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能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)植物激素乙烯的小型傳感器的開發(fā)

來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/9/9

NIMS和AIST已開發(fā)出一種小型傳感器，能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)植物激素乙烯。乙烯氣體可促進(jìn)水果和蔬菜的成熟，但是過度暴露會(huì)促使它們腐爛。新型小型傳感器可用于通過連續(xù)檢測(cè)乙烯氣體來監(jiān)測(cè)水果和蔬菜，確保運(yùn)輸和存儲(chǔ)期間的新鮮度，并有助于減少食物浪費(fèi)。

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(jìn)植物激素的成熟。新鮮產(chǎn)品可以在收獲后的存儲(chǔ)中人工成熟通過將乙烯引入存儲(chǔ)設(shè)施。對(duì)這些設(shè)施中的乙烯濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)可以使所儲(chǔ)存農(nóng)產(chǎn)品的成熟進(jìn)程更加準(zhǔn)確地估算出來乙烯傳感器，從而實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)輸和儲(chǔ)存時(shí)間表。這種潛在的利益導(dǎo)致對(duì)農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)中小型，廉價(jià)的乙烯傳感器的開發(fā)提出了很高的要求。能夠檢測(cè)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(dǎo)體作為感測(cè)材料的市售傳感器可以同時(shí)檢測(cè)其他氣態(tài)分子（例如，酒精和甲烷）。因此，這些現(xiàn)有的傳感器缺乏對(duì)乙烯的選擇性敏感性。

在此研究項(xiàng)目中，我們開發(fā)了一種小型，高靈敏度的傳感器，能夠以高選擇性檢測(cè)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(zhuǎn)化為乙醛；一種與乙醛反應(yīng)以釋放酸性氣體的試劑；以及一個(gè)對(duì)酸性氣體非常敏感的SWCNT（單壁碳納米管）電極（圖）。當(dāng)分析物空氣通過時(shí)，這種高活性催化劑可以將乙烯反復(fù)轉(zhuǎn)化為乙醛。此外，該催化劑可在接近室溫（40℃）的條件下運(yùn)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(yīng)產(chǎn)生的酸性氣體會(huì)從SWCNT半導(dǎo)體中強(qiáng)烈吸收電子，從而改變半導(dǎo)體的電阻。這些特性和機(jī)制使傳感器能夠通過監(jiān)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(cè)乙烯。該傳感器有望有效監(jiān)測(cè)多種類型乙烯的乙烯濃度。儲(chǔ)存新鮮農(nóng)產(chǎn)品。例如，促進(jìn)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(nèi)。

這種小型，節(jié)能，低成本的乙烯傳感器旨在與大數(shù)據(jù)集成和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兼容氫氣報(bào)警器，因此可以作為在日本實(shí)踐超智能社會(huì)構(gòu)想（學(xué)會(huì)5.0倡議）的重要工具。農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)。該研究小組正在設(shè)計(jì)不同類型的高活性催化劑，以開發(fā)可檢測(cè)乙烯以外的氣態(tài)分子的小型傳感器。

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