激光诱导石墨烯在环保且可生物降解的纸上检测食品温度和新鲜度

长三角G60激光联盟导读

据悉，首尔国立大学机械工程系教授Seung Hwan Ko领导的一个研究小组开发了一种新技术，利用激光诱导石墨烯在环保且可生物降解的商业纸上检测食品温度和新鲜度。

图形摘要。来源：Applied Materials Today (2022). DOI: 10.1016/j.apmt.2022.101589

环境和食品安全是食品行业的全球性问题。据绿色和平组织（Greenpeace）2021的数据，78%的家庭塑料垃圾来自含有食品的包装。因此，由于过度使用塑料，严重的环境问题加剧了。

星巴克（Starbucks）、可口可乐（Coca-Cola）和麦当劳（McDonald’s）等跨国公司推出了基于纸张的可生物降解杯子、瓶子和吸管，引领了环保创新技术的发展。为了解决食品工业中的这些复杂问题，需要环保食品包装和实时监控技术。

LIPS的原理图及LIG的表征。

食品储存和监测技术的最新进展使食品工业中的各种应用成为可能。然而，对于大多数当前的食品状况检测平台，必须在食品储存容器上附加一个传感器，并且所使用的传感器通常是非生物降解材料，这在环保方面也存在问题。

高教授领导的研究小组在商用牛奶卡通上制作了激光辐照石墨烯传感器，并开发了一个通过检测来自食品的气体来检测食品新鲜度的平台。此外，在条形码背面制作了一个基于纸张的激光诱导石墨烯传感器，可以通过手机实时监测肉类的新鲜度。此外，通过以相同方式在普通纸杯上制造传感器，检测所含液体的温度，可以向用户提供食品的热信息。

Ko教授领导的研究小组专注于激光诱导石墨烯。研究小组开发了一种通过局部热反应合成石墨烯的技术，方法是在碳基环保纸基材上照射激光。因此，传感器直接在用于食品包装的纤维素基片上生产，无需额外处理，从而建立了一个能够连续实时检测食品状态的平台。

优化LIG成型工艺参数。

激光诱导石墨烯是碳纳米管、富勒烯和钻石等碳的同素异形体之一。它具有优异的电子迁移率，使LIG能够感测温度，并具有高的比表面积，使其能够很好地检测气体分子。

如果大多数食物没有在适当的温度下储存，它们会随着病原体在食物中生长而释放气体。换言之，持续监测食物的温度是很重要的，因为储存温度决定了食物的未来状态。此外，如前所述，由于大多数食品在分解时会释放气体，因此可以通过检测释放的气体来确定食品的新鲜度。也就是说，通过掌握食物的新鲜度和温度，可以获得食物的当前和未来状态的信息。

本研究开发的基于纸张的食品温度和新鲜度传感平台有望通过提供食品当前和未来状态的信息来解决与环境和安全相关的食品问题。研究小组通过检测食品变质信号，并在各种热环境下检测食品温度，从而演示了实际的食品变质情况。

用于检测温度和TMA气体的彩色纸上的LIG电路的独特特性和性能评价。

Ko说“这项成果是一项符合全球绿色新政趋势的研究，预计将为解决食品行业环境和安全相关问题的技术发展提供宝贵的资产和见解。此外，食品行业有望将其作为一种生态友好、可生物降解的温度材料应用于各个工业领域和气体传感器。”

研究结果发表在《Applied Materials Today》上。

来源：Smart paper electronics by laser-induced graphene for biodegradable real-time food spoilage monitoring, Applied Materials Today (2022). DOI: 10.1016/j.apmt.2022.101589