（A）紙基電子氣體傳感器（PEGS）的制造。碳電極用圓珠筆和切刀繪圖儀打印在WhatmanTM纖維素色譜1紙上，可快速制作所需幾何形狀的原型。打印完成后，將傳感器切割并放置在卡式邊緣連接器內(nèi)以進(jìn)行表征。（B）單個(gè)PEGS的俯視圖，該P(yáng)EGS由兩個(gè)帶有三個(gè)手指的電極組成，每個(gè)手指之間的間距為1 mm。（C）跨三個(gè)手指的PEGS的橫截面（B中的紅色虛線）。碳墨水（黑色）部分滲入紙張（白色）。圖片來(lái)源：ACS Sensors（2019）。DOI：10.1021 / acssensors.9b00555

研究人員說(shuō)，新的傳感器可以幫助檢測(cè)變質(zhì)并減少超市和消費(fèi)者的食物浪費(fèi)。

英國(guó)三分之一的消費(fèi)者僅在達(dá)到使用期限之前就丟棄了食品，但我們每年丟棄的價(jià)值125億英鎊的食品中有60％（420萬(wàn)噸）是可以安全食用的。

實(shí)驗(yàn)室原型傳感器每個(gè)制造成本為2美分。它們被稱為“紙基電子氣體傳感器”（PEGS），可檢測(cè)肉類(lèi)和魚(yú)類(lèi)產(chǎn)品中的腐敗氣體，例如氨和三甲胺。

可以通過(guò)智能手機(jī)讀取傳感器數(shù)據(jù)，以便人們可以將智能手機(jī)放在包裝上以查看食物是否可以安全食用。

倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的PEGS研究人員通過(guò)將碳電極印刷在容易獲得的纖維素紙上來(lái)制造傳感器。這種可生物降解的材料是環(huán)保且無(wú)毒的，因此它們不會(huì)危害環(huán)境，并且可以安全地用于食品包裝。傳感器與“近場(chǎng)通信（NFC）”標(biāo)簽結(jié)合在一起，“ NFC”標(biāo)簽是一系列微芯片，可以被附近的移動(dòng)設(shè)備讀取。

在對(duì)魚(yú)和雞的包裝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試期間，PEGS比現(xiàn)有傳感器更快，更準(zhǔn)確地吸收了痕量的腐敗氣體，價(jià)格僅為它們的一小部分。

研究人員說(shuō)，這些傳感器最終還可以代替“使用期限”，這是較不可靠的新鮮度和食用性指標(biāo)。零售商降低成本可能最終也會(huì)降低消費(fèi)者的食品成本。

PEGS是有史以來(lái)第一個(gè)商業(yè)上可行的食品新鮮度傳感器。帝國(guó)大學(xué)生物工程系的主要作者菲拉特·古德博士說(shuō)：“盡管它們的設(shè)計(jì)目的是為了確保我們的安全，但食用日期可能會(huì)導(dǎo)致食用食品被扔掉。實(shí)際上，食用日期并不完全可靠。就安全性而言，因?yàn)槿藗兘?jīng)常由于儲(chǔ)藏不良而從食源性疾病中生病，即使某物品在其使用范圍內(nèi)。

“市民希望對(duì)自己的食物安全食用充滿信心，并避免因?yàn)闊o(wú)法判斷食物的安全性而不必要地扔掉食物。這些傳感器價(jià)格便宜，我們希望超市可以在三年內(nèi)使用它們。

“我們的愿景是在食品包裝中使用PEGS，以減少不必要的食品浪費(fèi)和由此造成的塑料污染。”

這項(xiàng)研究今天發(fā)表在ACS Sensors上。

食物浪費(fèi)

消費(fèi)者依靠使用日期或什至進(jìn)行“嗅覺(jué)測(cè)試”來(lái)檢查他們的食物是否安全食用，但是目前尚無(wú)商業(yè)可行的可靠替代方法來(lái)提供有關(guān)食物新鮮度和安全性的客觀反饋。

盡管食品技術(shù)人員多年來(lái)一直致力于確保安全性，但使用日期并未考慮特定食品的存儲(chǔ)和加工條件。因此，它們可能導(dǎo)致商店和消費(fèi)者丟棄安全和可食用的食物。此外，大部分浪費(fèi)的食品都用塑料包裝，從而造成了塑料污染。

這項(xiàng)研究的第一作者，同樣來(lái)自帝國(guó)理工學(xué)院生物工程系。他說(shuō)：“使用日期估計(jì)了易腐產(chǎn)品可能不再可食用的時(shí)間，但它們并不總是反映出其實(shí)際的新鮮度。

“盡管食品行業(yè)和消費(fèi)者對(duì)保質(zhì)期保持謹(jǐn)慎，這是可以理解的，但現(xiàn)在該是時(shí)候采用可以更準(zhǔn)確地檢測(cè)食品食用性并減少食品浪費(fèi)和塑料污染的技術(shù)了。”

由于PEGS可以加工肉類(lèi)和魚(yú)類(lèi)等高價(jià)值產(chǎn)品，因此可以減少浪費(fèi)，并使商店能夠根據(jù)PEGS而不是使用日期來(lái)針對(duì)特定商品使用目標(biāo)價(jià)格降低的商品，從而為商店及其客戶節(jié)省金錢(qián)。

電流傳感器

現(xiàn)有的食物變質(zhì)傳感器不常用，因?yàn)樗鼈円�么太昂貴（通常占總包裝成本的四分之一），要么太難解釋。換色傳感器實(shí)際上可能會(huì)增加食物浪費(fèi)，因?yàn)橄�費(fèi)者甚至?xí)�將最�?xì)微的顏色變化都解釋為“不好的食物”。

PEGS技術(shù)旨在解決這兩個(gè)問(wèn)題。作者不僅生產(chǎn)成本低廉，而且易于用電讀數(shù)來(lái)解釋，但他們發(fā)現(xiàn)PEGS克服了當(dāng)前氣體傳感器的許多缺點(diǎn)。他們：

在接近100％的濕度下有效運(yùn)行，大多數(shù)傳感器的濕度都在90％以上。

在室溫下工作，不需要加熱，因此它們消耗的能量非常低。

僅對(duì)食物變質(zhì)中涉及的氣體敏感，而其他傳感器可以由非變質(zhì)氣體觸發(fā)。

下一步是什么？

研究人員使用圓珠筆和機(jī)器人切割機(jī)來(lái)創(chuàng)建傳感器。Güder博士說(shuō)：“我們相信，通過(guò)使用現(xiàn)有的大容量印刷方法，例如絲網(wǎng)印刷和卷對(duì)卷印刷，我們很容易將我們非常簡(jiǎn)單的技術(shù)擴(kuò)大規(guī)模以大規(guī)模生產(chǎn)PEGS�！�

作者希望，PEGS可以在食品加工以外的其他領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如感測(cè)農(nóng)業(yè)中的化學(xué)物質(zhì)，空氣質(zhì)量以及檢測(cè)與腎臟疾病相關(guān)的呼吸道疾病標(biāo)記。但是，研究人員希望在將PEGS應(yīng)用于目前的用途之外之前解決其對(duì)降低濕度的敏感性。

接下來(lái)，作者希望通過(guò)將PEGS應(yīng)用于其他類(lèi)型的食品和工業(yè)來(lái)擴(kuò)展其用途。他們目前正在開(kāi)發(fā)PEGS陣列，其中每個(gè)傳感器都檢測(cè)不同的化學(xué)物質(zhì)。使用該技術(shù)，陣列將針對(duì)不同的氣體和/或變化的濕度給出獨(dú)特的信號(hào)，這將使該技術(shù)適用于更廣泛的食品類(lèi)型和應(yīng)用。