في السنوات الأخيرة ، اجتذبت المجهرية والميكرولز البيولوجية والبيولوجية الكثير من الاهتمام بسبب إمكاناتها في التتبع ، والوضعية ، والكشف البيولوجي ، وترميز الخلية ، وأمن المعلومات ، ومكافحة التمييز . ، ومع ذلك ، لم تركز أي أبحاث على خلق الليزر باستخدام المواد الصالحة للأكل.} المواد ، التي تطور نظامًا ميكرولًا مصنوعًا بالكامل من المواد الصالحة للأكل ، وتضمين الرموز الباركية والمستشعرات بنجاح مباشرة في الغذاء ، وإنشاء مسار تقني جديد لمراقبة سلامة الأغذية . هذا البحث يعزز بشكل كبير من قابلية التتبع ، ومراقبة الأدوية والطعام ، وكذلك المنتجات غير القابلة للبيئة ، ويوفر مراقبة بيئة ومستحضرات بيئة ومساحة. التطبيقات .
كيف تصنع microlasers الصالحة للأكل؟
تتكون الليزر بشكل أساسي من ثلاثة مكونات: مصدر المضخة ، ومتوسط الكسب ، وتجويف الرنين . إن وسيط الكسب عبارة المصدر ، مثل الليزر النبضي . عندما يتجاوز الكسب البصري في التجويف الخسارة البصرية ، يصل النظام إلى عتبة الليزر وينبعث من ضوء الليزر . يتم استخدامها بشكل عام} {exhibrics end exhibrants end end inclupts end exhate inclupts end exhate incluptions enduals inclups inclupts in end exhate include include enductions. لا يتم تعديل المواد المستخدمة كيميائيًا بأي شكل من الأشكال ، وبالتالي لم يتم تغيير المظهر البصري والذوق والقيمة الغذائية للمنتج بشكل كبير ، ويتم الحفاظ على قيمته البيئية .
قام فريق البحث بشكل منهجي بفحص إضافات الطعام المعتمدة بشكل منهجي وأخيراً حدد العديد من مواد كسب الليزر الرئيسية:
- عائلة الكلوروفيل: وجدت الدراسة أن العائد الكمي للكلوروفيل-A في زيت عباد الشمس وصل إلى 0 . 3 ، وهو ما يكفي لدعم انبعاث الليزر . يمكن أن يحقق تركيز الكلوروفيل الموجود بشكل طبيعي في زيت الزيتون تأثير الليزر دون الحاجة إلى أي مادة إضافية.
- فيتامين B2 (الريبوفلافين): مع العائد الكمي من 0 . 27 ، فإنه يعمل بشكل جيد في محلول مائي ويوفر وسيلة ليزر مثالية للمنتجات القائمة على الماء.
- كارمين: يعرض هذا التلوين التقليدي للأغذية أداء الليزر الجيد في بيئة زيتية ، مما يوسع نطاق التطبيق الخاص به .
تصميم بنية تجويف تجويف الليزر المبتكرة
يعتمد اختيار مواد تجويف الرنين على تكوين ووظيفة microlaser . عادة يجب أن تكون هذه المواد شفافة ، وفي بعض التكوينات ، يجب أن يكون لها فهرس الانكسار العالي أو أن تكون عاكسة عند استخدامها كمر. أظهر فريق البحث اثنين من البنية المبتكرة:
وضع معرض الهمسة (WGM): باستخدام تأثير الانعكاس الداخلي التام البصري لقطرات الزيت أو المجهرية الصلبة ، عادة ما يكون لـ WGMs عوامل عالية جدًا Q . 4 . 5 μJ والانحراف المعياري لـ 0 . 2 μJ . الماء ، ولكن عتبة الليزر أعلى بنسبة ثلاث مرات تقريبًا . يحتوي زيت الزيتون بشكل طبيعي على ما يكفي من الكلوروفيل لاستخدامه كليزر في شكل قطرات زيت دون إضافة أي مواد أخرى. كما لوحظت قمم WGM في الطيف أسفل عتبة الليزر عند متحمس باستخدام ليزر موجة مستمرة (CW) أو الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED).
فابري بروت (FP): تجويف خطي يتكون من مرايا مع وسيط كسب بينهما . يستخدم ليزر FP المقترح الأوراق الفضية الصالحة للأكل كضوابط أو أجار أو الجيلاتين كدعم هيكلي ، والمساحة بين المرايا المملوءة بالمرايا المملوءة بالكلور. تم ضخ زيت عباد الشمس المملوء بالكلوروفيل مع ليزر نبضي ، ظهرت قمم حادة ، على قدم المساواة في طيف الانبعاثات فوق طاقة العتبة الليلية 6 μJ ، مما يشير إلى وجود الليزان في تجويف FP ، مع عتبة الليزر المتوسطة من 5.}. كما تم تحقيق الليزنج باستخدام تجويف مليء بمحلول مائي فوسفات الصوديوم الريبوفلافين.
باركود دقة قابلة للتحرير
توضح هذه الدراسة قدرة ترميز المعلومات الدقيقة للميكرولرات الصالحة للأكل . على قطرات monodisse التي أعدتها microfluidics معامل تباين حجم 0 . 2 ٪ -0.4 ٪ ، والتي يمكن أن تحقق أحجامًا من الحجم. التحليل الطيفي مع خطأ من 1 . 2 نانومتر . قام فريق البحث بتطوير نظام ترميز ثنائي14- بت من البت يمكن أن ينشئ نظريًا ، تاريخ الإنتاج ، وتاريخ الإنتاج ، وإنهاء الصلاحية ، وينتهي. بسبب القيود المادية لعملية التحضير ، يمكن إلغاء تحديد هذا الترميز جسديًا ، مما يوفر الحماية النهائية لمكافحة التزوير للمنتجات عالية القيمة.
في العرض التوضيحي الفعلي ، قام فريق البحث بنجاح بتشفير "اليوم الدولي لوقف نفايات الطعام ، 26 أبريل 2017" إلى خوخ معلب . عملية الترميز بأكملها تتطلب فقط 5 ميكرولتر من زيت عباد الشمس ، ومساهمة الطاقة في 500 مل من المنتجات فقط (0 . 008 kcal/100 ml) لا يزال من الممكن قراءة المعلومات تمامًا.
مراقبة الاستشعار متعددة الوظائف لسلامة الأغذية
بالإضافة إلى وظيفة مكافحة التزوير ، يوضح النظام أيضًا قدرات استشعار قوية ، مما يوفر طريقة مراقبة في الوقت الفعلي لسلامة الأغذية:
قياس دقيق لتركيز السكر: باستخدام حساسية تجويف WGM إلى مؤشر الانكسار للوسيط المحيط ، يتم تحقيق قياس تركيز السكر مع دقة 0 . 2 ٪ ، وهو ما يشبه أداء أجهزة الانكسار التجارية . وهذا ذو أهمية كبيرة لمراقبة جودة المنتجات مثل النبيذ والعصير.
المراقبة الديناميكية لقيمة الرقم الهيدروجيني: من خلال التوسع المستجيب للأس الهيدروجيني لفيلم الشيتوزان ، يتم تحقيق اكتشاف الرقم الهيدروجيني بدقة 0 . 05 وحدات PH . في تجربة Milk Speclage ، تم تتبع التغيير المستمر لقيمة الأس الهيدروجيني على مدار عدة أيام ، مما يوفر أداة جديدة للتنبؤ بمنتجات الخطوط.
الكشف عن نمو الميكروبات: الاستخدام المبتكر للجيلاتين المخصب للمغذيات كوسيلة استشعار ، عندما تحلل الجيلاتيناز الناتج عن البكتيريا الهيكل ، تختفي إشارة الليزر ، مما يشير بشكل حدسي إلى التلوث الميكروي.
مؤشر التعرض لدرجة الحرارة: يتم استخدام الدهون الصالحة للأكل مع نقاط ذوبان مختلفة لجعل مكونات حساسة لدرجة الحرارة . بمجرد تعرضها لدرجة حرارة أعلى من درجة حرارة المحددة ، يتغير الهيكل بشكل دائم ، مما يوفر طريقة تسجيل لا رجعة فيه لمراقبة نقل السلسلة الباردة .
ملخص والتوقعات
أظهرت هذه الدراسة العديد من أشعة الليزر الصالحة للأكل وتطبيقاتها في تعزيز سلامة الأغذية والدواء . كانت أول دراسة منهجية لأصغام الليزر والليزر الصالحة للأكل ، مما يدل على نوعين من microcavities: Whispering Gallery Mode و Fabry-Perot ، والتحقق من الأداء الممتاز للميكرولز الصالحة للأكل. يمكن أيضًا تطبيقها على تتبع الجودة والمراقبة البيئية للمنتجات الاستهلاكية مثل مستحضرات التجميل والمنتجات الزراعية . في نفس الوقت ، يمكن تمديد هذا المفهوم إلى الحقول الطبية الحيوية مثل كبسولات الدواء والزرع الطبي ، وتوفير أدوات جديدة للطب الشخصي {.
توفر الإمكانات الضخمة لتكنولوجيا الليزر في مجال سلامة الأغذية حلولًا مبتكرة لقضايا سلامة الأغذية العالمية . مع نضوج التكنولوجيا بشكل أكبر ، فإن حقبة جديدة من "الأطعمة الذكية" قادمة - سيكون لكل منتج "بطاقة الهوية البصرية" التي لا يمكن مزورها مع قدرات مراقبة الصحة في الوقت الفعلي .
