为了测试新的传感器的能力，研究人员将碳纳米管和其他传感器部件沉积在玻璃载玻片上。然后，它们用它来监测两种鲜花中的乙烯生产 - 红色康乃馨和紫色延装。
监测植物激素乙烯可以揭示当水果和蔬菜即将破坏时。
随着花朵绽放和水果成熟，它们发出一种叫做乙烯的无色，甜味的气体。麻省理工学院的化学家现在创造了一个微小的传感器，可以将这种气体浓度低至每亿百左右，它们认为可以有助于防止食物腐败。
由半导体圆柱体制成的传感器可用于监测水果和蔬菜，因为它们被运输并储存，有助于减少食物垃圾，Timothy Swarer表示，在麻省理工学院的化学化学教授。
“对更好的食物管理和减少食物垃圾有一种持续需要，”Sware说。“运输果实的人想知道在运输过程中是如何做的，以及他们是否需要采取措施在运输它的同时保持乙烯。”
除了作为植物激素的自然作用外，乙烯还是世界上最广泛制造的有机化合物，用于制造塑料和衣服等产品。研究人员表示，乙烯的检测器也可用于监测这种工业乙烯制造。
Sware是该研究的高级作者，今天（3月18日，2020年）在ACS Central期刊上出现。MIT Postdoc Darryl Fong是该文件的领先作者，而麻省理工学院研究生Shao-Xiong（Lennon）罗和访问学者Rafaela da Silveira Andre也是作者。
成熟与否
乙烯是由大多数植物产生的，它使用它作为激素来刺激生长，成熟和其生命周期的其他关键阶段。例如，香蕉在成熟并变成棕色时产生乙烯的增加，而且花在准备盛开的时候产生它。压力下的生产和花卉可以过度提出乙烯，导致它们过早成熟或枯萎。据美国农业部称，据估计，美国每年都会失去大约12％的水果和蔬菜来腐败。
2012年，Sware的实验室开发了一个乙烯传感器，其中包含数万碳纳米管的数万阵列。这些碳瓶允许电子沿着它们流动，但研究人员添加了铜原子，使电子流量减慢。当存在乙烯时，它与铜原子结合，甚至更多地减慢电子。测量这种放缓可以揭示存在多少乙烯。然而，该传感器只能将乙烯水平检测到下降到每十亿份500份，因为传感器含铜，它们可能最终被氧气腐蚀并停止工作。
“斯马德说：”仍然没有一个良好的商业传感器，“Sware说。“为了管理长期储存的任何产品，如苹果或土豆，人们希望能够测量其乙烯，以确定它是否处于滞留模式，或者它已经成熟。”
Sware和Fong创造了一种新型的乙烯传感器，也基于碳纳米管，而是通过完全不同的机制作用，称为摩克氧化。代替将诸如铜直接与乙烯结合的金属，而不是将诸如乙烯结合的金属，而是赋予钯的金属催化剂，该金属催化剂在称为氧化的过程中向乙烯添加氧气。
随着钯催化剂进行该氧化，催化剂暂时获得电子。然后钯将这些额外的电子将这些额外的电子传递给碳纳米管，使它们更具导电性。通过测量所产生的电流变化，研究人员可以检测乙烯的存在。
传感器在几秒钟内响应乙烯，一旦气体消失，传感器就会在几分钟内返回其基线电导率。
“你在两种不同的金属状态之间切换，一旦乙烯不再在那里，它就会从那个瞬态，富有的电子状态返回其原始状态，”奉说。
“对乙烯检测的瓦克氧化催化系统的重新施加是一个非常聪明的和根本上的跨学科的想法，”威斯康星大学化学助理教授·扎卡拉德维森说，威斯康星大学的助理教授，他不参与该研究。“研究Teamdrew在最近对瓦克氧化的修改，提供稳健的催化系统，并将其掺入基于碳纳米管的装置中，以提供显着的选择性和简单的乙烯传感器。”
盛开，繁荣
为了测试传感器的能力，研究人员将碳纳米管和其他传感器部件沉积在玻璃载玻片上。然后，他们用它来监测两种类型的花朵 - 康乃馨和紫色植物的乙烯生产。它们在五天内测定乙烯生产，使它们能够跟踪乙烯水平与植物开花之间的关系。
在他们对康乃馨的研究中，研究人员发现，在实验的第一天，在实验的第一天，乙二浓度存在迅速，并且在此之后不久绽放，所有人都在一两天之后。
紫色延装花朵表现出在第一天开始的乙烯逐渐增加，持续到第四天，当它开始下降。相应地，鲜花的盛开在几天内展开，一些仍然没有在实验结束时绽放。
研究人员还研究了花的植物食品包是否对乙烯生产有任何影响。他们发现鉴于食物的植物表现出乙烯生产和盛开的轻微延迟，但效果不显着（仅几个小时）。
麻省理工学院团队已为新传感器的专利提交。该研究由国家科学基金会，美国陆军工程师研发中心环境质量技术计划，加拿大自然科学和工程研究委员会和圣保罗研究基金会资助。
参考：“通过瓦克氧化追踪乙烯感应”，达里尔坊，邵雄罗，拉法拉S.和蒂莫西M. Sware，3月20日，ACS Central.Doi：
10.1021 / ACSCENTSCI.0C00022
