I ricercatori realizzano componenti ottici biodegradabili

Jun 11, 2023

I reticoli di diffrazione realizzati con gli scarti dei frutti di mare potrebbero consentire spettrometri usa e getta che non danneggiano l'ambiente

OTTICO

immagine: I ricercatori hanno sviluppato un processo per trasformare i gusci dei granchi in una bioplastica che può essere utilizzata per realizzare componenti ottici noti come reticoli di diffrazione (nelle pinzette).vedere di più

Credito: Raphael A. Guerrero, Università Ateneo de Manila

WASHINGTON — I ricercatori hanno sviluppato un processo per trasformare i gusci dei granchi in una bioplastica che può essere utilizzata per realizzare componenti ottici noti come reticoli di diffrazione. I reticoli leggeri ed economici risultanti sono biodegradabili e potrebbero consentire spettrometri portatili che siano anche usa e getta.

"Le Filippine sono famose per i deliziosi frutti di mare, ma questa industria è anche una fonte di grandi quantità di rifiuti solidi come i gusci di granchio scartati", ha affermato il leader del gruppo di ricerca Raphael A. Guerrero, dell'Università Ateneo de Manila nelle Filippine. "Volevamo trovare un uso alternativo per gli scarti dei gusci di granchio e abbiamo deciso di scoprire se il chitosano dei gusci di granchio potesse essere utilizzato come sostituto biodegradabile del silicone, che avevamo precedentemente utilizzato nel nostro laboratorio per realizzare reticoli di diffrazione".

Nella rivista Applied Optics dell’Optica Publishing Group, i ricercatori hanno dimostrato che la bioplastica a base di chitosano può essere utilizzata per realizzare reticoli di diffrazione che funzionano proprio come quelli disponibili in commercio.

"I grigliati in chitosano sono biodegradabili e rispettosi dell'ambiente, oltre ad essere molto economici poiché i gusci dei granchi sono generalmente considerati rifiuti", ha affermato Guerrero. "Dimostrando che componenti ottici utili possono essere realizzati con materiali generalmente considerati rifiuti, speriamo di contribuire a migliorare la sostenibilità nella produzione ottica e ridurre la quantità di rifiuti ittici da smaltire."

Trasformare i gusci di granchio in ottica

I ricercatori hanno deciso di esplorare il chitosano per le sue promettenti proprietà ottiche. In forma purificata come soluzione, il chitosano è trasparente e può essere modellato in modo molto simile al silicone pur avendo un indice di rifrazione più elevato, che è importante per alcune applicazioni.

Per estrarre il chitosano dai gusci dei granchi, i ricercatori hanno lavato i gusci raccolti da un impianto di lavorazione locale e li hanno essiccati in un forno. I gusci venivano poi ridotti in polvere e trasformati in una soluzione di chitosano mediante un processo chimico.

I ricercatori hanno realizzato dei reticoli dalla soluzione di chitosano utilizzando la litografia morbida, un processo di replica che utilizza uno stampo in silicone per copiare le caratteristiche della superficie su scala nanometrica di un oggetto. Ciò ha comportato la preparazione di un calco in silicone di un reticolo di diffrazione disponibile in commercio e quindi il versamento della soluzione di chitosano al suo interno. Quando la soluzione si è indurita, ha creato una replica della griglia commerciale.

"A differenza dei metodi sottrattivi come l'incisione laser, la nostra tecnica di litografia morbida non crea rifiuti di chitosano", ha affermato Guerrero. "Possiamo anche modificare le proprietà fisiche del chitosano per adattarlo meglio a un'esigenza particolare modificando i passaggi chimici utilizzati."

Un reticolo di diffrazione ha una superficie con migliaia di scanalature microscopiche che possono dividere la luce bianca nei suoi colori componenti. Quando è stata utilizzata la luce bianca per illuminare un reticolo di chitosano, i ricercatori hanno potuto vedere chiaramente il modello arcobaleno previsto. Hanno anche utilizzato la microscopia a forza atomica per confermare che la spaziatura tra le scanalature del reticolo di chitosano corrispondeva a quelle del reticolo commerciale originale. Infine, i test sui reticoli di diffrazione del chitosano con un raggio laser hanno prodotto i modelli di diffrazione corretti.

Spettrometri monouso

"I reticoli di diffrazione sono i componenti principali degli spettrometri, strumenti utilizzati in una varietà di applicazioni industriali e scientifiche per analizzare il modo in cui la luce interagisce con un campione per determinarne la composizione chimica", ha affermato Guerrero. "I reticoli convenzionali sono tipicamente realizzati con materiali pesanti come il vetro, ma i reticoli realizzati in chitosano potrebbero essere utilizzati per realizzare spettrometri più leggeri e meno costosi."