ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา microcavities และวัสดุชีวภาพและ microlasers ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากศักยภาพในการติดตามการติดฉลากการตรวจจับทางชีวภาพการบาร์โค้ดเซลล์ความปลอดภัยของข้อมูลและการต่อต้านการปลอมแปลง . วัสดุการพัฒนาระบบ microlaser ที่ทำจากสารที่กินได้ทั้งหมดฝังบาร์โค้ดและเซ็นเซอร์ลงในอาหารโดยตรงและสร้างเส้นทางทางเทคนิคใหม่สำหรับการตรวจสอบความปลอดภัยของอาหาร . การวิจัยนี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการตรวจสอบความปลอดภัยและความสดใหม่ แอปพลิเคชัน .
จะทำ microlasers ที่กินได้อย่างไร?
เลเซอร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามส่วนประกอบ: แหล่งปั๊ม, รับสื่อและโพรงเรโซแนนท์ . ตัวกลางที่ได้รับคือสีย้อมเรืองแสงที่ให้การรับแสงผ่านการปล่อยก๊าซ . การศึกษาแสดงให้เห็นถึงโหมด microcavities สองประเภท: การกระซิบ แหล่งกำเนิดแสงภายนอกเช่นเลเซอร์พัลซิ่ง . เมื่อการได้รับแสงในโพรงเกินกว่าการสูญเสียแสงระบบจะไปถึงเกณฑ์เลเซอร์และปล่อยแสงเลเซอร์ . สารที่ใช้ในการกิน แบบฟอร์ม . สารที่ใช้ไม่ได้ถูกดัดแปลงทางเคมี แต่อย่างใดดังนั้นลักษณะของภาพรสชาติและคุณค่าทางโภชนาการของผลิตภัณฑ์จะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญและมูลค่าด้านสิ่งแวดล้อมของมันจะถูกเก็บรักษาไว้ .
ทีมวิจัยคัดกรองสารเติมแต่งอาหารที่ได้รับอนุมัติอย่างเป็นระบบและในที่สุดก็ระบุวัสดุที่ได้รับเลเซอร์ที่สำคัญหลายอย่าง:
- ครอบครัวคลอโรฟิลล์: การศึกษาพบว่าผลผลิตควอนตัมของคลอโรฟิลล์-เอในน้ำมันดอกทานตะวันถึง 0 . 3 ซึ่งเพียงพอที่จะรองรับการปล่อยเลเซอร์ . ความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ที่มีอยู่ในน้ำมันมะกอก
- วิตามินบี 2 (riboflavin): ด้วยผลผลิตควอนตัมที่ 0 . 27 มันทำงานได้ดีในสารละลายน้ำและให้อาหารเลเซอร์ในอุดมคติสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ใช้น้ำ
- สีน้ำตาลแดง: การระบายสีอาหารแบบดั้งเดิมนี้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของเลเซอร์ที่ดีในสภาพแวดล้อมที่มันขยายช่วงแอปพลิเคชัน .
การออกแบบสถาปัตยกรรมของโพรงเลเซอร์นวัตกรรม
การเลือกวัสดุโพรงเรโซแนนท์ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าและการทำงานของ microlaser . วัสดุเหล่านี้ควรมีความโปร่งใสและในการกำหนดค่าบางอย่างพวกเขาจำเป็นต้องมีดัชนีการหักเหของแสงสูง ทีมวิจัยแสดงให้เห็นถึงสถาปัตยกรรมที่เป็นนวัตกรรมสองประการ:
โหมดแกลเลอรีกระซิบ (WGM): การใช้เอฟเฟกต์การสะท้อนภายในทั้งหมดของหยดน้ำมันหรือ microspheres ที่เป็นของแข็ง WGM มักจะมีปัจจัย Q สูงมาก . ทีมวิจัยประสบความสำเร็จโดยใช้คลอโรฟิลล์ 2 มม. หรือ 4 มม. 4 . 5 μJและค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของ 0 . 2 μJ . ขนาดหยดต่ำสุดที่จำเป็นเพื่อให้ได้ lasing คือประมาณ 35 μm . ในน้ำ แต่เกณฑ์การปักจะสูงกว่า . น้ำมันมะกอกประมาณสามเท่ามีคลอโรฟิลล์เพียงพอที่จะใช้เป็นเลเซอร์ในรูปแบบของหยดน้ำมันโดยไม่ต้องเติมสารอื่น ๆ ยอดเขา WGM ยังได้รับการสังเกตในสเปกตรัมด้านล่างเกณฑ์ lasing เมื่อตื่นเต้นโดยใช้เลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง (CW) หรือไดโอดเปล่งแสง (LED)
Fabry-Perot (FP): โพรงเชิงเส้นประกอบด้วยกระจกสองตัวที่มีตัวกลางเพิ่มขึ้นระหว่างพวกเขา . เลเซอร์ที่กินได้ FP ที่นำเสนอใช้ใบเงินที่กินได้เป็นตัวสะท้อนแสงวุ้นหรือเจลาตินเป็นการรองรับโครงสร้างและช่องว่างระหว่างกระจก 2 มม. น้ำมันดอกทานตะวันที่เจือด้วยคลอโรฟิลล์ถูกปั๊มด้วยเลเซอร์ชีพจรที่มีความคมชัดยอดเขาที่มีระยะห่างเท่ากันปรากฏขึ้นในสเปกตรัมการปล่อยก๊าซที่อยู่เหนือพลังงานธรณีประตูของ 6 μJซึ่งบ่งบอกถึงการมีอยู่ในโพรง FP โดยเฉลี่ย {. Lasing ก็ทำได้โดยใช้โพรงที่เต็มไปด้วยสารละลายน้ำโซเดียมโซเดียมฟอสเฟต
บาร์โค้ดที่มีความแม่นยำ
การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการเข้ารหัสข้อมูลที่แม่นยำของ microlasers ที่กินได้ . หยด monodisperse ที่เตรียมโดย microfluidics มีค่าสัมประสิทธิ์การแปรผันของขนาด 0 . 2%-0.4 เลเซอร์สเปกโทรสโกปีที่มีข้อผิดพลาดเพียง 1 . 2 nm . ทีมวิจัยได้พัฒนาระบบการเข้ารหัสไบนารี 14- บิตระบบการเข้ารหัสไบนารีที่สามารถสร้างข้อมูลการระบุข้อมูลการผลิตที่ไม่ซ้ำกันได้ 16,384 เนื่องจากข้อ จำกัด ทางกายภาพของกระบวนการเตรียมการการเข้ารหัสนี้ไม่สามารถสมรรถภาพทางกายภาพให้การป้องกันการต่อต้านการปลอมแปลงที่ดีที่สุดสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูง
ในการสาธิตที่แท้จริงทีมวิจัยประสบความสำเร็จในการเข้ารหัส "วันสากลเพื่อหยุดขยะอาหาร 26 เมษายน 2017" เป็นลูกพีชกระป๋อง . กระบวนการเข้ารหัสทั้งหมดต้องใช้น้ำมันดอกทานตะวัน 5 μlเท่านั้นและการสนับสนุนพลังงาน 500 มิลลิลิตร) ข้อมูลยังสามารถอ่านได้อย่างสมบูรณ์แบบ
การตรวจสอบการตรวจจับแบบมัลติฟังก์ชั่นเพื่อความปลอดภัยของอาหาร
นอกเหนือจากฟังก์ชั่นต่อต้านการปลอมแปลงระบบยังแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการตรวจจับที่มีประสิทธิภาพซึ่งให้วิธีการตรวจสอบแบบเรียลไทม์เพื่อความปลอดภัยของอาหาร:
การวัดความเข้มข้นของน้ำตาลที่แม่นยำ: การใช้ความไวของโพรง WGM ไปยังดัชนีการหักเหของตัวกลางโดยรอบการวัดความเข้มข้นของน้ำตาลด้วยความแม่นยำของ 0 . 2% นั้นสามารถทำได้ซึ่งเทียบได้กับประสิทธิภาพของเครื่องวัดการหักเหเชิงพาณิชย์ .
การตรวจสอบค่า pH แบบไดนามิก: ผ่านการขยายตัวของฟิล์มไคโตซานที่ตอบสนองต่อค่า pH การตรวจจับค่า pH ด้วยความแม่นยำของ 0 . 05 หน่วย pH จะได้รับ . ในการทดลองใช้นมการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องของค่า pH ในช่วงหลายวัน
การตรวจจับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์: การใช้นวัตกรรมของเจลาตินที่ได้รับสารอาหารเป็นสื่อกลางในการตรวจจับเมื่อเจลาติเนสที่ผลิตโดยแบคทีเรียสลายโครงสร้างสัญญาณเลเซอร์หายไปโดยสังหรณ์
ตัวบ่งชี้การเปิดรับอุณหภูมิ: ไขมันที่กินได้ที่มีจุดหลอมเหลวที่แตกต่างกันจะใช้ในการสร้างส่วนประกอบที่ไวต่ออุณหภูมิ . เมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิที่ตั้งไว้โครงสร้างจะเปลี่ยนไปอย่างถาวรโดยให้วิธีการบันทึกที่กลับไม่ได้สำหรับการตรวจสอบการขนส่งโซ่เย็น .}}}
สรุปและมุมมอง
การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นถึงเลเซอร์ที่กินได้หลายครั้งและการใช้งานของพวกเขาในการเสริมสร้างความปลอดภัยของอาหารและยา . เป็นการศึกษาครั้งแรกของสีย้อมเลเซอร์ที่กินได้และ microcavities แสดงให้เห็นถึง microcavities สองประเภท: zcolery {{{{{ เทคโนโลยีนี้ยังสามารถนำไปใช้กับการติดตามคุณภาพและการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมของสินค้าอุปโภคบริโภคเช่นเครื่องสำอางและผลิตภัณฑ์การเกษตร . ในเวลาเดียวกันแนวคิดนี้สามารถขยายไปยังสาขาแพทย์เช่นแคปซูลยาและการปลูกถ่ายทางการแพทย์ซึ่งจัดหาเครื่องมือใหม่สำหรับการแพทย์ส่วนบุคคล
ศักยภาพที่ยิ่งใหญ่ของเทคโนโลยีเลเซอร์ในด้านความปลอดภัยของอาหารเป็นวิธีการแก้ปัญหาที่เป็นนวัตกรรมสำหรับปัญหาความปลอดภัยของอาหารทั่วโลก . เมื่อเทคโนโลยีเติบโตต่อไปยุคใหม่ของ "อาหารอัจฉริยะ" กำลังจะมาถึง - แต่ละผลิตภัณฑ์จะมี "การ์ดออปติคัล" ของตัวเองซึ่งไม่สามารถปลอมแปลงได้ด้วยความสามารถในการตรวจสอบสุขภาพแบบเรียลไทม์
