能够连续监测植物激素乙烯的小型、高灵敏度传感器诞生

NIMS和AIST已开发出一种小型传感器,能够连续监测植物激素乙烯。乙烯气体可促进水果和蔬菜的成熟,但是过度暴露会促使它们腐烂。

  NIMS和AIST已开发出一种小型传感器,能够连续监测植物激素乙烯。乙烯气体可促进水果和蔬菜的成熟,但是过度暴露会促使它们腐烂。新型小型传感器可用于通过连续检测乙烯气体来监测水果和蔬菜,确保运输和存储期间的新鲜度,并有助于减少食物浪费。

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  乙烯是水果和蔬菜释放的一种气体分子,可促进植物激素的成熟。通过将乙烯引入存储设施,可以在收获后的存储中对新鲜农产品进行人工成熟。对这些设施中的乙烯浓度进行连续监测可以使所储存农产品的成熟进程更加准确地估算出来,从而实现最佳的运输和储存时间表。这种潜在的利益导致对农业和食品工业中小型,廉价的乙烯传感器的开发提出了很高的要求。可以检测乙烯的小型传感器已经在市场上出售,但是许多传感器只能在高温(200~300℃)下运行。此外,使用半导体作为传感材料的市售传感器可以检测其他气态分子(例如,酒精和甲烷)同时归因于其高活性的表面。因此,这些现有的传感器缺乏对乙烯的选择性敏感性。

  在此研究项目中,我们开发了一种小型,高灵敏度的传感器,能够以高选择性检测乙烯。该传感器由三部分组成:一种高活性催化剂,可选择性地将乙烯转化为乙醛;一种与乙醛反应以释放酸性气体的试剂;以及一个对酸性气体非常敏感的SWCNT(单壁碳纳米管)电极(图)。当分析物空气通过时,这种高活性催化剂可以将乙烯反复转化为乙醛。另外,该催化剂可在接近室温(40℃)的条件下运行,从而使小型传感器具有较高的能源效率。乙醛与试剂之间的反应产生的酸性气体会从SWCNT半导体中强烈吸收电子,从而改变半导体的电阻。这些特性和机制使传感器能够通过监视电阻变化,即使在极低的浓度(0.1 ppm)下也能够选择性和灵敏地检测乙烯。预计该传感器可有效监控存储中许多类型新鲜产品中的乙烯浓度。例如,促进香蕉和猕猴桃成熟的乙烯浓度分别约为500 ppm和10 ppm:完全在传感器的有用灵敏度范围内。

  这种小型,节能,低成本的乙烯传感器旨在与大数据集成和网络系统兼容,因此可以作为在日本实践超智能社会构想(学会5.0倡议)的重要工具。农业和食品工业。该研究小组正在设计不同类型的高活性催化剂,以开发可检测乙烯以外的气态分子的小型传感器。

  信息来源: 日本国立材料科学研究所


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