研究人员用蟹壳制造可生物降解的光学元件

研究人员开发了一种将蟹壳变成生物塑料的工艺，这种塑料可用于制造光学元件——衍射光栅。由此产生的轻质、廉价光栅是可生物降解的，并且可以使便携式光谱仪也是一次性的。

菲律宾马尼拉雅典大学的研究小组负责人拉斐尔·a·格雷罗说：“菲律宾以美味的海鲜而闻名，但这个行业也是大量固体废物的来源，比如废弃的蟹壳。我们想找到蟹壳废物的另一种用途，并决定弄清楚蟹壳中的壳聚糖是否可以用作硅酮的可生物降解替代品，我们以前在实验室里用硅酮制作衍射光栅。”

研究人员将干蟹壳磨成粉末（左），然后使用化学工艺制造适合制作衍射光栅的溶液（右）。

在《应用光学》杂志上，研究人员展示了基于壳聚糖的生物塑料可用于制造衍射光栅，其工作原理与市面上在售光栅一样。

格雷罗说：“壳聚糖制成的光栅是可生物降解的，环保的，同时也非常便宜，因为蟹壳通常被认为是废物。通过展示有用的光学元件可以由通常被认为是废物的材料制成，我们希望有助于提高光学制造的可持续性，并减少需要处理的海鲜废物的数量。”

研究人员开发了一种将蟹壳变成生物塑料的工艺，可用于制造光学元件——衍射光栅（在镊子中）。

将蟹壳变成光学元件

由于壳聚糖具有良好的光学性能，研究人员决定探索它。在提纯后的溶液中，壳聚糖是透明的，可以像硅树脂一样成型，同时具有更高的折射率，这对某些应用很重要。

为了从蟹壳中提取壳聚糖，研究人员清洗了从当地加工厂收集的蟹壳，并在烤箱中烘干。然后将壳碾碎成粉末，用化学方法制成壳聚糖溶液。

研究人员使用软光刻术从壳聚糖溶液中制作光栅，这是一种使用硅胶模具复制物体纳米级表面特征的复制过程。这涉及制备市售衍射光栅的硅胶铸件，然后将壳聚糖溶液倒入其中。当解决方案硬化时，它创建了商业光栅的复制品。

格雷罗说：“与激光蚀刻等减法方法不同，我们的软光刻技术不会产生壳聚糖废物。我们还可以通过改变所使用的化学步骤来修改壳聚糖的物理性质，以更好地满足特定的需求。”

衍射光栅的表面有成千上万的微观凹槽，可以将白光分解成它的组成颜色。当白光照射壳聚糖光栅时，研究人员可以清楚地看到预期的彩虹图案。他们还使用原子力显微镜来确认壳聚糖光栅沟槽之间的间距与原始商业光栅的沟槽间距相对应。最后，用激光束对壳聚糖衍射光栅进行了测试，得到了正确的衍射图样。

壳聚糖衍射光栅通过软光刻制造，凹槽密度为（a）600和（b）1200线/毫米。

一次性光谱仪

格雷罗说：“衍射光栅是光谱仪的主要组成部分，光谱仪是用于各种工业和科学应用的仪器，用于分析光与样品相互作用的方式，以确定其化学成分。传统的光栅通常由玻璃等重材料制成，但壳聚糖制成的光栅可用于制造更轻、更便宜的光谱仪。”

研究人员还没有测试壳聚糖光栅的耐用性，但表示它们适用于用于野外工作的一次性光谱仪。例如，这种仪器可用于分析溪流中的水污染或工厂车间中的食品或药品污染。由于这种材料是可生物降解的，所以用壳聚糖制成的设备对环境的影响最小。他们还致力于提高壳聚糖光栅的功率效率，使其实际应用于现实世界。

格雷罗说：“对于从事螃蟹产业的社区，特别是在菲律宾，我们的发现为他们的海鲜产品增加了价值，因为即使是废弃的组件也可以用于光学制造。通过企业和当地政府的适当合作，从蟹壳中提取壳聚糖可以增加收入，提高捕蟹渔民及其家庭的生活质量。”

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