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    Sviluppo di un piccolo sensore in grado di monitorare continuamente il fitormone etilene

    Un piccolo, sensore altamente sensibile in grado di rilevare l'etilene con grande selettività. Credito:NIMS

    NIMS e AIST hanno sviluppato un piccolo sensore in grado di monitorare continuamente l'ormone vegetale etilene. Il gas etilene favorisce la maturazione di frutta e verdura, ma l'eccessiva esposizione li promuove a marcire. Il nuovo piccolo sensore può essere utilizzato per monitorare frutta e verdura rilevando continuamente il gas etilene, garantendo la freschezza durante il trasporto e lo stoccaggio, e contribuendo a ridurre gli sprechi alimentari.

    L'etilene è una molecola gassosa rilasciata da frutta e verdura come fitoormone che favorisce la maturazione. I prodotti freschi possono essere fatti maturare artificialmente nello stoccaggio post-raccolta introducendo l'etilene in un impianto di stoccaggio. Il monitoraggio continuo delle concentrazioni di etilene in questi impianti può consentire di stimare con maggiore precisione l'andamento della maturazione dei prodotti immagazzinati, consentendo un programma di trasporto e stoccaggio ottimale. Questo potenziale beneficio ha portato ad una forte domanda per lo sviluppo di piccole, sensori di etilene economici provenienti dall'industria agricola e alimentare. Sono disponibili in commercio piccoli sensori in grado di rilevare l'etilene, ma molti di loro funzionano solo ad alte temperature (200-300 ℃). Oltretutto, i sensori disponibili in commercio che utilizzano semiconduttori come materiali di rilevamento possono rilevare altre molecole gassose (ad es. alcool e metano) contemporaneamente per la sua superficie altamente attiva. Questi sensori esistenti mancano quindi di sensibilità selettiva all'etilene.

    In questo progetto di ricerca, abbiamo sviluppato un piccolo, sensore altamente sensibile in grado di rilevare l'etilene con grande selettività. Questo sensore è costituito da tre componenti:un catalizzatore altamente attivo che converte selettivamente l'etilene in acetaldeide, un reagente che reagisce con l'acetaldeide per rilasciare gas acido e un elettrodo SWCNT (nanotubo di carbonio a parete singola) che è molto sensibile al gas acido (figura). Questo catalizzatore altamente attivo può convertire ripetutamente l'etilene in acetaldeide mentre l'analita-aria lo attraversa. Inoltre, il catalizzatore può funzionare quasi a temperatura ambiente (40 ℃), rendendo il piccolo sensore efficiente dal punto di vista energetico. Il gas acido prodotto dalla reazione tra l'acetaldeide e il reagente ritira fortemente gli elettroni dal semiconduttore SWCNT, modificando la resistenza elettrica del semiconduttore. Queste caratteristiche e meccanismi consentono al sensore di rilevare in modo selettivo e sensibile l'etilene anche a una concentrazione estremamente bassa (0,1 ppm) monitorando le variazioni della resistenza elettrica. Questo sensore dovrebbe essere efficace nel monitoraggio delle concentrazioni di etilene per molti tipi di prodotti freschi in magazzino. Per esempio, le concentrazioni di etilene che favoriscono la maturazione nelle banane e nei kiwi sono di circa 500 ppm e 10 ppm, rispettivamente:ben all'interno della gamma di sensibilità utile del sensore.

    Questo piccolo, energia efficiente, il sensore di etilene a basso costo è progettato per essere compatibile con l'integrazione di big data e i sistemi di rete, e può quindi servire come strumento vitale per mettere in pratica la visione della società super-intelligente del Giappone (l'iniziativa Society 5.0) nelle industrie agricole e alimentari. Questo gruppo di ricerca sta progettando diversi tipi di catalizzatori altamente attivi per sviluppare piccoli sensori in grado di rilevare molecole gassose diverse dall'etilene.


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