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做生命科學和農業科學等學科論文，一大噩耗是精心培養的實驗樣品動物/植物意外失竊，樣品沒了意味著實驗重來，搞不好畢業都要成問題。今天給大家介紹的這篇論文就沒有這種問題了，其樣品超級常見，常見到大家根本沒想過它能出Nature Communication論文，它就是來自超市的“廚余”——紅羅非的魚鱗。

論文慘劇：沒關窗，貓進來把畢業設計魚吃了

• 熱一熱，廚余變寶貝

魚鱗熱處理前后的熒光特性

這篇論文的核心發現有兩個，就是通過加熱魚鱗可以改變魚鱗的熒光特性和物理特性，熒光特性可以用作隱寫信息實現防偽等功能；物理特性可以吸收水體羅丹明B污染物，其吸收較快且制造工藝簡單，有取代活性炭的潛力。

魚鱗結構的光鏡和電鏡成像②

這里備注一下，本文將魚鱗分為三層，與外部環境接觸的Limiting Layer，簡稱LL；布利岡結構外層external elasmodine，簡稱EE，內層internal elasmodine，簡稱IE，布利岡結構內外層區別在于外層更礦物化。

高溫熱臺+熒光顯微鏡成像

加熱會改變魚鱗的光學特性，那么加熱到多少、加熱多久合適呢？研究人員使用兩片不銹鋼壓平魚鱗，然后放到高溫熱臺上進行恒溫加熱3分鐘，再放到熒光顯微鏡下觀察。在熒光顯微鏡U激發下，可以看到未加工的魚鱗也有藍色的弱熒光激發，加熱到270℃后的魚鱗熒光會增強，強度與未加工魚鱗有顯著差別，且在明場下看不出與未加工魚鱗的區別；加熱到300℃熒光還會增強，但魚鱗本身會碳化，變得容易脆斷。

加熱前后，膠原蛋白和羥基磷灰石提取物表征

將魚鱗處理分離成膠原蛋白和HAp（羥基磷灰石），分別加熱，均可在熒光顯微鏡下觀察到熒光增強。使用XRD和FTIR等技術分析，結合電鏡成像，可以判斷加熱后的魚鱗發生了結構變化和化學反應，形成多孔結構和新的成分，多方面因素最終提升了紫外吸收和熒光強度。

• 激光局部加熱實現隱寫信息

激光結合電動顯微鏡測試微觀“雕刻”

使用不同功率的聚焦激光作為光源，100X物鏡搭配電動載物臺進行局部加熱刻印測試，以找到均勻加熱的最佳功率和速度，結論是2.04MW/cm2功率激光，25μm/s速度時效果好。

激光圍觀雕刻的隱寫圖案

利用這個設置，研究人員成功在魚鱗上刻上了隱寫的魚尾獅和水獺的圖案，這個圖案在明場下不可見，只有使用紫外激發才能看到，實現類似防偽油墨的效果，但不會造成防偽油墨的污染，加工工藝也難以模仿。

• 加熱部分的羅丹明B吸收增強

熱處理過的隱寫部分呈現出羅丹明B吸收

在魚鱗上制作隱寫的玫瑰圖案，再將加工過的魚鱗浸泡在羅丹明溶液中3分鐘后洗凈，對比前后，可以看到熱加工后魚鱗部分出現了羅丹明吸收的增強，可以在G綠光激發下觀察到羅丹明熒光的玫瑰圖案。

熱加工魚鱗作為羅丹明B的生物吸附劑

使用注射筒實驗魚鱗作為生物吸附劑處理羅丹明B溶液，吸收后的魚鱗IE區和LL區均表現出了羅丹明熒光增強，說明是這兩個部分吸收了羅丹明B.將熱加工魚鱗切成2mm小塊，按30mg、40mg、50mg和120mg四個量分別浸入2ml羅丹明B溶液10分鐘，可以看到120mg魚鱗的羅丹明B熒光亮度下降明顯。

吸附機理分析和恢復方式、隱寫應用

使用UV-Vis吸光度掃描，作者提出了熱加工魚鱗的吸附機理，并驗證實驗與Dubinin-Astakov模型適應一致。隨后作者還驗證了超聲波清洗可以去除吸附的羅丹明B，恢復熱加工魚鱗的吸附功能。最后利用羅丹明B吸收特性，作者還嘗試制作了一些在UV激發和G激發下有不同外觀的宏觀隱寫工藝品。

• 總結

據聯合國糧農組織2020年報告，每年全球產生的魚類廢棄物高達720-1200萬噸，魚鱗可以作為一種有潛力的物質回收使用。本文提出了使用簡單加熱改變魚鱗的特性，使其變成適合處理羅丹明B污染的快速、高吸收率的生物吸附劑，并展示了熱加工魚鱗用作天然微觀或宏觀隱寫工具的可能性。

引用文獻：

①Sow, Malcolm & Zhang, Zheng & Sow, Chorng & Lim, Sharon. (2023). Upcycling fish scales through heating for steganography and Rhodamine B adsorption application. Nature Communications. 14. 10.1038/s41467-023-42080-1.  via CC BY 4.0

②Haocheng Quan, Wen Yang, Marine Lapeyriere, Eric Schaible, Robert O. Ritchie, Marc A. Meyers,Structure and Mechanical Adaptability of a Modern Elasmoid Fish Scale from the Common Carp,Matter,Volume 3, Issue 3,2020,Pages 842-863,ISSN 2590-2385,//doi.org/10.1016/j.matt.2020.05.011.

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