최근에, 생물학적 및 생체 물질 미세 경량 및 마이크로 라저는 추적, 라벨링, 생물학적 탐지, 세포 바코드, 정보 보안 및 반응 방지 .의 잠재력으로 인해 많은 관심을 끌었습니다. 재료, 전적으로 식용 물질로 만든 마이크로 라이저 시스템을 개발하고, 바코드와 센서를 식품에 직접 포함시키고, 식품 안전 모니터링을위한 새로운 기술 경로를 만들고,이 연구는 식품 및 의약품의 추적 성, 안전 및 신선도 모니터링, 비정상적인 제품 및 생리 학적 고기의 새로운 기술적 솔루션을 제공합니다. 응용 프로그램 .
식용 마이크로이저를 만드는 방법?
레이저는 주로 펌프 소스, 게인 매체 및 공진 캐비티 . 세 가지 구성 요소로 구성됩니다. 게인 매체는 자극 된 방출 .를 통해 광학 게인을 제공하는 형광 염료입니다. . 연구는 두 가지 유형의 미세 캐비티를 보여줍니다. 펄스 레이저 .와 같은 소스는 공동의 광학 게인이 광학 손실을 초과 할 때, 시스템은 레이저 임계 값에 도달하고 레이저 라이트를 방출합니다 . 식용 물질은 연구에서 획득 매체와 공동으로 사용됩니다 . . {7} {}}} {}} {} {}} {} {}. 사용 된 물질은 어떤 식 으로든 화학적으로 변형되지 않으므로 제품의 시각적 외관, 맛 및 영양가는 크게 변하지 않으며 환경 가치가 유지됩니다 ..
연구팀은 승인 된 식품 첨가제를 체계적으로 스크리닝하고 최종적으로 몇 가지 주요 레이저 획득 재료를 식별했습니다.
- 엽록소 가족: 해바라기 오일에서 엽록소 A의 양자 수율이 0 . 3에 도달했으며, 이는 올리브 오일에 자연적으로 포함 된 엽록소 농도가 추가 물질에 대한 필요없이 레이저 효과를 달성 할 수있는 레이저 방출 . 3에 도달 한 것으로 나타났습니다.
- 비타민 B2 (리보플라빈): 양자 수율 0 . 27의 양자 수용액에서 잘 작동하며 수성 제품에 이상적인 레이저 매체를 제공합니다.
- 카민:이 전통적인 식용 색소는 기름진 환경에서 우수한 레이저 성능을 보이며 응용 범위를 확장 .
혁신적인 레이저 캐비티 아키텍처 설계
공명 공동 재료의 선택은 마이크로 라저의 구성과 기능 . 일반적으로 이러한 재료는 투명해야하며 일부 구성에서는 거울로 사용될 때 높은 굴절률이 있거나 반사적이어야하므로 다양한 오일, 버터, 한천, 젤라틴, 키토산 및 얇은 잎을 사용할 수 있습니다. 캐비티 디자인, 연구팀은 두 가지 혁신적인 아키텍처를 시연했습니다.
속삭임 갤러리 모드 (WGM): 오일 액 적 또는 고체 미소 구의 광학 총 반사 효과를 사용하여 WGM은 일반적으로 매우 높은 Q 요소를 가지고 있습니다 . 연구 팀은 해바라기 오일에 용해 된 2mm 클로로필 -A 또는 4mm 카민이 chanlowphll-doped 액체에 용해 된 4mm 카민을 사용하여 레이싱을 달성했습니다. 4 . 5 μJ 및 표준 편차 0 . 2 μJ . 레이싱을 달성하는 데 필요한 최소 액적 크기는 약 35 μm ., 순수한 클로로로 피크에서 추출한 비유화 척수소 및 심지어 오일 오일로부터의 오일이 유리화되지 않은 척수소로부터 추출 된 척수소로부터 추출 된 척수소에서 추출된다. 그러나 레이싱 임계 값은 약 3 배 더 높습니다 . 올리브 오일에는 자연적으로 다른 물질을 첨가하지 않고 오일 방울 형태의 레이저로 사용하기에 충분한 엽록소가 포함되어 있습니다. WGM 피크는 연속파 (CW) 레이저 또는 광 방출 다이오드 (LED)를 사용하여 여기 될 때 레이싱 임계 값 미만의 스펙트럼에서 관찰되었다.
Fabry-Perot (FP): . 제안 된 FP 식용 레이저 사이에 이득 매체가있는 두 개의 거울로 구성된 선형 공동은 식용은 잎을 반사기, 한천 또는 젤라틴으로 사용하여 구조적 지지대로 사용되며, 거울 사이의 공간은 해바라기 오일 또는 5 mm 리프 플라빈 나트륨으로 용해 된 2 mm 엽록소로 채워져 있습니다. 엽록소 도핑 된 해바라기 오일로 채워진 캐비티는 펄스 레이저로 펌핑되었고, 날카로운, 똑같이 이격 된 피크는 6 μJ의 레이싱 임계 값 에너지 위의 방출 스펙트럼에 나타 났으며, 이는 FP 공동에서 레이싱의 존재를 나타내며, 평균 레이싱 임계 값은 5.} 2의 평균 레이싱 임계 값을 나타냅니다. μJ. 리보플라빈 인산 나트륨 수용액으로 채워진 공동을 사용하여 레이싱을 달성 하였다.
불완전한 정밀 바코드
이 연구는 식용 마이크로 라이저의 정밀 정보 인코딩 기능 . 미세 유체에 의해 제조 된 단 분산 액적이 0 . 2%-0.4%의 크기 변동 계수를 가지고 있음을 보여줍니다. 1 . 2 nm .의 오류가있는 분광법 연구팀은 16,384 개의 고유 한 식별 코드 . 이론적으로 14- 비트 이진 코딩 시스템을 개발했습니다. . 이것은 제조 날짜, 제조 날짜 및 원래의 주요 정보를 인코딩하기에 충분합니다. 준비 과정의 물리적 한계로 인해,이 코딩은 물리적으로 부정 할 수 없으므로 고 부가가치 제품에 대한 궁극적 인 방지 방지 보호 기능을 제공합니다.
실제 데모에서, 연구팀은 "2017 년 4 월 26 일 식품 폐기물을 중지하기위한 국제의 날"을 성공적으로 인코딩했습니다. . 전체 코딩 과정은 5 μl의 해바라기 오일 만 필요하며, 500 ml의 제품에 대한 에너지 기여는 무시할 수 있습니다 (0 .}}}}}}}}} 인코딩 된 정보는 여전히 완벽하게 읽을 수 있습니다.
식품 안전을위한 다기능 감지 모니터링
이 시스템은 방지 기능 외에도 강력한 감지 기능을 보여 주어 식품 안전을위한 실시간 모니터링 방법을 제공합니다.
설탕 농도의 정확한 측정: WGM 캐비티의 감도를 주변 배지의 굴절률에 대한 감도를 사용하여, 0 . 2%의 정확도를 갖는 설탕 농도 측정이 달성되며, 이는 상업용 굴절계의 성능 . 와인과 JUCE와 같은 제품의 품질 제어에 큰 의미가 있습니다.
pH 값의 동적 모니터링: Chitosan 필름의 pH- 반응성 팽창을 통해, 우유 부패 실험에서 0 . 05 pH 단위의 정확도를 갖는 pH 검출은 . .의 정확도가 달성되며, 며칠 동안의 pH 값의 지속적인 변화는 성공적으로 추적되어 Doiry 생산물의 선반 수명을 예측하기위한 새로운 도구를 제공했습니다.
미생물 성장 검출: 박테리아에 의해 생성 된 젤라 티나 제가 구조를 분해 할 때, 레이저 신호가 사라지고, 미생물 오염 .이 "자기 파괴적"센서 개념을 직관적으로 나타내는 레이저 신호가 사라질 때 영양-풍부 젤라틴을 감지 매체로 혁신적으로 사용한다.
온도 노출 표시: 융점이 다른 식용 지방은 온도에 민감한 구성 요소를 만드는 데 사용됩니다 . 세트 온도 이상의 온도에 노출되면 구조가 영구적으로 변경되어 콜드 체인 운송 모니터링을위한 돌이킬 수없는 기록 방법을 제공합니다. ..
요약 및 전망
이 연구는 식품 및 약물 안전을 향상시키는 몇 가지 식용 레이저와 그 응용을 보여 주었다 . 식용 레이저 염료 및 마이크로 캐비티에 대한 최초의 체계적인 연구, 즉 속삭임 갤러리 모드와 패브리 페로트 모드를 보여주는 두 가지 유형의 마이크로 캐비티를 보여 주었다. 기술은 화장품 및 농산물 .와 같은 소비자 제품의 품질 추적 및 환경 모니터링에도 적용될 수 있으며,이 개념은 약물 캡슐 및 의료 임플란트와 같은 생의학 분야로 확장 될 수 있으며, 개인화 된 의약품을위한 새로운 도구를 제공합니다 ..
식품 안전 분야에서 레이저 기술의 큰 잠재력은 글로벌 식품 안전 문제에 대한 혁신적인 솔루션을 제공합니다. . 기술이 더욱 성숙함에 따라 새로운 "스마트 푸드"시대가 다가오고 있습니다.
