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能夠連續監測植物激素乙烯的小型傳感器的開發

來源：賽斯維傳感器網 發表于 2020/9/9

NIMS和AIST已開發出一種小型傳感器，能夠連續監測植物激素乙烯。乙烯氣體可促進水果和蔬菜的成熟，但是過度暴露會促使它們腐爛。新型小型傳感器可用于通過連續檢測乙烯氣體來監測水果和蔬菜，確保運輸和存儲期間的新鮮度，并有助于減少食物浪費。

乙烯是水果和蔬菜釋放的一種氣體分子乙烯傳感器，可促進植物激素的成熟。新鮮產品可以在收獲后的存儲中人工成熟通過將乙烯引入存儲設施。對這些設施中的乙烯濃度進行連續監測可以使所儲存農產品的成熟進程更加準確地估算出來乙烯傳感器，從而實現最佳的運輸和儲存時間表。這種潛在的利益導致對農業和食品工業中小型，廉價的乙烯傳感器的開發提出了很高的要求。能夠檢測乙烯的小型傳感器可商購乙烯傳感器，但許多傳感器僅在高溫（200-300℃）下工作。此外，由于其高活性表面，使用半導體作為感測材料的市售傳感器可以同時檢測其他氣態分子（例如，酒精和甲烷）。因此，這些現有的傳感器缺乏對乙烯的選擇性敏感性。

在此研究項目中，我們開發了一種小型，高靈敏度的傳感器，能夠以高選擇性檢測乙烯。該傳感器由三部分組成：一種高活性催化劑，可選擇性地將乙烯轉化為乙醛；一種與乙醛反應以釋放酸性氣體的試劑；以及一個對酸性氣體非常敏感的SWCNT（單壁碳納米管）電極（圖）。當分析物空氣通過時，這種高活性催化劑可以將乙烯反復轉化為乙醛。此外，該催化劑可在接近室溫（40℃）的條件下運行，從而使小型傳感器具有較高的能源效率。乙醛與試劑之間的反應產生的酸性氣體會從SWCNT半導體中強烈吸收電子，從而改變半導體的電阻。這些特性和機制使傳感器能夠通過監視電阻變化，即使在極低的濃度（0.1 ppm）下也能夠選擇性和靈敏地檢測乙烯。該傳感器有望有效監測多種類型乙烯的乙烯濃度。儲存新鮮農產品。例如，促進香蕉和獼猴桃中成熟的乙烯濃度分別約為500 ppm和10 ppm：完全在傳感器的有用靈敏度范圍內。

這種小型，節能，低成本的乙烯傳感器旨在與大數據集成和網絡系統兼容氫氣報警器，因此可以作為在日本實踐超智能社會構想（學會5.0倡議）的重要工具。農業和食品工業。該研究小組正在設計不同類型的高活性催化劑，以開發可檢測乙烯以外的氣態分子的小型傳感器。

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