改殼聚糖的物理性質(zhì)，以更好地滿足特定需求。

衍射光柵的表面有數(shù)千個微觀凹槽，可以將白光分解成其成分顏色。當白光用于照亮殼聚糖光柵時，研究人員可以清楚地看到預(yù)期的彩虹圖案。他們還使用原子力顯微鏡來確認殼聚糖光柵凹槽之間的間距與原始商業(yè)光柵之間的間距相對應(yīng)。最后，用激光束對殼聚糖衍射光柵進行測試，產(chǎn)生了正確的衍射圖。

一次性光譜儀

“衍射光柵是光譜儀的主要組成部分，光譜儀是各種工業(yè)和科學(xué)應(yīng)用中用于分析光與樣品相互作用以確定其化學(xué)成分的方式的儀器，”格雷羅說。“傳統(tǒng)的光柵通常由玻璃等重材料制成，但殼聚糖制成的光柵可用于制造更輕、更便宜的光譜儀。

研究人員尚未測試殼聚糖光柵的耐用性，但表示它們適用于用于野外工作的一次性光譜儀。例如，這種儀器可用于分析工廠車間的溪流或食品或藥品中的水污染。由于這種材料是可生物降解的，因此由殼聚糖制成的設(shè)備對環(huán)境的影響最小。他們還致力于提高殼聚糖光柵的功率效率，使其適用于實際應(yīng)用。

“對于從事螃蟹產(chǎn)業(yè)的社區(qū)，特別是在菲律賓，我們的發(fā)現(xiàn)增加了他們的海鮮產(chǎn)品的價值，因為即使是廢物成分也可以用于光學(xué)制造，”格雷羅說。“通過企業(yè)和當?shù)卣g的適當合作，從蟹殼中提取的殼聚糖可以為螃蟹漁民及其家人帶來收入和更好的生活質(zhì)量。