（A）紙基電子氣體傳感器（PEGS）的制造。碳電極用圓珠筆和切刀繪圖儀打印在WhatmanTM纖維素色譜1紙上，可快速制作所需幾何形狀的原型。打印完成后，將傳感器切割并放置在卡式邊緣連接器內(nèi)以進行表征。（B）單個PEGS的俯視圖，該PEGS由兩個帶有三個手指的電極組成，每個手指之間的間距為1 mm。（C）跨三個手指的PEGS的橫截面（B中的紅色虛線）。碳墨水（黑色）部分滲入紙張（白色）。圖片來源：ACS Sensors（2019）。DOI：10.1021 / acssensors.9b00555

研究人員說，新的傳感器可以幫助檢測變質(zhì)并減少超市和消費者的食物浪費。

英國三分之一的消費者僅在達到使用期限之前就丟棄了食品，但我們每年丟棄的價值125億英鎊的食品中有60％（420萬噸）是可以安全食用的。

實驗室原型傳感器每個制造成本為2美分。它們被稱為“紙基電子氣體傳感器”（PEGS），可檢測肉類和魚類產(chǎn)品中的腐敗氣體，例如氨和三甲胺。

可以通過智能手機讀取傳感器數(shù)據(jù)，以便人們可以將智能手機放在包裝上以查看食物是否可以安全食用。

倫敦帝國理工學院的PEGS研究人員通過將碳電極印刷在容易獲得的纖維素紙上來制造傳感器。這種可生物降解的材料是環(huán)保且無毒的，因此它們不會危害環(huán)境，并且可以安全地用于食品包裝。傳感器與“近場通信（NFC）”標簽結(jié)合在一起，“ NFC”標簽是一系列微芯片，可以被附近的移動設(shè)備讀取。

在對魚和雞的包裝進行實驗室測試期間，PEGS比現(xiàn)有傳感器更快，更準確地吸收了痕量的腐敗氣體，價格僅為它們的一小部分。

研究人員說，這些傳感器最終還可以代替“使用期限”，這是較不可靠的新鮮度和食用性指標。零售商降低成本可能最終也會降低消費者的食品成本。

PEGS是有史以來第一個商業(yè)上可行的食品新鮮度傳感器。帝國大學生物工程系的主要作者菲拉特·古德博士說：“盡管它們的設(shè)計目的是為了確保我們的安全，但食用日期可能會導致食用食品被扔掉。實際上，食用日期并不完全可靠。就安全性而言，因為人們經(jīng)常由于儲藏不良而從食源性疾病中生病，即使某物品在其使用范圍內(nèi)。

“市民希望對自己的食物安全食用充滿信心，并避免因為無法判斷食物的安全性而不必要地扔掉食物。這些傳感器價格便宜，我們希望超市可以在三年內(nèi)使用它們。

“我們的愿景是在食品包裝中使用PEGS，以減少不必要的食品浪費和由此造成的塑料污染�！�

這項研究今天發(fā)表在ACS Sensors上。

食物浪費

消費者依靠使用日期或什至進行“嗅覺測試”來檢查他們的食物是否安全食用，但是目前尚無商業(yè)可行的可靠替代方法來提供有關(guān)食物新鮮度和安全性的客觀反饋。

盡管食品技術(shù)人員多年來一直致力于確保安全性，但使用日期并未考慮特定食品的存儲和加工條件。因此，它們可能導致商店和消費者丟棄安全和可食用的食物。此外，大部分浪費的食品都用塑料包裝，從而造成了塑料污染。

這項研究的第一作者，同樣來自帝國理工學院生物工程系。他說：“使用日期估計了易腐產(chǎn)品可能不再可食用的時間，但它們并不總是反映出其實際的新鮮度。

“盡管食品行業(yè)和消費者對保質(zhì)期保持謹慎，這是可以理解的，但現(xiàn)在該是時候采用可以更準確地檢測食品食用性并減少食品浪費和塑料污染的技術(shù)了�！�

由于PEGS可以加工肉類和魚類等高價值產(chǎn)品，因此可以減少浪費，并使商店能夠根據(jù)PEGS而不是使用日期來針對特定商品使用目標價格降低的商品，從而為商店及其客戶節(jié)省金錢。

電流傳感器

現(xiàn)有的食物變質(zhì)傳感器不常用，因為它們要么太昂貴（通常占總包裝成本的四分之一），要么太難解釋。換色傳感器實際上可能會增加食物浪費，因為消費者甚至會將最細微的顏色變化都解釋為“不好的食物”。

PEGS技術(shù)旨在解決這兩個問題。作者不僅生產(chǎn)成本低廉，而且易于用電讀數(shù)來解釋，但他們發(fā)現(xiàn)PEGS克服了當前氣體傳感器的許多缺點。他們：

在接近100％的濕度下有效運行，大多數(shù)傳感器的濕度都在90％以上。

在室溫下工作，不需要加熱，因此它們消耗的能量非常低。

僅對食物變質(zhì)中涉及的氣體敏感，而其他傳感器可以由非變質(zhì)氣體觸發(fā)。

下一步是什么？

研究人員使用圓珠筆和機器人切割機來創(chuàng)建傳感器。Güder博士說：“我們相信，通過使用現(xiàn)有的大容量印刷方法，例如絲網(wǎng)印刷和卷對卷印刷，我們很容易將我們非常簡單的技術(shù)擴大規(guī)模以大規(guī)模生產(chǎn)PEGS。”

作者希望，PEGS可以在食品加工以外的其他領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如感測農(nóng)業(yè)中的化學物質(zhì)，空氣質(zhì)量以及檢測與腎臟疾病相關(guān)的呼吸道疾病標記。但是，研究人員希望在將PEGS應(yīng)用于目前的用途之外之前解決其對降低濕度的敏感性。

接下來，作者希望通過將PEGS應(yīng)用于其他類型的食品和工業(yè)來擴展其用途。他們目前正在開發(fā)PEGS陣列，其中每個傳感器都檢測不同的化學物質(zhì)。使用該技術(shù)，陣列將針對不同的氣體和/或變化的濕度給出獨特的信號，這將使該技術(shù)適用于更廣泛的食品類型和應(yīng)用。