Качеството и безопасността на храните са от решаващо значение. Въпреки това, конвенционалните методи за мониторинг на храните, включително риботипиране и полимеразна верижна реакция, обикновено са разрушителни и отнемат много време. Тези недостатъци ограничават техния потенциал за широко приложение. В това отношение сензорирането чрез повърхностно усилено раманово разсейване (SERS), което разполага с възможности за неразрушимост, висока чувствителност и работа в реално време, представлява изключително обещаваща алтернатива.
В нов пробив, екип от изследователи, ръководен от доцент Джи-Хван Ха от Катедрата по механично инженерство към Националния университет Ханбат в Република Корея, разработи сензор два-в-едно – наноструктуриран SERS сензор, интегриран в разтеглива и антимикробна опаковка (NSSAW). Тази новаторска опаковка не само наблюдава храната директно на повърхността ѝ, но и активно я консервира. Техните нови открития са публикувани в списание Small.
Предложената опаковка включва наноструктуриран SERS сензор – Au нано-масиви, заредени със Ag наночастици – който осигурява до 30,11 пъти Раманово усилване, позволявайки неразрушимо откриване в реално време на хранителни компоненти, включително пурини, протеини, липиди и каротеноиди, както и на пестицида тирам, върху месо, риба и плодове. В същото време, опаковката, изработена чрез електропредене от куркумин-термопластичен полиуретан (TPU), показва силна антимикробна ефикасност от 99,99% срещу S. aureus и 99,9% срещу E. coli, което помага за удължаване на срока на годност.
Забележително е, че NSSAW е изключително разтеглива и конформна (прилепваща), издържаща на удължаване от 716% и максимално напрежение от 52,3 MPa. SERS слоят е интегриран спонтанно в нея по време на производството чрез нанопечатна литография, e-beam наклонено отлагане и електропредене с нанотрансферен печат, което показва практичен път към мащабируемо пакетиране.
„При логистиката и съхранението в хладилни вериги, опаковката може да помогне на дистрибуторите да решат кога да изпратят и продадат храната, като непрекъснато проследяват свежестта и химията на развалянето. В интелигентното опаковане на дребно, нейната разтеглива, конформна и биосъвместима природа позволява неразрушителни проверки на качеството и хранителните маркери на самата опаковка – без никакво увреждане на храната – подпомагайки автоматизацията на качеството на мястото на продажба и прозрачното етикетиране на датите. По този начин, реалното приложение на нашата технология обхваща цялата верига от фермата до трапезата“, казва професор Ха.
Освен това, NSSAW проследява напредъка на развалянето във времето, като следи маркера за бактериални емисии диметил дисулфид, свързвайки химията със свежестта по начин, който потребителите и индустрията могат да интерпретират. По този начин се очаква това изследване да отвори нови хоризонти в наблюдението на свежестта и състава на човешката храна.
„NSSAW може да действа като индикатор за свежест върху храната по време на потребителско съхранение за домашна употреба и доставка на готови ястия, свързвайки химическите промени с лесни за тълкуване сигнали във времето. В допълнение, за морски дарове и меса с висока стойност, количественото проследяване на пурини като хипоксантин подпомага проверката на премиум качеството и решенията за срока на годност. Нещо повече, като активна опаковка, куркумин-TPU, със своите антимикробни свойства, допълва сензорирането с консервиране, за да удължи срока на годност при дистрибуция и търговия на дребно“, обяснява професор Ха. През следващите пет до десет години, опаковките, които едновременно съхраняват храната и непрекъснато проверяват нейното качество, могат да преминат от пилотни проекти към масово приложение. Използвайки иновативната технология, представена в това проучване, търговците на дребно и потребителите биха могли да разчитат на неразрушими сигнали за качество в реално време, вместо на груби оценки на дати – намалявайки отпадъците, подобрявайки безопасността и позволявайки по-интелигентно ценообразуване и изтегляне на продукти.
