Pesquisadores criam componente óptico biodegradável

Jun 11, 2023

Grades de difração feitas de resíduos de frutos do mar podem permitir espectrômetros descartáveis ​​que não agridem o meio ambiente

ÓPTICO

imagem: Pesquisadores desenvolveram um processo para transformar cascas de caranguejo em um bioplástico que pode ser usado para fazer componentes ópticos conhecidos como grades de difração (na pinça).Veja mais

Crédito: Raphael A. Guerrero, Ateneo de Manila University

WASHINGTON - Pesquisadores desenvolveram um processo para transformar cascas de caranguejo em um bioplástico que pode ser usado para fazer componentes ópticos conhecidos como grades de difração. As grades leves e baratas resultantes são biodegradáveis ​​e podem permitir espectrômetros portáteis que também são descartáveis.

"As Filipinas são conhecidas pelos frutos do mar deliciosos, mas essa indústria também é uma fonte de grandes quantidades de resíduos sólidos, como cascas de caranguejo descartadas", disse o líder da equipe de pesquisa Raphael A. Guerrero, da Universidade Ateneo de Manila, nas Filipinas. "Queríamos encontrar um uso alternativo para os resíduos de casca de caranguejo e decidimos descobrir se a quitosana das cascas de caranguejo poderia ser usada como um substituto biodegradável para o silicone, que já havíamos usado em nosso laboratório para fazer grades de difração."

Na revista Applied Optics do Optica Publishing Group, os pesquisadores mostraram que o bioplástico à base de quitosana pode ser usado para fazer redes de difração que funcionam exatamente como as disponíveis comercialmente.

“As grades feitas de quitosana são biodegradáveis ​​e ecologicamente corretas, além de serem muito baratas, já que as cascas de caranguejo são geralmente consideradas resíduos”, disse Guerrero. "Ao mostrar que componentes ópticos úteis podem ser feitos de materiais normalmente considerados resíduos, esperamos ajudar a melhorar a sustentabilidade na fabricação óptica e reduzir a quantidade de resíduos de frutos do mar que precisam ser descartados".

Transformando cascas de caranguejo em ótica

Os pesquisadores decidiram explorar a quitosana devido às suas propriedades ópticas promissoras. Na forma purificada como uma solução, a quitosana é transparente e pode ser moldada de forma semelhante ao silicone, embora tenha um índice de refração mais alto, o que é importante para certas aplicações.

Para extrair a quitosana das cascas dos caranguejos, os pesquisadores lavaram as cascas coletadas de uma usina de processamento local e as secaram em um forno. As cascas foram então trituradas em pó e transformadas em uma solução de quitosana por meio de um processo químico.

Os pesquisadores fizeram grades da solução de quitosana usando litografia macia, um processo de replicação que usa um molde de silicone para copiar as características da superfície em nanoescala de um objeto. Isso envolveu a preparação de um molde de silicone de uma grade de difração disponível comercialmente e, em seguida, despejar a solução de quitosana nele. Quando a solução endureceu, criou uma réplica da grade comercial.

"Ao contrário dos métodos subtrativos, como a gravação a laser, nossa técnica de litografia macia não cria resíduos de quitosana", disse Guerrero. "Também podemos modificar as propriedades físicas da quitosana para melhor atender a uma necessidade específica, alterando as etapas químicas usadas".

Uma grade de difração tem uma superfície com milhares de ranhuras microscópicas que podem dividir a luz branca em suas cores componentes. Quando a luz branca foi usada para iluminar uma grade de quitosana, os pesquisadores puderam ver claramente o padrão de arco-íris esperado. Eles também usaram microscopia de força atômica para confirmar que o espaçamento entre os sulcos da grade de quitosana correspondia aos da grade comercial original. Finalmente, testes das grades de difração de quitosana com um feixe de laser produziram os padrões de difração corretos.

Espectrômetros de uso único

"As grades de difração são os principais componentes dos espectrômetros, instrumentos usados ​​em uma variedade de aplicações industriais e científicas para analisar a maneira como a luz interage com uma amostra para determinar sua composição química", disse Guerrero. “As grades convencionais são normalmente feitas de materiais pesados, como vidro, mas as grades feitas de quitosana podem ser usadas para fazer espectrômetros mais leves e baratos”.