NIMS och AIST har utvecklat en liten sensor som kontinuerligt kan övervaka växthormonet eten. Etylengas främjar mognad i frukt och grönsaker, men överdriven exponering får dem att ruttna. Den nya lilla sensorn kan användas för att övervaka frukt och grönsaker genom att kontinuerligt detektera etylengas, säkerställa färskheten under transport och lagring, och hjälper till att minska matsvinnet.

Etylen är en gasformig molekyl som frigörs av frukt och grönsaker som ett mognadsfrämjande fytohormon. Färska råvaror kan artificiellt mogna i förvaring efter skörd genom införande av eten i en lagringsanläggning. Kontinuerlig övervakning av etenkoncentrationer i dessa anläggningar kan göra det möjligt att uppskatta mognadsprogressionen av lagrade produkter mer exakt, möjliggör ett optimalt transport- och lagringsschema. Denna potentiella fördel har lett till stor efterfrågan på utveckling av små, billiga eten -sensorer från jordbruks- och livsmedelsindustrin. Små sensorer som kan detektera eten är kommersiellt tillgängliga, men många av dem fungerar bara vid höga temperaturer (200-300 ℃). Förutom, de kommersiellt tillgängliga sensorerna som använder halvledare som avkänningsmaterial kan detektera andra gasformiga molekyler (t.ex. alkohol och metan) samtidigt på grund av dess mycket aktiva yta. Dessa befintliga sensorer saknar därför selektiv känslighet för eten.

I detta forskningsprojekt, vi utvecklade en liten, mycket känslig sensor som kan detektera eten med stor selektivitet. Denna sensor består av tre komponenter:en mycket aktiv katalysator som selektivt omvandlar eten till acetaldehyd, ett reagens som reagerar med acetaldehyd för att frigöra sur gas och en SWCNT (enkelväggig kolnanorör) -elektrod som är mycket känslig för sur gas (figur). Denna mycket aktiva katalysator kan upprepade gånger omvandla eten till acetaldehyd när analytluft passerar genom den. Dessutom, katalysatorn kan arbeta vid nära rumstemperatur (40 ℃), gör den lilla sensorn energieffektiv. Den sura gasen som produceras genom reaktionen mellan acetaldehyd och reagenset drar kraftigt bort elektroner från SWCNT -halvledaren, ändra halvledarens elektriska motstånd. Dessa egenskaper och mekanismer gör det möjligt för sensorn att selektivt och känsligt detektera eten även vid en extremt låg koncentration (0,1 ppm) genom att övervaka förändringar i elektrisk motstånd. Denna sensor förväntas vara effektiv för att övervaka etylenkoncentrationer för många typer av färskvaror i lagring. Till exempel, etenkoncentrationerna som främjar mognad i bananer och kiwifrukter är cirka 500 ppm och 10 ppm, respektive:väl inom sensorns användbara känslighetsområde.

Denna lilla, energieffektiva, billiga etylensensor är utformad för att vara kompatibel med big data-integration och nätverkssystem, och kan därför fungera som ett viktigt verktyg för att omsätta Japans supersmarta samhällsvision (Society 5.0-initiativet) i praktiken inom jordbruks- och livsmedelsindustrin. Denna forskargrupp utformar olika typer av mycket aktiva katalysatorer för att utveckla små sensorer som kan detektera andra gasformiga molekyler än eten.