Новый датчик может помочь предотвратить пищевые отходы

Как распускаются цветы и плоды созревают, они выделяют бесцветный, сладко пахнущий газ, называемый этиленом. Химики Массачусетского технологического института создали крошечный датчик, который может обнаружить этот газ в концентрации 15 частиц на миллиард, что, по их мнению, могут быть полезны в предотвращении порчи продуктов.

Датчик, который изготавливается из полупроводниковых цилиндров называемые углеродные нанотрубки, могут быть использованы для мониторинга фруктами, овощами и картофелем, как они отгружаются и хранятся, что позволяет сократить пищевые отходы, — говорит Тимоти Swager, Джон Д. Макартур профессор химии Массачусетского технологического института.

«По-прежнему необходимо для лучшего управления питанием и сокращение пищевых отходов», — говорит Swager. «Люди, которые перевозят фрукты вокруг хотели бы знать, как это делать во время транзита, и нужно ли им принимать меры, чтобы сохранить этилена вниз в то время как они при транспортировке.»

В дополнение к своей природной роли фитогормон этилен также в мире наиболее широко производимых органических соединений и используется для изготовления продуктов, таких как пластмассы и одежда. Детектор для этилен также может быть полезным для мониторинга такого рода промышленного производства этилена, говорят исследователи.

Swager является старшим автором исследования, опубликованные сегодня в журнале ACS Центральный. Постдок в MIT Дэррил Фонг является ведущий автор статьи и аспирант Массачусетского технологического института Шао-Сюн (Леннон) Ло и приглашенный ученый Рафаэла да Силвейра Андре также авторов.

Созрели или нет

Этилен производится большинство растений, которые используют его как гормон, стимулирующий рост, созревание и других ключевых этапах их жизненного цикла. Бананы, например, производят все большее количество этилен, как они созревают и становятся коричневыми, и цветы производят его, как они готовятся к цветению. Производим и цветы под стресс может перепроизводство этилена, что привело их созревания и преждевременного увядания. Подсчитано, что каждый год супермаркеты США теряют около 12 процентов своих фруктов и овощей порча, по данным Департамента сельского хозяйства США.

В 2012 году лаборатория Swager разработали датчик этилена, содержащий массивы десятки тысяч углеродных нанотрубок. Эти углеродные цилиндры позволить электронам течь вместе с ними, но исследователи добавили атомы меди, которые замедляют поток электронов. Когда этилена присутствует, то он связывается с атомами меди и замедляет электроны еще больше. Измеряя этот спад может показать, сколько этилена присутствует. Однако, этот датчик может определять только уровни этилена до 500 частей на миллиард, и с тем, что датчики содержат медь, они могут в конечном итоге привести к коррозии кислородом и перестать работать.

«Там до сих пор нет хорошего коммерческого датчик этилена,» Swager говорит. «Чтобы управлять любой из продуктов, которые хранятся долгосрочные, как яблоки или картофель, люди хотели бы быть в состоянии измерить ее этилена, чтобы определить, если он находится в режиме застоя, или если это созревание.»

Swager и Фонг создали новый вид датчик этилена, который тоже на основе углеродных нанотрубок, но работает совершенно другой механизм, известный как окисление Ваккер. Вместо включения металлов, таких как медь, который привязывается непосредственно к этилену, они использовали металлический катализатор под названием Palladium, которая добавляет кислорода к этилену в ходе процесса, называемого окисления.

В качестве палладиевого катализатора выполняет эту окисления, катализатор временно приобретает электроны. Палладий затем передает эти дополнительные электроны углеродных нанотрубок, делая их более ща. Путем измерения изменения электрического тока, ученые могут обнаружить присутствие этилена.

Датчик реагирует на этилен в течение нескольких секунд облучения, а после того, как газ закончился, датчик возвращается к исходному состоянию проводимости в течение нескольких минут.

«Ты переключение между двумя различными состояниями металла, и однажды этилена больше не существует, она идет от переходных процессов, электронно-богатое государство возвращается в исходное состояние,» говорит Фонг.

В цвету

Для того чтобы проверить возможности сенсоров, исследователи внесли углеродных нанотрубок и других компонентов датчика на стеклянную вставку. Затем они использовали его для контроля производства этилена в двух видах цветов — гвоздики и фиолетовый лизиантус. Они измерили производства этилена в течение пяти дней, позволяя отслеживать связь между уровнями этилена и цветения растений.

В своих исследованиях гвоздик, исследователи обнаружили, что произошел стремительный скачок в концентрации этилена в первый день эксперимента, и цветы цвели вскоре после того, что все в течение дня или двух.

Фиолетовый лизиантус цветы показали более постепенное увеличение этилена, который начался в первый день и длилось до четвертого дня, когда он начал снижаться. Соответственно, распускаются цветы растянулось на несколько дней, а некоторые до сих пор не зацвела к концу эксперимента.

Исследователи также изучали ли продуктов завода, которые пришли с цветами, не повлияли на производстве этилена. Они обнаружили, что растения давали пищу показала небольшие задержки в производстве этилена и цветет, но эффект был не очень значительным (всего несколько часов).

Команда МИТ подал заявку на патент на новый датчик. Исследование финансировалось Национальным научным фондом США Армия инженер научно-исследовательский центр экологического качества технологии программы, естественным наукам и инженерным исследованиям совета Канады и Сан-Паулу Исследовательский фонд.

сделать разницу: спонсорские возможности