Последњих година, биолошка и биоматеријална микрокастића и микроласери привукли су велику пажњу због свог потенцијала у праћењу, етикетирању, биолошко детекцији, ћелијским баркодирању, информационим сигурностима и анти-фалсификовању. Међутим, ниједно истраживање није било фокусирано на стварање ласера користећи јестиве супстанце. Недавно је тим професора Матјаж Хума из Словеније објавио резултате у напредним оптичким материјалима, развијањем микроласерског система направљеног у потпуности у потпуности да уграђује баркоде и сензоре директно у храну директно у храну и ствара нови технички пут за праћење сигурности хране. Ово истраживање значајно повећава сљедивост, сигурност и праћење хране и лекова као и не-јестивих производа и пружа ново техничко решење за праћење животне средине, фармацеутске области и биомедицинске апликације.
Како направити јестиве микроласере?
Ласери се углавном састоје од три компоненте: извор пумпе, стекните средњу и резонантну шупљину. Средство појачања је флуоресцентна боја која пружа оптички добитак кроз стимулисану емисију. Студија је показала двије врсте микрокастика: псаптеждни режим галерије (ВГМ) и Фабри-Перот (ФП). Микроласер се пумпа спољним извором светлости, попут пулсираног ласера. Када оптички добитак у шупљини премашује оптички губитак, систем достиже ласерски праг и емитује ласерско светло. Јестиве супстанце се користе као стицање медија и шупљина у студији. Они се обично налазе у храни и медицини и користе се у разумним количинама и облицима. Кориштене супстанце нису хемијски модификоване ни на који начин, тако да визуелни изглед, укус и исхрана производа не мења значајно се мења и одржава се његова вредност околине.
Истраживачки тим систематски је прегледао одобрио додатке за храну и коначно идентификовали неколико кључних ласерских материјала:
- Породица хлорофил: Студија је утврдила да је квантни принос хлорофила-а у сунцокретном уљу достигао 0. 3, што је довољно да подржи ласерску емисију. Концентрација хлорофила која се природно налази у маслиновом уљу може постићи ласерски ефекат без потребе за било каквим додатним супстанцама.
- Витамин Б2 (Рибофлавин): Са квантним приносом 0. 27, добро се изводи у воденом раствору и пружа идеалан ласерски медиј за производе на бази воде.
- Кармин: Ова традиционална бојање хране показује добре перформансе ласера у масном окружењу, проширујући њен распон апликација.
Иновативни дизајн архитектуре у ласерској шупљини
Избор резонантних материјала за шупљину зависи од конфигурације и функције микроласера. Обично би ови материјали требали бити транспарентни, а у неким конфигурацијама морају имати висок рефракциони индекс или да се одражавају када се користе као огледало, тако да се могу користити различита уља, агар, желатин, хитозан и танки сребрни листови. У погледу ласерског дизајна шупљине, истраживачки тим је показао две иновативне архитектуре:
ПсаПљиве режим галерије (ВГМ): Коришћење оптичког укупног унутрашњег ефекта капљица уља или чврсте микросфере, ВГМС обично имају веома високе К факторе. Истраживачки тим је постигнут у облику корофила-а или 4 мм кармин растворен у сунцокретовом уљу. За капљице са хлорофилом, измерени К фактор је премашио 9 9 0 00, са просечним прагом у казну од 4,5 μЈ и стандардно одступање од 0,2 μЈ. Минимална величина капљица потребна за постизање уноса је око 35 уМ. Поред чистог хлорофила-а, нечишћене мешавине хлорофила извучене из шпината, па чак и чисто маслиново уље могу такође да емитују да би се проливало из капљица уља у води, али праг у облику је око три пута веће. Маслиново уље природно садржи довољно хлорофила да се користи као ласер у облику капљица нафте без додавања било које друге супстанце. ВГМ врхови су такође примећени у спектру испод прага који је узбуђен када се узбуђује помоћу континуираног таласа (ЦВ) ласера или светлосним диодом (ЛЕД).
Фабри-Перот (ФП): Линеарна шупљина која се састоји од два огледала са стечем између њих. Предложени ФП јестиви ласер користи јестиво сребрно листове као рефлекторе, агар или желатин као структурна подршка, а простор између огледала је испуњен 2 мм хлорофилом раствореном у сунцокретној уље или 5 мм рибофлавин натријум фосфата растворен у воденом раствору. Када је шупљина напуњена хлорофилом допед сунцокретовим уљем пумпана са пулсираним ласером, оштрим, подједнако распоређеним врховима у спектра емисије, изнад енергије у облику прага у лажирању, што указује на присуство давања у ФП шупљини, са просечним прагом ФП-а, са просечним прагом ФП од 5,9 μЈ. Лажирање је такође постигнуто коришћењем шупљине испуњене воденим раствором рибофлавин натријум-фосфата.
Неокрећи прецизни баркод
Ова студија показује прецизне могућности кодирања информација јестивих микроласера. Маниводисперсе капљице које је припремила микрофлуидичара имају само коефицијент величине САМО 0. 2% -0. 4%, што може постићи тачност контроле величине наноскале. Величина сваког капљице може се тачно мерити ласерском спектроскопијом са грешком од само 1,2 нМ. Истраживачки тим је развио А 14- бита бинарни систем кодирања који теоретски може да генерише 16.384 јединствених идентификационих кодова. Ово је довољно за кодирање кључних информација као што су информације о произвођачу, датум производње, датум истека и порекло. Због физичких ограничења поступка припреме, овај кодирање је физички неупотребљиво, пружајући крајњу заштиту против фалсификовања за производе високе вредности.
У стварном демонстрацији, истраживачки тим је успешно кодирао "Међународни дан да заустави храну, 26. априла 2 0 17" у конзервиране брескве. Читав процес кодирања захтева само 5 ул сунцокретовог уља, а допринос енергије на 500 мл производа је занемарљиво (само 0,008 кцал \/ 100 мЛ). После годину дана складиштења, кодиране информације и даље се могу савршено прочитати.
Мултифункционални сензорски надзор за сигурност хране
Поред функције против фалсификовања, систем такође показује снажне могућности сензора, пружајући начин праћења у реалном времену за безбедност хране:
Прецизно мерење концентрације шећера: Коришћење осетљивости ВГМ шупљине до рефракцијски индекс околног мерења, мерење концентрације шећера са тачношћу од {0}}. 2% је упоредиво са перформансама комерцијалних рефрактометара. Ово је од великог значаја за контролу квалитета производа као што су вино и сок.
Динамично праћење пХ вредности: Кроз експанзију фолија фолиса који реагује пХ, откривање пХ откривања са тачношћу 0. 05 ПХ јединица. У експерименту за мрље од млека, континуирана промена пХ вриједности током неколико дана успешно је пратила, пружајући нови алат за предвиђање рок трајања млечних производа.
Откривање раста микроба: Иновативна употреба желатине обогаћеног хранљивим састојимцима као сензорски медијум, када се гелатиназа коју производе бактерије распада структуру, ласерски сигнал нестаје, интуитивно указује на контаминацију микроба. Овај концепт сензора "самоуништавајућа" отвара нови начин раног упозоравања о кваровима хране.
Индикација експозиције температуре: Јестиве масти са различитим тачкама топљења користе се за прављење компоненти осетљивих на температуру. Једном изложени температури изнад постављене температуре, структура се трајно мења, пружајући неповратну методу снимања за надзор превлачења хладног ланца.
Резиме и Оутлоок
Ова студија је демонстрирала неколико јестивих ласера и њихове апликације у унапређењу безбедности хране и дроге. То је била прва систематска проучавање јестивих ласерских боја и микрокастика, која показује две врсте микрокастика: шапутање режима галерије и режима Фабри-Перота, потврђујући одличне перформансе јестивих микроласера као сензора и баркодова. Истраживачки тим је истакао да се поред хране, ова технологија може применити и на квалитетно праћење и мониторинг животне средине потрошачких производа као што су козметика и пољопривредни производи. Истовремено, овај концепт се може проширити на биомедијска поља као што су капсуле за лекове и медицинске имплантате, пружајући нове алате за персонализовани лек.
Огромни потенцијал ласерске технологије у области безбедности хране пружа иновативна решења за глобалну проблематику безбедности хране. Како технологија доспиједа, долази нова ера "паметне хране" - сваки производ ће имати своју "оптичку личну карту" која се не може ковати са могућностима праћења у реалном времену.
