Imagen: NUS / FIS

Reciclaje de escamas de pescado para el control y el cifrado de la contaminación del agua

SINGAPUR
Tuesday, February 27, 2024, 07:00 (GMT + 9)

El pescado se consume habitualmente, pero es posible que muchos no sepan que los sectores alimentario y acuícola generan una enorme cantidad de residuos de escamas de pescado en procesos como la preparación, el enlatado, el fileteado, la salazón y el ahumado. La eliminación de desechos de escamas de pescado en vertederos puede causar graves problemas de contaminación ambiental. Por lo tanto, convertir los desechos de escamas de pescado en materiales funcionales podría ayudar a reducir el impacto ambiental y generar beneficios económicos.

Para contribuir a este esfuerzo, físicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han desarrollado un método novedoso para reutilizar los desechos de escamas de pescado para que actúen como un bioadsorbente para eliminar eficazmente el contaminante rodamina B del agua y un material para cifrar la información.

Fuente: NUS

Un equipo de investigación, dirigido por el profesor Sow Chorng Haur del Departamento de Física de NUS, descubrió que calentar escamas de pescado a una temperatura óptima las transformaba para convertirse en adsorbentes adecuados para el contaminante del agua rodamina B, un tinte rosa común utilizado en textiles, papel, pinturas y Agentes trazadores del flujo de agua. La rodamina B está asociada con riesgos potenciales para la salud, como cáncer e insuficiencia hepática, y amenazas a los ecosistemas marinos.

Los científicos también descubrieron que las escamas de pescado tratadas térmicamente emitían un brillo cian vibrante, en comparación con una tenue fluorescencia azul real cuando no estaban tratadas, bajo luz ultravioleta (UV). Esta característica se puede aprovechar para utilizar escamas de pescado como material natural capaz de transmitir textos e imágenes micro y macroscópicos.

“A medida que la población mundial crece y los recursos se vuelven más limitados, la sostenibilidad implica un mayor énfasis en la reutilización de materiales de desecho. A nivel mundial, se estima que se descarten anualmente entre 7,2 y 12 millones de toneladas de desechos de pescado. Esto hace que los residuos de escamas de pescado sean un recurso abundante para el reciclaje. Al reevaluar los flujos de residuos, se pueden descubrir propiedades y multifuncionalidades fascinantes en materiales que antes se habían pasado por alto”, afirmó el profesor Sow.

El equipo de investigación también estuvo integrado por la Dra. Sharon Lim Xiaodai del Departamento de Física de NUS, el Dr. Zhang Zheng de la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación y el Sr. Malcolm Sow Miao Geng de la Escuela Secundaria de Matemáticas y Ciencias de NUS. Los hallazgos se publicaron en la revista Nature Communications el 16 de octubre de 2023.

Dar nueva vida a los desechos de escamas de pescado

Las escamas de pescado consisten principalmente en colágeno entrelazado, una proteína conocida por mantener una apariencia juvenil, e hidroxiapatita, un mineral que se encuentra en huesos y dientes. Debido a la buena biocompatibilidad de estos dos compuestos, se han utilizado diferentes métodos para extraerlos y desarrollarlos en etiquetas fluorescentes que ayuden a detectar biomoléculas en la investigación. Sin embargo, estos procesos suelen requerir cantidades significativas de tiempo, energía y recursos químicos. Mejorar la fluorescencia de las escamas de los peces mediante un método más directo y eficiente mejoraría la rentabilidad.

De derecha a izquierda: botellas de agua contaminadas con rodamina B tratadas con cantidades crecientes de escamas de pescado tratadas térmicamente durante el mismo período, con una botella de agua de control en el extremo izquierdo. Con una mayor cantidad de escamas de pescado, se eliminó una mayor cantidad del contaminante colorante rojizo. Fuente: NUS

Con el sencillo método de calentamiento de los investigadores, las escamas del pescado sufren cambios tanto químicos como físicos. Las largas cadenas de colágeno se descomponen en segmentos más pequeños que emiten luz azul bajo excitación ultravioleta. Al mismo tiempo, se altera la disposición de los átomos, lo que crea poros superficiales e internos que transforman las propiedades de fluorescencia y mejoran la adsorción de contaminantes.

Cuando entraron en contacto con rodamina B, las escamas de pescado tratadas térmicamente eliminaron eficazmente el 91 por ciento del contaminante en un corto tiempo de contacto de 10 minutos. Las escamas de pescado contaminadas con rodamina B se pueden reutilizar mediante un sencillo proceso de sonicación, lo que mejora la sostenibilidad del material. Con un solo paso de recocido térmico requerido, esta técnica innovadora es más eficiente en términos de costos, energía y tiempo que el uso de otra biomasa económica como el azúcar blanco con carbón activado, que necesita pasar por múltiples pasos de tratamiento químico, lavado y recocido térmico para eliminar Rodamina B.

De izquierda a derecha: escamas de pescado tratadas térmicamente, incluidas algunas que han absorbido el contaminante rodamina B, bajo luz blanca, luz ultravioleta y luz verde. Bajo la luz verde, a partir de las escamas de pescado que han absorbido rodamina B se forma la palabra oculta "NUS". Esto subraya el potencial de las escamas como material para transmitir información oculta. Fuente: NUS

Las propiedades fluorescentes de las escamas de pescado tratadas térmicamente bajo diferentes tipos de luz también pueden aprovecharse con fines esteganográficos. Las básculas se pueden calentar a granel en una placa calefactora y organizarlas para transmitir un mensaje, o grabar con láser texto e imágenes a escala microscópica. Estos mensajes ocultos pueden revelarse bajo la luz ultravioleta. Las escamas de pescado tratadas térmicamente que han absorbido rodamina B también brillan en naranja bajo la excitación de luz verde, en comparación con las mismas escamas de pescado tratadas térmicamente sin rodamina B que muestran una fluorescencia azul muy tenue bajo la misma luz. Esto presenta otra opción para el diseño de patrones esteganográficos.

Próximos pasos

Fuente: NUS

De cara al futuro, el equipo de investigación buscará desarrollar kits de prueba de Rodamina B económicos y de fácil acceso para su uso en la detección de campo utilizando escamas de pescado tratadas térmicamente. El enfoque ayudará a minimizar el riesgo de consumo y exposición de rodamina B por parte de comunidades que dependen de cuerpos de agua naturales y científicos de campo que transportan fuentes de agua contaminadas. 

También se planean más investigaciones para explorar si las escamas de pescado tratadas térmicamente pueden adsorber otros químicos tóxicos.

Fuente: Universidad Nacional de Singapur (Traducido del original en inglés)

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