監(jiān)測植物激素乙烯濃度可以提前發(fā)現(xiàn)水果和蔬菜的變質(zhì)。

當(dāng)鮮花盛開，水果成熟時(shí)，它們會(huì)釋放出一種無色的氣體，聞起來像乙烯。最近，美國麻省理工學(xué)院(MIT)的化學(xué)家開發(fā)出一種微型傳感器，可以檢測到上述濃度低至15 ppb的氣體。他們認(rèn)為這將對防止食物變質(zhì)大有好處。

這種傳感器采用半導(dǎo)體碳納米管，可用于監(jiān)控水果和蔬菜的運(yùn)輸和儲存，從而有助于減少食物浪費(fèi)。

"通過更好的食物管理來減少食物浪費(fèi)的需求一直很強(qiáng)烈?！八\(yùn)輸者希望了解水果在運(yùn)輸過程中的狀態(tài)，以及是否需要采取措施降低運(yùn)輸過程中的乙烯含量?！?/span>

乙烯不僅是一種天然植物激素，也是世界上生產(chǎn)最廣泛的有機(jī)化合物，可用于生產(chǎn)塑料、服裝等產(chǎn)品。研究人員表示，乙烯探測器將來也可以用于監(jiān)測這類行業(yè)的乙烯產(chǎn)量。

乙烯含量檢測是農(nóng)產(chǎn)品成熟度的關(guān)鍵指標(biāo)。

大多數(shù)植物可以產(chǎn)生乙烯，乙烯被用作刺激生長、成熟和生命周期其他關(guān)鍵階段的激素。比如香蕉在成熟逐漸變成褐色的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的乙烯，花在開花的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生乙烯。壓榨的農(nóng)產(chǎn)品和花卉可能會(huì)產(chǎn)生過量的乙烯，導(dǎo)致它們過早成熟或枯萎。據(jù)美國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，美國超市每年有12%的水果和蔬菜因腐敗變質(zhì)而損失。

早在2012年，Swager的實(shí)驗(yàn)室就開發(fā)了一種乙烯傳感器，其中包含數(shù)千個(gè)碳納米管陣列。電子可以沿著其中的碳圓柱體流動(dòng)，但研究人員通過添加銅原子來減緩電子流。當(dāng)乙烯出現(xiàn)時(shí)，它會(huì)與銅原子結(jié)合，進(jìn)一步減緩電子的運(yùn)動(dòng)。乙烯含量可以通過測量減速率來檢測。但傳感器只能檢測到最低濃度為500 ppb的乙烯含量，傳感器中含有銅，最終可能會(huì)被氧氣腐蝕而無法工作。

"目前還沒有很好的商用乙烯檢測傳感器."Swager說，“為了管理可以長時(shí)間儲存的產(chǎn)品(如蘋果或土豆)，人們希望測量它們的乙烯濃度，以確定它們是否已經(jīng)停止生長或成熟?！?/span>

乙烯傳感器，它也是基于碳納米管，但通過一種完全不同的機(jī)制工作(稱為Wacker氧化)。他們沒有使用會(huì)直接與乙烯結(jié)合的金屬(如銅)，而是使用一種叫做鈀的金屬催化劑，這種催化劑可以在氧化過程中向乙烯添加氧氣。

鈀催化劑氧化時(shí)，會(huì)暫時(shí)獲得電子。然后，這些額外的電子被轉(zhuǎn)移到碳納米管，以增加其導(dǎo)電性。通過測量電流變化的結(jié)果，可以檢測乙烯的含量。

這種傳感器可以在接觸乙烯的幾秒鐘內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，一旦氣體消失，它可以在幾分鐘內(nèi)恢復(fù)原來的導(dǎo)電性。

“傳感器將在金屬的兩種不同狀態(tài)之間切換，一旦乙烯消失，它將從瞬態(tài)多電子狀態(tài)恢復(fù)到原始狀態(tài)?！?/span>

"使用瓦克氧化催化系統(tǒng)來檢測乙烯是一個(gè)非常明智且基本上跨學(xué)科的想法."威斯康星大學(xué)化學(xué)助理教授Zachary Wickens(他沒有參與這項(xiàng)研究)說:“研究小組改進(jìn)了瓦克氧化機(jī)制，建立了一個(gè)強(qiáng)大的催化系統(tǒng)，并與基于碳納米管的設(shè)備相結(jié)合，從而創(chuàng)造了一個(gè)選擇性和簡單的乙烯傳感器?！?/span>

乙烯含量影響植物開花嗎？

為了測試傳感器的功能，研究人員在載玻片上放置了碳納米管和其他傳感器組件。然后，利用該方法對香石竹和紫桔梗兩種花卉中的乙烯含量進(jìn)行了監(jiān)測。這個(gè)實(shí)驗(yàn)持續(xù)了五天，追蹤乙烯含量與植物開花的關(guān)系。

在對康乃馨的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)的第一天，乙烯濃度迅速飆升，不久之后(一到兩天)就開花了。

紫氣球花實(shí)驗(yàn)表明，第一天乙烯逐漸增加，第四天繼續(xù)減少。相應(yīng)的，花開了好幾天，有的直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束才開。

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