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为了减少由于腐败导致的食物损失,麻省理工学院的研究人员开发了一种新的传感器,可以检测微量乙烯,这种气体可以促进植物成熟

低成本的传感器是由碳纳米管片加上铜原子制成的,成本大致相同25美分,而增加一个用于无线通信的RFID芯片只会增加75美分的总成本每年,美国超市损失大约10%的水果和蔬菜来腐败,据农业部说,为了帮助对抗这些损失,麻省理工学院化学教授Timothy Swager和他的学生们已经建立了一种新的传感器,可以帮助食品杂货商和食品经销商更好地监控他们的产品

在Angewandte Chemie期刊中描述的新型传感器可以检测到微量的乙烯,这种气体促进植物成熟

设想廉价的传感器连接到纸板箱的产品和扫描用手持设备,揭示内容的ri peness那样,杂货商会知道何时将某些商品放在销售中以便在它们变得过熟之前移动它们“如果我们能够创造出能够帮助杂货店更精确地管理物品的设备,并且可能将损失降低30%,那将是巨大的,“Swager说,John D MacArthur化学教授检测气体来监测食物供应是Swager的一个新兴趣领域,他以前的研究主要集中在检测爆炸物或化学和生物战剂的传感器上

”食物就是这样的创造周围的传感器非常重要,而且我们正在广泛地追求食物,“Swager说他也在寻找能够检测到食物变得霉变或细菌生长的监测器,但作为他的第一个目标,他选择了乙烯,一种控制成熟的植物激素植物在整个成熟过程中会分泌不同量的乙烯

例如,香蕉会保持绿色,直到它们释放出足够的乙烯才能开始成熟

成熟过程一旦开始成熟,就会产生更多的乙烯,成熟加速如果在成熟度最高时没有吃到完美的黄色香蕉,乙烯就会变成棕色和糊状的水果经销商试图通过在仓库中保持乙烯含量非常低来减缓这个过程这些仓库采用气相色谱或质谱分析仪,可分离气体并分析其成分这些系统每个成本约为1,200美元“现在,人们监测乙烯的唯一时间是在这些巨大的设施中,因为设备非常昂贵,”Swager检测成熟度由美国陆军研究办公室通过麻省理工学院的士兵纳米技术研究所资助,麻省理工学院的研究小组建造了一个由数万个碳纳米管组成的传感器:碳原子片卷成圆柱体,充当“超高速公路”电子流为了修改管子以检测乙烯气体,研究人员添加了铜原子,用作“速度颠簸”减缓流动的电子“无论何时你在这些纳米管上放置东西,你都在制造速度颠簸,因为你正在采用这种完美的原始系统而且你正在放置一些东西,”Swager说铜原子慢电子稍微有点,但是当存在乙烯时,它会与铜原子结合并使电子更慢地减速通过测量电子减速的程度 - 这种属性也被称为阻力 - 研究人员可以确定乙烯的含量

研究人员添加了微小的聚苯乙烯珠子,吸收乙烯并将其浓缩在碳纳米管附近

研究人员可以检测出乙烯浓度低至百万分之五十五的水果成熟所需的浓度

通常在01到百万分之一之间研究人员测试了他们的传感器在几种类型的水果 - 香蕉,鳄梨,苹果,梨和橙 - 和能够通过检测水果分泌多少乙烯来准确测量它们的成熟度

本文描述传感器的作者是Birgit Esser,Swager实验室的博士后Grad学生Jan Schnorr也是论文的作者John Saffell,技术总监Alphasense是一家开发传感器的公司,它将麻省理工学院团队的方法描述为严谨而专注的“如果设计和实施得当,这种传感器可以显着降低运输过程中水果腐败的程度,”他说 “在任何时候,海上都有成千上万的货物集装箱,运送水果并希望它们以正确的成熟程度到达目的地,”Saffell补充说,他没有参与这项研究“昂贵的分析系统可以监控乙烯发电,但在对成本敏感的航运业务中,它们在大多数运输水果方面都不具备经济可行性“Swager已申请该技术的专利并希望启动一家公司将传感器商业化在未来的工作中,他计划添加一个射频识别(RFID)芯片到传感器,因此它可以与显示乙烯水平的手持设备进行无线通信系统将非常便宜 - 碳纳米管传感器约25美分加上RFID芯片另外75美分, Swager估计“这可以用绝对便宜的电子设备完成,几乎没有电力,”他说道:资料来源:麻省理工学院新闻办公室的安妮特拉福顿图片:麻省理工学院新闻办公室

作者:晁铜

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