物理学家利用头发的荧光来重新利用人类头发废料
发布时间：2023-07-03 08:00:00 阅读数： 164
通过显微镜在白光下观察的激光雕刻的发丝。资料来源：新加坡国立大学
来自新加坡国立大学（NUS）的物理学家已经开发出一种创新方法，将人类的头发废料转化为一种功能性材料，可用于加密敏感信息或检测环境污染物。
平均而言，一个人每天可以掉落50到100根头发。这导致了大量的废物，这些废物可能需要数年才能分解成其自然形式，或最终进入焚化炉、废物流和垃圾场，在分解过程中产生有毒烟雾，包括氨和二氧化硫。头发垃圾的填埋可能会将有毒化学品渗入水体，伤害海洋野生动物，并可能导致藻类大量繁殖。此外，人类的头发可能成为病原体的滋生地，使附近社区面临疾病爆发的风险。
"随着人类人口的增加，管理人类毛发废物的压力将越来越大，"新加坡国立大学理学院下属的物理系的Sow Chorng-Haur教授说。"与其将头发垃圾送入焚烧炉或填埋场，不如将头发垃圾重新用于其他潜在的应用，这是值得的。"
根据新加坡国立大学对综合可持续发展解决方案的承诺，Sow教授和他的研究团队，包括新加坡国立大学的Sharon Lim博士、科技与研究机构的Zhang Zheng博士和新加坡国立大学数学与科学高中的Malcolm Sow，设计了一种简单的、基于热量和无化学的方法，将人类的头发废料转化为一种功能性材料，用于潜在的隐写和污染物检测应用。该团队在《先进光子学研究》杂志上报告了他们的研究结果，该杂志于2022年底以封面专题形式发表。
(a) 通过一个简单的加热过程，人类头发的化学性质发生了变化，这增强了其荧光能力，允许形成图案。(b) 使用由这些人的头发制成的材料，可以将微观和宏观的信息隐藏在明处。(c) "NUS "字样是用人的头发经过热处理制成的。(d) 从右到左： 视觉效果显示一缕经过热处理的白发浸泡在浓度不断降低的亚甲基蓝中。对白色人发的热处理增加了其化学检测能力。当与亚甲基蓝污染物接触时，它在紫外线下会发出明亮的光芒。资料来源：新加坡国立大学
利用热量重新利用头发废料
在紫外光下，人类的头发已经被证明会散发出温和的蓝色荧光。虽然头发的化学成分可能起到了一定的作用，但支撑这种光芒的确切原因或机制仍有待确定。利用人类头发的荧光特性，研究人员试图将头发废料转化为功能性材料。
在他们的第一个实验中，研究人员用一束聚焦的激光在一缕黑色人发的表面刻下微小的图案。在荧光显微镜和紫外光下，研究人员发现这些图案发出强烈的光芒。与头发的其他部分相比，激光雕刻的图案的亮度约为350%至400%。
除了使用聚焦的激光束外，该过程还可以通过既定的、现成的工业加热过程进行升级，以便对头发进行大批量的处理，用于工业应用。作为概念验证，研究人员将整股头发放在小陶瓷盘上，然后在一个热板上以300°C至400°C的温度加热三分钟。与激光实验类似，在荧光显微镜下，经过热处理的头发相对于原始发丝来说要亮得多。特别是，被加热到360°C的发丝，其荧光强度几乎是未经处理的发丝的三倍。
"通过一个简单的加热过程使人类头发发光的发现是实验室里的一个惊喜发现。通过彻底的调查，我们发现在加热过程中，形成头发的蛋白质--角蛋白和色氨酸分解成小的化学副产品，是使头发发出更亮的主要因素之一，"Sow教授说。
掩盖秘密和捕捉化学泄漏物
研究结果表明，激光可以用于隐写术，隐写术是将秘密信息隐藏在普通信息或物体中以避免被发现的做法。特别是，研究人员发现，他们可以调整聚焦的激光束，使其不对头发丝造成任何物理损伤，但仍能成功地在其上蚀刻出荧光图案。最终产品是一个看似原始的发丝，当放在紫外光下时，它将揭示其秘密。
在更宏观的范围内，该研究表明，热处理过的头发可以用来检测有毒物质的泄漏。研究人员发现，在相同的加热条件下，与黑发相比，白发表现出对荧光的更大增强。
有利的是，白发对一种叫做亚甲基蓝的物质很敏感，这种染料化学品通常用于纺织业，并经常作为有害废物被倾倒在水体中。在亚甲基蓝存在的情况下，经过热处理的白发在紫外光下会发出亮光，使其成为检测亚甲基蓝污染的潜在廉价工具。
Sow教授和他的团队目前正致力于开发人类头发废料作为隐蔽墨水和适用于工业用途的亚甲基蓝存在的便携式检测器。
Sow教授说："例如，通过分解加热的原始毛发，并将它们悬浮在单独的瓶子里进行喷墨打印，隐藏的信息可以很容易地打印在不同的表面上，从而使这种独特的废料成为一种可持续的隐写材料，"。
参考资料
Malcolm Miao Geng Sow et al, Microstyling of Biofluorescence in Human Hair as Sustainable and Functional Waste, Advanced Photonics Research (2022). DOI: 10.1002/adpr.202200161
