In recent years, biological and biomaterial microcavities and microlasers have attracted much attention due to their potential in tracking, labeling, biological detection, cell barcoding, information security and anti-counterfeiting. However, no research has focused on creating lasers using edible substances. Recently, Professor Matjaž Humar's team from Slovenia published their results in Advanced Optical Materials, Desenvolupar un sistema de microlaser elaborat íntegrament en substàncies comestibles, incrustar amb èxit codis de barres i sensors directament en els aliments i crear una nova ruta tècnica per al seguiment de la seguretat alimentària . Aquesta investigació fa que la traçabilitat, la seguretat i la frescor dels aliments i els medicaments, així com els productes no rediables, i proporciona una nova solució tècnica per al seguiment ambiental, els frields farmacèutics i els bicicletes i la bicicleta i la bicicleta i la bicicleta i la bicicleta i la bicicleta i la bicicleta i la bicicleta i la bicicleta i la bicicleta ambiental i la bicicleta ambiental i la bicicleta ambiental i els ambientals i els ambientals i els ambientals, i els ambientals amb un medi ambient. Aplicacions .
Com fer microlaàsers comestibles?
Els làsers consisteixen principalment en tres components: font de bomba, medi de guany i cavitat ressonant . El medi de guany és un colorant fluorescent que proporciona un guany òptic mitjançant l’emissió estimulada . L’estudi va demostrar dos tipus de microcavitats: el mode de galeria xiuxiuejant (WGM) i Fabry-Perot (fp) mode .} La microlaser es bombeja per un llum de forma externa (Fabry-perot) . Font, com ara un làser polsat . Quan el guany òptic a la cavitat supera la pèrdua òptica, el sistema arriba al llindar làser i emet llum làser . Les substàncies comestibles Les substàncies utilitzades no es modifiquen químicament de cap manera, de manera que l’aspecte visual, el gust i el valor nutritiu del producte no es canvien significativament i es manté el seu valor ambiental .
L’equip de recerca va analitzar sistemàticament additius alimentaris aprovats i finalment va identificar diversos materials clau de guany làser:
- Família de clorofil·la: L'estudi va trobar que el rendiment quàntic de clorofil·la-a en l'oli de gira-sol va assolir 0 . 3, que és suficient per suportar l'emissió làser . La concentració de clorofil·la continguda naturalment en l'oli d'oliva pot aconseguir l'efecte làser sense necessitat de substàncies addicionals.
- Vitamina B2 (riboflavina): Amb un rendiment quàntic de 0 . 27, funciona bé en solució aquosa i proporciona un medi làser ideal per a productes a base d’aigua.
- Carmin: Aquesta coloració tradicional alimentària presenta un bon rendiment làser en un entorn oliós, ampliant la seva gamma d'aplicacions .
Disseny innovador d’arquitectura de cavitat làser
L’elecció dels materials de cavitat ressonant depèn de la configuració i la funció del microlaser . normalment aquests materials han de ser transparents i, en algunes configuracions Laser Cavity Design, l’equip de recerca va demostrar dues arquitectures innovadores:
Mode de la galeria Whispering (WGM): Utilitzant l'efecte de reflexió interna total òptica de gotetes d'oli o microsfores sòlides, els WGM solen tenir factors Q molt elevats . L'equip de recerca va aconseguir la lasificació mitjançant 2 mM de clorofil·la o 4 mm carmina dissolta en oli de la gira-sol . per a drops dotats de clorofil·les de clorofil llindar de 4 . 5 μJ i una desviació estàndard de 0 . 2 μJ . La mida mínima de gotes necessària per aconseguir el préstec és d'aproximadament 35 μm . A més de la clorofil·la pura El fet d’arrossegar -se a partir de gotetes d’oli a l’aigua, però el llindar de làsing és aproximadament tres vegades superior . oli d’oliva conté naturalment prou clorofil·la per utilitzar -se com a làser en forma de gotetes d’oli sense l’addició de cap altra substància. Els pics de WGM també s’han observat a l’espectre per sota del llindar de làsing quan s’emocionen amb un làser d’ona contínua (CW) o un díode emissor de llum (LED).
Fabry-Perot (FP): Una cavitat lineal formada per dos miralls amb un medi de guany entre ells . El làser comestible FP proposat utilitza fulles de plata comestibles com a reflectors, agar o gelatina com a suport estructural, i l’espai entre els miralls s’omple amb una clorofil·la de 2 mM dissolta en oli de glaflow Solució . Quan la cavitat plena d’oli de gira-sol dopat amb clorofil·la es va bombar amb un làser polsat, afilat i igualment espaiat, apareixia a l’espectre d’emissió per sobre de l’energia del llindar de làs Desviació de 0 . 2 μJ. També es va aconseguir la liquidació mitjançant una cavitat plena de solució aquosa de fosfat de sodi riboflavina.
Codi de barres de precisió incontestable
Aquest estudi demostra que la capacitat de codificació d'informació de precisió dels microlasers comestibles . Les gotes monodisperse preparades per microfluidics tenen un coeficient de variació de mida de només 0 . 2%-0.4% Espectroscòpia làser amb un error de només 1 . 2 nm . L’equip de recerca va desenvolupar un sistema de codificació binari de bits de bits que pot generar 16,384 codis d’identificació únics . Això és suficient per encodificar informació clau com ara informació del fabricant, data de producció, data d’expiració i edició. A causa de les limitacions físiques del procés de preparació, aquesta codificació és físicament desfonable, proporcionant la protecció contra la creació anti-creació per a productes d’alt valor.
In the actual demonstration, the research team successfully encoded "International Day to Stop Food Waste, April 26, 2017" into canned peaches. The entire coding process only requires 5 μL of sunflower oil, and the energy contribution to 500 mL of product is negligible (only 0.008 kcal/100 mL). After one year of storage, the La informació codificada encara es pot llegir perfectament.
Monitorització de detecció multifuncional per a la seguretat alimentària
A més de la funció anti-creador, el sistema també demostra potents capacitats de detecció, proporcionant un mètode de control en temps real per a la seguretat alimentària:
Mesura precisa de la concentració de sucre: Utilitzant la sensibilitat de la cavitat WGM a l’índex de refracció del medi circumdant, s’aconsegueix la mesura de la concentració de sucre amb una precisió de 0 . 2%, que és comparable al rendiment dels refractòmetres comercials . Això té una gran importància per al control de qualitat de productes com el vi i el suc.
Supervisió dinàmica del valor de pH: A través de l’expansió que respon a pH de la pel·lícula de quitosà, la detecció de pH amb una precisió de 0 . 05 unitats de pH s’aconsegueix . En l’experiment de sagnat de llet, es va fer un seguiment amb èxit el canvi continu del valor de pH durant diversos dies, proporcionant una nova eina per predir la vida de protecció dels productes lactis.
Detecció del creixement microbià: Ús innovador de la gelatina enriquida en nutrients com a medi de detecció, quan la gelatinasa produïda per bacteris es descompon l'estructura, el senyal làser desapareix, indicant intuïtivament la contaminació microbiana . Aquest concepte de sensor "autodestructiu" obre un nou camí per a l'avís preco
Indicació d’exposició a la temperatura: Els greixos comestibles amb diferents punts de fusió s'utilitzen per fer components sensibles a la temperatura . un cop exposats a una temperatura per sobre de la temperatura establerta, l'estructura canvia de forma permanent, proporcionant un mètode de gravació irreversible per al control de la cadena de fred .
Resum i Outlook
Aquest estudi va demostrar diversos làsers comestibles i les seves aplicacions en la millora de la seguretat alimentària i fàrmacs . Va ser el primer estudi sistemàtic de colorants làser comestibles i microcavitats, demostrant dos tipus de microcavitats: el mode de galeria Whispering i el mode de Fabry-Perot, verificant el rendiment excel·lent de microlasers comestibles com a sensors i barcodes .}}} L’equip de recerca va assenyalar que a més de l’alimentació va assenyalar que es va assenyalar que a més de menjar, que va assenyalar que va assenyalar que es va assenyalar que es va assenyalar a l’alimentació. Aquesta tecnologia també es pot aplicar al seguiment de la qualitat i al seguiment ambiental de productes de consum com cosmètics i productes agrícoles . Al mateix temps, aquest concepte es pot estendre a camps biomèdics com ara càpsules de drogues i implants mèdics, proporcionant noves eines per a medicina personalitzada .
L’enorme potencial de la tecnologia làser en el camp de la seguretat alimentària proporciona solucions innovadores als problemes globals de seguretat alimentària . A mesura que la tecnologia madura més, s’acosta una nova era de “menjar intel·ligent”: cada producte tindrà la seva pròpia “targeta d’identificació òptica” que no es pot forjar amb capacitats de control de salut en temps real .
