Nanotechnologia w czujnikach świeżości pożywienia?

26 Feb 2013 13:12

Zaglądając w przyszłości do lodówki nie będziemy szukać na opakowaniach informacji o dacie przydatności produktu do spożycia. Krótki rzut oka na kolor etykiety pozwoli nam ocenić, czy mięso albo jogurt nadają się jeszcze do jedzenia, czy już do kosza. Etykiety IML wykonane z żelu fotonowego będą zmieniać barwę pod wpływem substancji chemicznych wydzielanych przez żywność. Ocena świeżości pożywienia jest jednym z wielu możliwych zastosowań nowej, wyjątkowo cienkiej folii fotosensorycznej, która została opracowana przez naukowców z Uniwersytetu Rice w Teksasie oraz z Massachusetts Institute of Technology (MIT) w USA. Wyniki ich prac zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie „ACS Nano” wydawanym przez Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne. Projektowi szefuje Ned Thomas, dziekan w Szkole Inżynieryjnej George'a R. Browna w Rice University w Houston w stanie Teksas oraz były szef Wydziału Inżynierii Materiałowej i Techniki w MIT. Thomas i jego zespół połączyli polimery w samoorganizujący się metamateriał, który zmienia kolor po ekspozycji na jony rozpuszczone w roztworze albo, ogólnie mówiąc, na jony znajdujące się w otoczeniu. Materiał zmienia barwę w zależności od zdolności jonów do penetracji warstw hydrofilowych. Materiał o grubości mikrometrowej, stworzony z nanoskalowych warstw hydrofobowego polistyrenu oraz hydrofilowej poli-2-winylopirydyny (P2VP), nazwano żelem fotonowym. Ned Thomas jest przekonany, że cieńszy od ludzkiego włosa żel będzie bardzo tani w produkcji. Folią nie droższą niż 100 dolarów moglibyśmy pokryć obszar wielkości boiska do futbolu (5350 m2) – powiedział. Przyjmując jego obliczenia, cena jednego metra kwadratowego nieznacznie przekraczałaby wartość jednej setnej euro, co oznacza, że koszt czujnika w opakowaniu mógłby być – przynajmniej teoretycznie – niezauważalnie mały mimo jego znaczącej wartości dodanej. Oczywiście w tym równaniu należy uwzględnić koszt rynkowego wdrożenia technologii i związanych z tym opłat niezbędnych do uzyskania aprobaty europejskich i międzynarodowych urzędów regulacyjnych, co z pewnością wpłynęłoby na jej dostępność. Thomas dodał: Jeśli (czujnik żywności) umieścimy w zamkniętym opakowaniu, którego wewnętrzne środowisko zmieni się pod wpływem zanieczyszczenia, starzenia się lub temperatury, kontroler ujrzy zmianę koloru czujnika z niebieskiego na czerwony i będzie wiedział, że żywność jest zepsuta. Efektem będzie znacznie łatwiejsza ocena świeżości, zwłaszcza gdy musisz kontrolować wiele produktów. A do odczytu sensorów nie jest wymagana wyższa technika: wystarczy ludzkie oko lub spektrofotometr skanujący produkty. Poddając folie wpływowi różnych roztworów badacze odkryli, że skala zmiany koloru zależy od ilości rozpuszczalnika wchłanianego przez P2VP. Poddanie folii (która w naturalnym stanie jest przezroczysta) wpływowi różnych substancji zmieniało jej barwę: na niebieską (pod wpływem tiocyjanianu), zieloną (jodu), żółtą (azotanu), pomarańczową (bromu) oraz czerwoną (chloru). Proces barwienia był za każdym razem w pełni odwracalny – folia pozbawiona wpływu wspomnianych substancji wracała do swego naturalnego przezroczystego stanu. Zmiana barwy następuje w rezultacie zmiany grubości warstw P2VP pod wpływem czynników zewnętrznych (takich jak sól czy stopień kwasowości). Gdy zmienia się grubość warstw P2VP, światło przechodzące przez materiał załamuje się w odmienny sposób. Ned Thomas sugeruje, że tę własność można wykorzystać do wyrobu żelu, który będzie „dostrojony” tak, by zachowywał się w określony sposób. Jak przekonują twórcy, nowa technologia może znaleźć potencjalne zastosowanie w służbach ochrony (do natychmiastowego wzrokowego wykrywania narkotyków, materiałów wybuchowych lub zanieczyszczeń biologicznych) oraz jako technologia alternatywna względem e-atramentów bądź wyświetlaczy TFT. Na podstawie informacji European Plastics News opracował TK