To urządzenie MIT, oparte na zmodyfikowanych nanorurkach węglowych, może wykrywać aminy wytwarzane przez rozkładające się mięso.
Chemicy z MIT opracowali niedrogi, przenośny czujnik, który może wykrywać gazy emitowane przez gnijące mięso, umożliwiając konsumentom określenie, czy mięso w ich sklepie spożywczym lub lodówce jest bezpieczne do spożycia.
Czujnik, który składa się z chemicznie zmodyfikowanych nanorurek węglowych, mógłby zostać zastosowany w „inteligentnych opakowaniach”, które oferowałyby znacznie dokładniejsze informacje dotyczące bezpieczeństwa niż data ważności na opakowaniu, mówi Timothy Swager, profesor chemii John D. MacArthur w MIT.
Dodaje, że mogłoby to również ograniczyć marnowanie żywności. „Ludzie nieustannie wyrzucają rzeczy, które prawdopodobnie nie są złe”, mówi Swager, główny autor artykułu opisującego nowy czujnik w tym tygodniu w czasopiśmie Angewandte Chemie.
Głównym autorem artykułu jest doktorantka Sophie Liu. Inni autorzy to były technik laboratoryjny Alexander Petty i postdoc Graham Sazama.
Czujnik jest podobny do innych urządzeń z nanorurek węglowych, które w ostatnich latach opracowało laboratorium Swagera, w tym urządzenia wykrywającego dojrzałość owoców. Wszystkie te urządzenia działają na tej samej zasadzie:nanorurki węglowe można modyfikować chemicznie, tak aby ich zdolność do przenoszenia prądu elektrycznego zmieniała się w obecności określonego gazu.
W tym przypadku naukowcy zmodyfikowali nanorurki węglowe związkami zawierającymi metal zwanymi metaloporfirynami, które zawierają centralny atom metalu związany z kilkoma pierścieniami zawierającymi azot. Hemoglobina, która przenosi tlen we krwi, jest metaloporfiryną, której centralnym atomem jest żelazo.
W tym czujniku naukowcy wykorzystali metaloporfirynę z kobaltem w środku. Metaloporfiryny bardzo dobrze wiążą się ze związkami zawierającymi azot zwanymi aminami. Szczególnie interesujące dla naukowców były tak zwane aminy biogenne, takie jak putrescyna i kadaweryna, które są wytwarzane przez rozkładające się mięso.
Kiedy porfiryna zawierająca kobalt wiąże się z którąkolwiek z tych amin, zwiększa opór elektryczny nanorurki węglowej, co można łatwo zmierzyć.
„Wykorzystujemy te porfiryny do wytworzenia bardzo prostego urządzenia, w którym przykładamy potencjał do urządzenia, a następnie monitorujemy prąd. Kiedy urządzenie napotka aminy, które są znacznikami rozkładającego się mięsa, prąd urządzenia zmniejszy się”, mówi Liu.
W tym badaniu naukowcy przetestowali czujnik na czterech rodzajach mięsa:wieprzowinie, kurczaku, dorszu i łososiu. Odkryli, że w lodówce wszystkie cztery rodzaje zachowywały świeżość przez cztery dni. Wszystkie próbki pozostawione bez lodówki uległy rozkładowi, ale w różnym tempie.
Istnieją inne czujniki, które mogą wykrywać oznaki rozkładu mięsa, ale zwykle są to duże i drogie przyrządy, których działanie wymaga specjalistycznej wiedzy. „Zaletą, jaką mamy, jest to, że są to najtańsze, najmniejsze i najłatwiejsze w produkcji czujniki”, mówi Swager.
„Istnieje kilka potencjalnych korzyści z posiadania niedrogiego czujnika do pomiaru w czasie rzeczywistym świeżości produktów mięsnych i rybnych, w tym zapobiegania chorobom przenoszonym przez żywność, zwiększania ogólnej satysfakcji klientów i ograniczania marnowania żywności w sklepach spożywczych i w domach konsumentów”. mówi Roberto Forloni, starszy pracownik naukowy w Sealed Air, głównym dostawcy opakowań do żywności, który nie był częścią zespołu badawczego.
Nowe urządzenie wymaga również bardzo małej mocy i może zostać włączone do platformy bezprzewodowej opracowanej niedawno przez laboratorium Swager, która umożliwia zwykłym smartfonom odczytywanie danych wyjściowych z czujników z nanorurek węglowych, takich jak ten.
Naukowcy złożyli wniosek patentowy na technologię i mają nadzieję, że uzyskają licencję na jej rozwój komercyjny. Badania zostały sfinansowane przez National Science Foundation i Army Research Office za pośrednictwem Instytutu Nanotechnologii Żołnierza MIT.
Publikacja :Sophie F. Liu i in., „Single-Walled Carbon Nanotube/Metalloporphyrin Composites for the Chemiresistive Detection of Amines and Meat Spoilage”, Angewandte Chemie International Edition, 2015; DOI:10.1002/nie.201501434
Zdjęcie:Sophie Liu
