人们普遍爱食用鱼，但许多人可能不知道食品和水产养殖在制作过程中产生了大量的鱼鳞废物，可能会造成严重的环境污染问题！今天就和小助手一起看看NUS针对此问题给出的回答吧！
鱼肉是除了猪肉、牛肉、鸡肉外为人们所欢迎的肉制品，但许多人可能不知道食品和水产养殖部门在准备、罐装、切片、盐腌和熏制等过程中产生了大量的鱼鳞废物。在垃圾填埋场处置鱼鳞废物可能会造成严重的环境污染问题。
所以，将鱼鳞废物转化为功能材料有助于减少对环境的影响并产生经济效益。
为此，NUS的物理学家开发了一种新方法，可将鱼鳞废物重新利用为生物吸附剂，有效去除水中的污染物罗丹明 B，同时也是一种信息加密材料。
由NUS物理系教授 Sow Chorng Haur 领导的一个研究小组发现，在最佳温度下加热鱼鳞可以是水污染物罗丹明 B 合适的吸附剂。（罗丹明 B 是一种常见的粉红色染料，用于纺织品、纸张、油漆和涂料中。水流示踪剂，并且与癌症和肝衰竭等潜在健康风险以及对威胁海洋生态系统有巨大关系。
是该发现的研究小组的成员：NUS 物理系的 Sow Chorng Haur 教授（左）和 Sharon Lim 博士（右）
科学家们还发现，经过热处理的鱼鳞在紫外线 (UV) 光下发出鲜艳的青色光芒，而未经处理的鱼鳞则发出暗淡的宝蓝色萤光。可以利用鱼鳞作为一种能够传输微观和宏观文本和图像的天然材料来利用这一特性。
“随着全球人口的增长和资源变得更加有限，可持续发展需要更加重视废物材料的再利用。全球范围内，预计每年将有 7.2-1200 万吨鱼类废物被丢弃。这使得鱼鳞废物成为升级回收的丰富资源。通过重新评估废物流，在以前可能被忽视的材料中发现新的特性和多功能性，”Sow Chorng Haur 教授说。
研究团队还包括NUS物理系的 Sharon Lim Xiaodai 博士、新加坡科学技术与研究局的张正博士以及NUS数学与科学高中的 Malcolm Sow Miao Geng 先生。研究结果于 2023 年 10 月 16 日发表在《自然通讯》杂志上。
1. 赋予鱼鳞废物新生命
鱼鳞主要由交错胶原蛋白（一种以保持年轻外观而闻名的蛋白质）和羟基磷灰石（一种在骨骼和牙齿中发现的矿物质）组成。
由于这两种化合物具有良好的生物相容性，人们使用不同的方法提取它们，以进一步开发成有助于检测研究中生物分子的萤光标记。
然而，这些过程通常需要大量的时间、能源和化学资源。通过更直接、更有效的方法增强鱼鳞的萤光将提高成本效益。
通过研究人员简便的加热方法，鱼鳞会发生化学和物理变化。长链胶原蛋白被分解成更小的片段，在紫外线激发下发出蓝光。同时，原子排列发生改变，形成表面和内部孔隙，从而改变萤光特性并增强污染物吸附。
当与罗丹明 B 接触时，经过热处理的鱼鳞在短短 10 分钟的接触时间内有效去除了 91% 的污染物。被罗丹明 B 污染的鱼鳞可以通过简单的超声处理过程重复使用，从而增强材料的可持续性。这种创新技术仅需要一个热退火步骤，比使用其他廉价生物质（例如活性炭白糖）更具成本、能源和时间效率，活性炭白糖需要经过化学处理、洗涤和热退火多个步骤才能去除罗丹明 B。
发光鱼鳞
经热处理的鱼鳞在不同类型的光下的萤光特性也可用于隐写目的。刻度可以在电炉上批量加热并排列以传达信息，或者在微观刻度上激光雕刻文本和图像。
这些隐藏的信息可以在紫外线下显现出来。吸附了罗丹明 B 的热处理鱼鳞在绿光激发下也会发出橙色光，而不含罗丹明 B 的相同热处理鱼鳞在相同光线下显示出非常暗淡的蓝色萤光，这为隐写图案设计提供了另一种选择。
从左到右：在白光、紫外线和绿光下热处理的鱼鳞
接下来，小助手带大家看看NUS的物理学家们是如何发现这些的吧~
·原始鱼鳞的宏观生物萤光调谐
原始鱼鳞与加热鱼鳞的制作和表征
将现成的淡水红罗非鱼(RT) 鱼鳞夹在两个预热的不锈钢板之间，在电炉上加热至所需温度 3 分钟。光学表征在明场（BF）、紫外（UV）和绿光（G）激发光源下进行（图a）。在不加热的情况下，原始鱼鳞（图b）在紫外线激发下表现出微弱的萤光。加热至 270 °C 后，未烧焦的加热鱼鳞在紫外线激发下观察到强烈的青色萤光。虽然从烧焦的鱼鳞中观察到更明亮的萤光，并在 BF（在 300 °C 下加热）中可见褐变，但它们的脆性使其不适合预期应用。因此，这项工作将重点关注未烧焦的加热鱼鳞。在 BF 观察下，加热的鱼鳞与原始鱼鳞的不可区分性使得离散的信息/图案隐藏在鱼鳞的集合中，并在紫外线照射下显现出来。BF 下的鱼鳞组合（图c、e）在紫外线照射下揭示了隐藏的隐写术，即笑脸（图d）和象征木的汉字（图f）。
·建议的吸附机制、可恢复性和隐写术应用
建议的吸附机制、可恢复性和隐写术应用
a 553 nm 处的紫外-可见光吸收强度与所用鱼鳞质量的关系图。b对加热的鱼鳞和用 RhB 处理的鱼鳞进行 XPS 分析。c原始和加热的胶原蛋白和 HAP 提取物与 RhB 分子相互作用后的 FM 图像。d加热鱼鳞上的 RhB 生物吸附等温线。e原始鱼鳞和加热鱼鳞的孔径分布。f在去离子水中通过多轮吸附（R1、R3）和解吸（R2、R4）从 RhB 吸附中回收加热的鱼鳞（R0）。g由原始、加热和加热的鱼鳞制成的宏观 3D 花卉艺术作品，该鱼鳞用于从 BF、UV 和 G 激发下采集的水中吸附 RhB。h在 BF 和 UV 照射下用加热的鱼鳞制成的猫雕塑。在绿色激发下，隐藏的波粒子雕塑在猫雕塑中显现出来。
2. 未来的进一步研究
展望未来，研究团队将研究开发经济且易于使用的罗丹明 B 测试套件，用于使用热处理鱼鳞进行外场检测。该方法将有助于最大限度地减少依赖天然水体的社区以及运输受污染水源的外地科学家消耗和接触罗丹明 B 的风险。
还计划进一步研究探索热处理的鱼鳞是否可以吸附其他有毒化学物质。
参考文献：
Upcycling fish scales through heating for steganography and Rhodamine B adsorption application，Nature Communications volume 14,Article number: 6508 (2023) .
数据图片来自《Nature Communications》
其余图片来自NUS news
