水果和蔬菜在他们破坏

如鲜花盛开,水果成熟时,它们发出一种无色、带着甜蜜香味气体被称为乙烯。麻省理工学院的化学家已经创建了一个微小的传感器可以检测气体浓度低至15十亿分之几,他们认为可能是有用的在防止食物变质。

气缸传感器,它是由半导体碳纳米管,可以用来监测水果和蔬菜运输和存储,有助于减少食物浪费,Timothy锻造机说,约翰·d·麦克阿瑟麻省理工学院化学教授。

“有一个持续的需要更好的食品管理和减少食物浪费,“锻造机说。“人运输水果在运输途中想知道它是怎么做的,以及他们是否需要采取措施,降低乙烯运输时它。”

除了自然作为植物激素乙烯也是世界上最广泛的制造有机化合物,用于制造塑料和服装等产品。乙烯的探测器也可以用于监测这种工业乙烯制造,研究人员说。

锻造机是这项研究的资深作者,刊登在今天的《ACS中央。麻省理工学院博士后Darryl方是论文的第一作者,和麻省理工学院研究生Shao-Xiong(列侬)罗和访问学者拉斐拉达对峙安德烈也是作者。

成熟与否

乙烯是由大多数植物,利用它作为激素来刺激经济增长,成熟,和其他关键阶段的生命周期。例如香蕉,产生越来越多的乙烯作为他们成熟,变成褐色,和鲜花生产准备绽放。压力下的生产和鲜花可以过度生产乙烯,导致他们过早地成熟或枯萎。据估计,每年美国超市失去约12%的水果和蔬菜腐败,据美国农业部。

2012年,锻造机的实验室开发了一个乙烯传感器包含数以万计的碳纳米管阵列。这些碳缸允许电子沿着它们流动,但研究人员添加铜原子,减缓电子流。乙烯存在时,结合铜原子和减缓电子更多。测量这种放缓多少可以揭示乙烯。然而,这种传感器只能检测乙烯水平下降到500十亿分之几,因为传感器含有铜,他们最终可能会成为腐蚀由氧气和停止工作。

”还不是一个好的商业传感器乙烯,“锻造机说。“管理任何类型的产生长期存储,像苹果和土豆,人们希望能够衡量其乙烯来确定在停滞模式或如果它成熟。”

锻造机,方创建一种新型的乙烯也是基于碳纳米管传感器,但通过一个完全不同的机制,称为瓦克氧化。而不是直接融合一个金属如铜结合乙烯,他们使用了金属催化剂称为钯增加了在这一过程被称为氧乙烯氧化。

执行这一氧化钯催化剂,催化剂暂时获得电子。钯碳纳米管然后将这些额外的电子传递,使他们更导电。通过测量产生的电流的变化,研究人员可以检测乙烯的存在。

传感器响应乙烯在几秒的曝光,一旦气走了,传感器返回基线电导率在几分钟内。

“你是两种不同的状态之间切换的金属,而且一旦乙烯不再存在,它从瞬态,电子的状态回到原来的状态,”方说。

“瓦克的再利用氧化催化乙烯检测系统是一个非常聪明,从根本上跨学科的主意,”扎卡里·Wickens说化学威斯康辛大学的助理教授,他并没有参与这项研究。“研究小组引用了最近修改瓦克氧化提供健壮的催化体系和基于碳纳米管的设备提供一个整合成显著的选择性和简单的乙烯传感器。”

盛开

为了测试传感器的功能,研究人员把碳纳米管和其他传感器组件到载玻片上。然后他们用它来监视乙烯生产两种类型的花,康乃馨和紫色桔梗。他们测量乙烯生产超过五天,允许他们跟踪乙烯水平之间的关系和植物的开花。

康乃馨的研究,研究人员发现,有快速上升的乙烯浓度在实验的第一天,和鲜花盛开后不久,在一天或两天。

紫色桔梗花显示更多的逐渐增加乙烯在第一天开始,一直持续到第四天,当它开始下降。相应地,花朵的盛开在几天,一些人仍然没有盛开的实验。

研究人员还研究了花朵的植物性食物包,是否有任何影响乙烯生产。他们发现,植物的食物显示轻微的延迟乙烯生产和盛开的,但是效果不显著(只有几个小时)。

参考
跟踪通过瓦克氧化乙烯传感。Darryl方、Shao-Xiong罗、拉斐拉安德烈,蒂莫西·m·锻造机。ACS分钱。科学。2020年3月18日,2020年,https://doi.org/10.1021/acscentsci.0c00022。

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