魔术贴食品传感器检测腐败，污染

麻省理工学院的工程师们设计了一种类似维可牢尼龙搭扣的食物传感器，它由一系列的丝微针制成，可以穿透塑料包装，对食物进行腐败和细菌污染的取样。

传感器的微针由蚕茧中的可食用蛋白质溶液制成，设计用于将液体吸入传感器背面，传感器背面用两种专用墨水打印。其中一种“生物墨水”在与一定pH范围的液体接触时会变色，表明食物已经变质；另一个在感应到诸如致病性细菌等污染细菌时会变色大肠杆菌。

研究人员将传感器安装在生鱼片上，并注入了被污染的溶液大肠杆菌不到一天之后，他们发现传感器上印有细菌感应生物墨水的部分从蓝色变为红色，这是鱼被污染的明显迹象。几个小时后，pH敏感的生物链也改变了颜色，指导鱼类也被宠坏了。

这种智能食物传感器可能有助于防止疫情爆发，比如最近在洋葱和桃子中出现的沙门氏菌污染。它们还可以防止消费者扔掉那些可能已经过期但实际上仍可食用的食物。

麻省理工学院土木与环境工程系Paul M.Cook职业发展助理教授贝内代托·马雷利（Benedetto Marelli）说：“由于缺乏适当的标签，有很多食物被浪费了，我们甚至不知道食物是否变质就把它们扔掉了。”。“疫情爆发后，人们还会浪费大量食物，因为他们不确定食物是否受到了污染。这样的技术会让最终用户有信心不浪费食物。”

马雷利在这篇论文中的合著者是金多云、曹云腾、马里亚潘、小迈克尔·s·博诺和A·约翰·哈特。

丝绸与印刷

这种新型食品传感器是Marelli（其实验室利用丝绸的特性开发新技术）和a.John Hart（其团队开发新的制造工艺）合作的产物。

Hart最近开发了一种高分辨率的floxography技术，实现了能够实现低成本印刷电子和传感器的微观模式。与此同时，马瑞利已经开发出一种基于丝的微针戳，可以渗透并将营养传递给植物。在谈话中，研究人员想知道他们的技术是否可以配对生产一个监测食品安全的打印食品传感器。

“只需测量其表面评估食物的健康往往不够好。在某些时候，Benedetto提到了他的团队的微针与植物一起工作，我们意识到我们可以将我们的专业知识结合起来进行更有效的传感器，“Hart说。

该团队希望创造一种可以穿透多种食物表面的传感器。他们提出的设计包括一组由丝绸制成的微针。

马雷利说：“丝绸完全可以食用，无毒，可以用作食品成分，而且它的机械强度足以穿透肉、桃子和莴苣等多种组织类型。”。

更深层次的检测

为了使新传感器，Doyoon Kim首先取代了丝素蛋白的溶液，从蛾茧中提取的蛋白质，并将溶液倒入硅氧烷微针模具中。干燥后，他剥离了所得微针的阵列，每个阵列长度为1.6毫米长，600微米宽 - 大约三分之一的意大利面线的直径。

该团队随后开发了两种生物型的解决方案 - 可与其他感测成分混合的可打印聚合物。在这种情况下，研究人员混合成一个对分子敏感的生物肽大肠杆菌. 当抗体与该分子接触时，它会改变形状并在物理上推动周围的聚合物，从而改变bioink吸收光的方式。通过这种方式，bioink可以在感知到污染细菌时改变颜色。

研究人员制造了一种含有敏感抗体的生物墨水大肠杆菌，对与腐败相关的pH水平敏感的第二生物链。它们在微针阵列的表面上印刷细菌感应的生物链，以字母“e”的图案，其印刷为pH敏感的生物链，如“C”。这两个字母最初出现着蓝色的颜色。

然后，金嵌入每个微孔内的孔，以增加阵列通过毛细管作用抽取流体的能力。要测试新传感器，他从本地杂货店购买了几个生鱼片，并用含有含有的液体注入每个圆角大肠杆菌那沙门氏菌，或没有任何污染物的液体。他将传感器粘在每个圆角。然后，他等了。

大约16个小时后，研究小组观察到，只有在被污染的鱼片中，“E”从蓝色变成了红色大肠杆菌，表明传感器准确检测到了细菌抗原。再过几个小时，所有样本中的“C”和“E”都变成红色，表明每个圆角都已损坏。

研究人员还发现他们的新传感器表明污染和腐败比现有的传感器更快，只能检测食物表面上的病原体。

“食物中有许多腔体和孔，其中嵌入病原体，表面传感器无法检测到这些，”Kim表示。“所以我们必须更深入地插入，以提高检测的可靠性。使用这种穿孔技术，我们也不必打开包裹检查食品质量。“

该团队正在寻找加速微针的吸收流体的方法，以及对污染物的感测的生物链条。一旦设计经过优化，他们就会设想传感器可以沿供应链的各个阶段使用，从加工厂的操作员可以使用传感器在运输之前监控产品，以便可以选择应用传感器的消费者在某些食物上，以确保它们是安全的。

马萨诸塞州理工大学（麻省理工学院）

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–副主编Chris Vavra编辑，控制工程，CFE媒体和技术，cvavra@cfemedia.com。