類魔術貼的食物傳感器可檢測變質和汙染

類魔術貼的食物傳感器可檢測變質和汙染

麻省理工學院的工程師設計了一種類似維可牢尼龍搭扣的食物傳感器，該傳感器由一系列的絲綢微針製成，可刺穿塑料包裝以取樣食物，以檢查是否有變質和細菌汙染的跡象。

食品質量監控，特別是整個食品供應鏈中細菌病原體和腐敗變質的檢測，對於確保全球食品安全和最大程度地減少食品損失至關重要。將傳感器整合到包裝中是有希望的，但是在使用食品安全傳感器材料時要達到所需的採樣量具有挑戰性。在這裡，通過利用絲素蛋白的水基處理，可以使用多孔絲微針陣列實現食品中病原細菌檢測的平臺。

微針陣列通過毛細管作用從食物內部採樣液體，將液體呈現給陣列背面印刷的聚二乙炔基生物墨水。通過生物墨水圖案的比色響應，大腸桿菌在注射魚粉後的16小時之內即可確定魚片中的汙染物。該響應不同於通過樣品pH值增加而測得的變質。還顯示出微針可以刺穿食品包裝，然後對液體進行採樣並將其提供給傳感器，從而使食品供應鏈中下遊的技術（如商店或家中）能夠適應。這項研究強調，再生的結構生物聚合物可以用作食品接觸和傳感的安全材料，具有強大的機械性能和定製的化學性質。

傳感器的微針是用蠶繭中的可食用蛋白質溶液模製而成的，旨在將流體吸入傳感器的背面，並用兩種類型的專用墨水進行印刷。這些&34;中的一種在與一定pH範圍的液體接觸時會變色，表明食物已變質；另一個在感覺到諸如病原性大腸桿菌等汙染細菌時變色。

研究人員將傳感器連接到生魚片上，該魚片中注入了被大腸桿菌汙染的溶液。不到一天後，他們發現傳感器上印有細菌感應生物墨水的部分從藍色變成了紅色-清楚地表明魚已被汙染。再過幾個小時後，對pH敏感的生物墨水也會變色，表明魚也變質了。

類似維可牢尼龍搭扣的食物傳感器由一系列的絲綢微針製成，可以刺穿塑料包裝以取樣食物，以檢查是否有變質和細菌汙染的跡象。

該結果發表在《 Advanced Functional Materials》（&34; &34;）上，是開發一種新的比色傳感器的第一步，該傳感器可以檢測食物變質和汙染的跡象。

這種智能食品傳感器可能有助於防止疾病暴發，例如最近洋蔥和桃子中的沙門氏菌汙染。它們還可以防止消費者扔出可能超出列印出的有效期但實際上仍可食用的食物。

麻省理工學院Paul M. Cook職業發展助理教授Benedetto Marelli說：&34;土木與環境工程。疫情爆發後，人們還會浪費很多食物，因為他們不確定食物是否受到汙染。這樣的技術將使最終用戶有信心不浪費食物。&34;哈特回憶道。

該團隊希望創建一種可以穿透多種食物表面的傳感器。他們提出的設計包括一系列由絲綢製成的微針。

&34; Marelli說。

更深入的檢測

為了製造新的傳感器，Kim首先製備了一種絲素蛋白溶液（一種從飛蛾繭中提取的蛋白質），然後將溶液倒入矽膠微針模具中。乾燥後，他剝去了所得的微針陣列，每個微針長約1.6毫米，寬約600微米，大約是義大利麵條線直徑的三分之一。

然後，研究小組為兩種生物墨水開發了解決方案-可以與其他傳感成分混合的變色可印刷聚合物。在這種情況下，研究人員將一種對大腸桿菌分子敏感的抗體混入一種生物墨水中。當抗體與該分子接觸時，它會改變形狀並物理推動周圍的聚合物，從而改變生物墨水吸收光的方式。這樣，生物墨水在感覺到汙染細菌時可以改變顏色。

研究人員製造了一種生物墨水，其中包含對大腸桿菌敏感的抗體，以及第二種對與腐敗相關的pH值敏感的生物墨水。他們將細菌敏感生物墨水以字母&34;的形式印刷在微針陣列的表面，然後在其旁邊將pH敏感生物墨水印刷為&34;。兩個字母最初都顯示為藍色。

然後，Kim將孔隙嵌入每個微針中，以提高陣列通過毛細作用吸收液體的能力。為了測試新傳感器，他從當地一家雜貨店購買了幾片生魚片，並向每片魚片注入了含有大腸桿菌，沙門氏菌或不含任何汙染物的液體。他在每個魚片上插入了一個傳感器。大約16小時後，研究小組觀察到&34;僅在被大腸桿菌汙染的魚片中從藍色變為紅色，表明該傳感器準確地檢測到了細菌抗原。再過幾個小時後，所有樣品中的&34;和&34;都變成紅色，表明每個魚片都變質了。

研究人員還發現，與僅檢測食物表面病原體的現有傳感器相比，他們的新型傳感器指示汙染和變質的速度更快。

金說：&34; &34;

該團隊正在尋找加快微針對液體吸收以及生物墨水對汙染物的感應的方法。優化設計後，他們設想該傳感器可以在整個供應鏈的各個階段使用，從加工廠的操作員（可以使用傳感器監視產品出廠之前的操作者）到可以選擇應用傳感器的消費者確保某些食物可以安全食用。