中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部的蔣長(zhǎng)龍、楊亮研究團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)了兩種可逆的水凝膠熒光傳感器：
把這種柔軟的貼片輕輕貼在肉類(lèi)表面，能立刻通過(guò)貼片的顏色變化，知曉肉類(lèi)的新鮮程度！而且，貼片使用后，只需用清水沖洗，便又可以重復(fù)利用。
這種神奇的貼片就是一種基于上轉(zhuǎn)換材料設(shè)計(jì)的水凝膠貼片。相關(guān)研究成果已分別發(fā)表于國(guó)際知名期刊《分析化學(xué)》和《微尺度》，學(xué)術(shù)與應(yīng)用價(jià)值廣泛。
用上轉(zhuǎn)換材料水凝膠貼片監(jiān)測(cè)魚(yú)類(lèi)肉質(zhì)新鮮度。圖片來(lái)源：微尺度 Small 2024, 2405812
上轉(zhuǎn)換材料與水凝膠
上轉(zhuǎn)換材料是一種能夠?qū)⒌湍芰抗猓ㄈ缂t外光）轉(zhuǎn)化為高能量光（如可見(jiàn)光或紫外光）的先進(jìn)功能材料。這種獨(dú)特的光學(xué)性能使其能夠在復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高靈敏度、低背景干擾的檢測(cè)。借助上轉(zhuǎn)換材料，檢測(cè)技術(shù)可以在不依賴(lài)昂貴儀器的情況下，提供清晰的信號(hào)輸出，非常適合食品質(zhì)量和健康標(biāo)志物的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
水凝膠則是一種具有高水含量的柔性材料，兼具生物相容性和高靈敏性。它能夠?qū)⑸限D(zhuǎn)換材料牢牢地固定，同時(shí)為檢測(cè)提供良好的反應(yīng)環(huán)境。制成貼片后，這種材料可以應(yīng)用于葡萄酒、血清或食品包裝中，作為靈活的傳感平臺(tái)。
監(jiān)測(cè)食品新鮮度
這種切片，通過(guò)監(jiān)測(cè)食物中以下兩種成分，就能判斷食品新鮮度啦！
1.甲基乙二醛：風(fēng)味與健康的雙重標(biāo)志
甲基乙二醛廣泛存在于人體代謝和食品發(fā)酵過(guò)程中。它決定了葡萄酒中特有的風(fēng)味復(fù)雜性，同時(shí)也是一種與多種代謝性疾病相關(guān)的重要生物標(biāo)志物。基于上轉(zhuǎn)換材料的水凝膠貼片，能夠快速捕捉葡萄酒和血清中的 MGO 變化。
例如，檢測(cè)貼片可以直接置入葡萄酒中，通過(guò)顏色或熒光信號(hào)的變化，直觀顯示風(fēng)味成分的濃度變化或血清中的代謝健康狀況。
2.生物胺：食品新鮮度的信號(hào)燈
生物胺是一類(lèi)在食品腐敗過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物，其濃度直接反映食品的品質(zhì)。肉類(lèi)、魚(yú)類(lèi)等高蛋白食品中，生物胺的積累常預(yù)示著變質(zhì)。通過(guò)將上轉(zhuǎn)換材料嵌入水凝膠貼片，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)具有崎嶇表面食品的生物胺檢測(cè)。在食品包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)藏中，這種貼片能通過(guò)信號(hào)變化提示食品的新鮮度，為消費(fèi)者提供安全保障。
這種貼片好用嗎？
通過(guò)將上轉(zhuǎn)換納米材料的優(yōu)異光學(xué)特性與水凝膠的柔性和可逆性結(jié)合，該傳感器在檢測(cè)性能、靈敏度和適用場(chǎng)景上都實(shí)現(xiàn)了突破性的提升。
1.靈敏度極高
這兩種水凝膠熒光傳感器表現(xiàn)出極高的靈敏度，對(duì)甲基乙二醛和生物胺的檢測(cè)限分別低至 75.4 nM 和 2.73 μM，這相當(dāng)于可以檢測(cè)出是否在一個(gè)水缸中曾經(jīng)滴入一滴可樂(lè)。其高選擇性與低檢測(cè)限使其在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)。
曙紅B水凝膠熒光傳感器可以靈敏地通過(guò)顏色顯示MGO的濃度。圖片來(lái)源：分析化學(xué)Anal. Chem. 2024, 96, 20568?20577
2.貼片可以貼合各種表面
貼片的最大特點(diǎn)之一就是它的柔軟性。它不僅觸感舒適，還能輕松地貼合到各種表面，無(wú)論是光滑的平面還是稍微有些彎曲的部位，都能貼合不松動(dòng)。
水凝膠貼片可以實(shí)現(xiàn)各種形變。圖片來(lái)源：分析化學(xué)Anal. Chem. 2024, 96, 20568?20577
3.適用場(chǎng)景豐富
這種貼片能夠根據(jù)食物的新鮮程度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并提供反饋，讓消費(fèi)者和生產(chǎn)商及時(shí)掌握食品的狀態(tài)。它不僅適用于超市、餐館等零售和服務(wù)場(chǎng)所，還可以用于物流運(yùn)輸過(guò)程中，幫助確保食品從生產(chǎn)到消費(fèi)者手中的每一步都保持最佳的新鮮度。
4.可重復(fù)使用
相比一次性使用的檢測(cè)工具，這種貼片經(jīng)過(guò)適當(dāng)清潔后，可以多次使用。每次使用時(shí)，它依然能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)食物的新鮮度變化，減少了資源浪費(fèi)和成本投入。
曙紅B水凝膠傳感貼片對(duì)于甲基乙二醛的可逆檢測(cè)。圖片來(lái)源：分析化學(xué)Anal. Chem. 2024, 96, 20568?20577
姜黃素水凝膠傳感貼片對(duì)生物胺的可逆檢測(cè)。圖片來(lái)源：微尺度Small 2024, 2405812
這項(xiàng)技術(shù)將推動(dòng)食品安全、
健康監(jiān)測(cè)更進(jìn)一步
這種水凝膠熒光傳感器可以精確監(jiān)測(cè)葡萄酒中關(guān)鍵風(fēng)味成分的變化，從而優(yōu)化生產(chǎn)工藝和品質(zhì)控制。同時(shí)，該傳感器還能用于分析血清樣本中的生物標(biāo)志物，為健康狀況的快速評(píng)估提供了便捷的工具。此外，該技術(shù)還具備評(píng)估食品新鮮度的潛力，為食品安全管理提供了一種創(chuàng)新手段。
這項(xiàng)研究不僅為風(fēng)味與健康標(biāo)志物的多場(chǎng)景檢測(cè)開(kāi)辟了全新路徑，還為未來(lái)智能傳感器技術(shù)的開(kāi)發(fā)奠定了重要基礎(chǔ)。隨著該技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化與推廣，它有望推動(dòng)食品安全、健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域向更高效、更便捷和更智能化的方向發(fā)展，為人類(lèi)生活品質(zhì)的提升和健康保障提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
參考文獻(xiàn)
[1] JIANG R, YANG F, KANG X, et al. Background‐free imaging of food freshness using curcumin‐functionalized upconversion reversible hydrogel patch [J]. Small, 2024, 2405812.
[2] KANG X, ZHANG L, JIA W, et al. Visual detection of methylglyoxal in multiple scenarios via NIR-excitable reversible ratiometric fluorescent hydrogel sensor [J]. Analytical Chemistry, 2024, 96(52): 20568-77.
策劃制作
出品丨科普中國(guó)
作者丨康曉慧、楊帆、楊亮（中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所）
監(jiān)制丨中國(guó)科普博覽
責(zé)編丨董娜娜
審校丨徐來(lái) 林林
熱門(mén)跟貼