V posledných rokoch biologické a biomateriálne mikrokavity a mikrolasery priťahovali veľkú pozornosť z dôvodu ich potenciálu v sledovaní, označovaní, biologickej detekcii, bunkovom čiare, informačnej bezpečnosti a protiprávnici . Materiály, vyvíjanie mikrolaserového systému vyrobené výlučne jedlými látkami, úspešne vkladanie čiarových kódov a senzorov priamo do potravín a vytvorenie novej technickej cesty pre monitorovanie bezpečnosti potravín . Tento výskum významne zvyšuje sledovateľnosť, bezpečnosť a čerstvosť v oblasti biomedikácie a biomedikácie, a poskytuje nové technické riešenie pre environmentálne monitorovanie, farmaceutické polia a farmáciu. Aplikácie .
Ako vyrobiť jedlé mikrolasery?
Lasery pozostávajú hlavne z troch komponentov: Zdroj čerpadla, zisk médium a rezonančná dutina . Ziskové médium je fluorescenčné farbivo, ktoré poskytuje optický zisk prostredníctvom stimulovaných emisií . Štúdia preukázala dva typy mikrokavít: melrocer a compised režim (WGM) a fabry-perot (fp) režim {{}} {} Vonkajší zdroj svetla, ako napríklad pulzný laser . Keď optický zisk v dutine presahuje optickú stratu, systém sa v štúdii dosahuje laserový prah a vydáva laserové svetlo {. v a sú používané v odôvodnených médiách a dutinách.. Formy . Použité látky nie sú žiadnym spôsobom chemicky modifikované, takže vizuálny vzhľad, chuť a výživová hodnota produktu sa významne nezmenia a jeho environmentálna hodnota sa udržiava .
Výskumný tím systematicky skrínoval schválené potravinové prísady a nakoniec identifikoval niekoľko kľúčových materiálov zisku laserom:
- Rodina chlorofylu: Štúdia zistila, že kvantový výťažok chlorofyll-A v slnečnicovom oleji dosiahol 0 . 3, čo je dostatočné na podporu laserovej emisie . Koncentrácia chlorofylu prirodzene obsiahnutá v olivovom oleji môže dosiahnuť laserový efekt bez potreby akýchkoľvek ďalších látok.
- Vitamín B2 (riboflavín): S kvantovým výťažkom 0 . 27 funguje dobre vo vodnom roztoku a poskytuje ideálne laserové médium pre vodné výrobky.
- Karmín: Toto tradičné sfarbenie potravín vykazuje dobrý laserový výkon v olejovom prostredí a rozširuje jeho aplikačný rozsah .
Inovatívny dizajn architektúry laserovej dutiny
Výber rezonančných dutinových materiálov závisí od konfigurácie a funkcie mikrolaseru . Tieto materiály by mali byť zvyčajne priehľadné a v niektorých konfiguráciách musia mať vysoký index lomu alebo by sa mali reflexovať, keď sa používajú ako zrkadlo, tak rôzne oleje, maslo, agar, agar, chitosan a tenké strieborné listy môžu používať na výrobu lak. Dizajn, výskumný tím preukázal dve inovatívne architektúry:
Režim šepotovej galérie (WGM): Using the optical total internal reflection effect of oil droplets or solid microspheres, WGMs usually have very high Q factors. The research team achieved lasing using 2 mM chlorophyll-A or 4 mM carmine dissolved in sunflower oil. For chlorophyll-doped droplets, the measured Q factor exceeded 9000, with an average lasing threshold of 4 . 5 μj a štandardná odchýlka 0 . 2 μj {. Minimálna veľkosť kvapiek potrebná na dosiahnutie lasingu je asi 35 μm . Okrem čistého chlorofylu-A, okrem čistého chlorofylu, z čistého chlorofy. Vo vode, ale prah lasingu je asi trikrát vyšší . olivový olej prirodzene obsahuje dostatok chlorofylu na použitie ako laser vo forme olejových kvapôčok bez pridania akýchkoľvek iných látok. Vrcholy WGM boli tiež pozorované v spektre pod prahom lasingu, keď sú excitované pomocou lasera kontinuálnej vlny (CW) alebo diódy emitujúcej svetlo (LED).
Fabry-Perot (FP): Lineárna dutina pozostávajúca z dvoch zrkadiel so ziskovým médiom medzi nimi . Navrhovaný laser FP používa jedlé strieborné listy ako reflektory, agar alebo želatína ako štrukturálna podpora a priestor medzi zrkadlami je vyplnený 2 mm chlorofyl, ktoré rozpustí v slnečnom oleji alebo 5 mM riboboflavín. Dutina naplnená slnečnicovým olejom dopovaným chlorofylom sa čerpal pulzným laserom, ostré, rovnako rozmiestnené píky sa objavili v emisnom spektre nad lasistickou prahovou energiou 6 μJ, čo naznačuje prítomnosť lasingu a štandardnej demontáže FP v priemernej lascovej prahovej hodnote 5 .} 9 μj 0 . 2 μj. Lasing sa tiež dosiahol pomocou dutiny naplnenej vodným roztokom fosforečnanom sodným riboflavínom.
Neklonovateľný presný čiarový kód
Táto štúdia demonštruje presné informácie o kódovaní informácií o jedlých mikrolaseroch . Monodisperse kvapôčky pripravené mikrofluidikami majú veľkosť variačného koeficientu veľkosti iba 0 . 2%-0.4%, ktoré môžu dosiahnuť kontrolu veľkosti nanoscale.} každej kvapky, ktorá sa môže predložiť spektroskopia s chybou iba 1 . 2 nm . Výskumný tím vyvinul {14- binárny kódovací systém, ktorý môže teoreticky generovať 16 384 jedinečných identifikačných kódov {., je to dosť na inkódovanie kľúčových informácií, ako je napríklad informácie o výrobe, dátum produkcie, dátum vyplývajúceho z vypredania a pôvodu. Vzhľadom na fyzické obmedzenia procesu prípravy je toto kódovanie fyzicky neklonovateľné, čo poskytuje konečnú ochranu proti bezprostredne pre produkty vysokej hodnoty.
V skutočnej demonštrácii výskumný tím úspešne kódoval „Medzinárodný deň na zastavenie odpadu z potravín, 26. apríla 2017“ do konzervovaných broskyňov {. Celý proces kódovania vyžaduje iba 5 μl slnečnicového oleja a energetický príspevok do 500 ml produktu je zanedbateľný (iba 0. Informácie sa dajú dokonale čítať.
Multifunkčné monitorovanie snímania pre bezpečnosť potravín
Systém okrem funkcie anti-counterfeitingu tiež demonštruje aj výkonné schopnosti snímania a poskytuje metódu monitorovania v reálnom čase pre bezpečnosť potravín:
Presné meranie koncentrácie cukru: Použitím citlivosti dutiny WGM na index lomu okolitého média sa dosiahne meranie koncentrácie cukru s presnosťou 0 . 2%, čo je porovnateľné s výkonom komerčných refraktometrov {. Toto má veľký význam pre kvalitnú kontrolu produktov, ako je víno a šťavy.
Dynamické monitorovanie hodnoty pH: Prostredníctvom rozšírenia chitosanového filmu reagujúce na pH sa dosiahne detekcia pH s presnosťou 0 . 05 PH jednotiek {. v experimente s kazateľom mlieka, kontinuálna zmena hodnoty pH v priebehu niekoľkých dní bola úspešne sledovaná a poskytla nový nástroj na predpovedanie tržnej životnosti produktov Dairy.
Detekcia mikrobiálneho rastu: Inovatívne použitie želatíny obohatenej živín ako snímacie médium, keď želatíza produkovaná baktériami rozkladá štruktúru, laserový signál zmizne, intuitívne označuje mikrobiálnu kontamináciu . tento „samohodnotný“ koncept senzorov otvára nový spôsob včasného varovania.}}}}}}}}}}}}}}}
Indikácia teploty: Jedlé tuky s rôznymi bodmi topenia sa používajú na vytvorenie komponentov citlivých na teplotu ., akonáhle je vystavená teplote nad nastavenou teplotou, štruktúra sa natrvalo mení a poskytuje ireverzibilnú metódu zaznamenávania pre monitorovanie prepravy studeného reťazca .
Zhrnutie a výhľad
Táto štúdia demonštrovala niekoľko jedlých laserov a ich aplikácie pri zvyšovaní bezpečnosti potravín a liekov . Bola to prvá systematická štúdia jedlých laserových farbív a mikrokavít, ktoré demonštrovali dva typy mikrokaviít: šepot galérie a režim galérie a fabry-peroty, ktorý overuje vynikajúcu výkonnosť makrolaserov ako senzory a barodes {{2} Uplatňuje sa tiež na kvalitné sledovanie a monitorovanie environmentálnych spotrebiteľských výrobkov, ako sú kozmetika a poľnohospodárske výrobky . súčasne, tento koncept sa môže rozšíriť na biomedicínske oblasti, ako sú kapsuly drog a lekárske implantáty, poskytujúce nové nástroje pre personalizované lieky {{4}
Obrovský potenciál laserovej technológie v oblasti bezpečnosti potravín poskytuje inovatívne riešenia globálnych problémov s bezpečnosťou potravín ., keď sa technológia dozrieva ďalej, prichádza nová éra „inteligentných potravín“ - každý produkt bude mať vlastnú „optickú identifikačnú kartu“, ktorú nemožno kovať pomocou možností monitorovania zdravia v reálnom čase.
