Rośnie zapotrzebowanie na niezawodną kontrolę jakości żywności i leków, co napędza zapotrzebowanie na innowacyjne metody identyfikowalności. Nowoczesne metody, takie jak spektrometria mas i kodowanie kreskowe DNA, są skuteczne, ale często drogie i złożone. Teraz badacze opracowali rewolucyjne rozwiązanie: mikrolasery wykonane w całości z materiałów jadalnych, oferujące bezpośredni, zabezpieczony przed manipulacją sposób monitorowania świeżości i autentyczności produktów.
Problem z istniejącymi metodami śledzenia
Tradycyjna kontrola jakości opiera się na analizie laboratoryjnej, która jest czasochłonna, kosztowna i nie nadaje się do monitorowania w czasie rzeczywistym. Choć na opakowaniach istnieją inteligentne czujniki i kody kreskowe, można je łatwo podrobić lub usunąć. Istnieje krytyczna luka w śledzeniu nieopakowanych produktów, gdzie wymagana jest bezpośrednia integracja technologii monitorowania bez zmiany samego produktu.
Jak działają jadalne mikrolasery
Mikrolasery składają się z trzech kluczowych elementów: ośrodka wzmacniającego (który wzmacnia światło), źródła pompy (zapewniającego energię) i mikrownęki optycznej (która ogranicza wzmacniane światło). Przełom polega na stworzeniu wszystkich tych elementów z substancji całkowicie jadalnych.
Naukowcy z Instytutu J. Stefana i Uniwersytetu w Lublanie (Słowenia) oraz Uniwersytetu Arystotelesa w Salonikach (Grecja) eksperymentowali z barwnikami takimi jak chlorofil (ze szpinaku), ryboflawina (witamina B2) i biksyna jako środkami wzmacniającymi. Oleje jadalne, masło, agar, żelatyna i chitozan służyły jako materiały ubytków, a cienkie liście srebrno-aluminiowe (stosowane w słodyczach) działały jako reflektory.
Co ciekawe, zespół odkrył, że kropelki oliwy z oliwek w naturalny sposób zachowują się jak lasery pod wpływem światła ze względu na doskonałe właściwości chlorofilu wzmacniające światło oraz kulisty kształt kropelek tworzących naturalną wnękę.
Kodowanie informacji w produktach spożywczych
Widmo promieniowania laserowego emitowanego przez te mikrowgłębienia zmienia się w zależności od wielkości kropelki i współczynnika załamania światła otaczającego ośrodka. Umożliwia to kodowanie informacji: różne rozmiary kropel reprezentują cyfry binarne (1 lub 0). Korzystając z 14 różnych rozmiarów kropel, badacze mogą wygenerować ponad 16 000 unikalnych kombinacji — wystarczających do zakodowania danych, takich jak data produkcji, data ważności czy kraj pochodzenia bezpośrednio w samym produkcie.
Poza śledzeniem: określanie cech produktu
Jadalne mikrolasery służą nie tylko do śledzenia; mogą także określać właściwości żywności. Analizując emitowane światło, mogą określić stężenie cukru w napojach, miodzie czy syropie, wykryć zmiany pH, a nawet monitorować rozwój mikroorganizmów. Co ważne, monitorowanie to może odbywać się w zapieczętowanym opakowaniu bez pobierania próbek.
Perspektywy na przyszłość i skalowalność
Chociaż obecna konfiguracja wykorzystuje lasery impulsowe i spektrometry, badacze przewidują praktyczne urządzenia wykorzystujące diody LED i spektrometry kieszonkowe do szybkiej analizy na miejscu. Technologia ta ma daleko idące implikacje:
- Bezpieczeństwo żywności: Monitorowanie w czasie rzeczywistym psucia się i skażenia.
- Farmaceutyka: Zapewnianie integralności leków i zapobieganie podrabianiu.
- Kosmetyka i Rolnictwo: Śledzenie pochodzenia i jakości produktów.
- Biomedycyna: Potencjał jadalnych biosensorów w organizmie.
Kolejna faza skupi się na rozszerzeniu zakresu wykrywalnych parametrów i badaniu nowych materiałów jadalnych w celu poprawy funkcjonalności.
„Oznacza to zasadniczą zmianę w naszym podejściu do kontroli jakości” – mówi dr Humar. „Możliwość zintegrowania czujnika bezpośrednio z produktem przy użyciu całkowicie jadalnych komponentów eliminuje wiele ograniczeń istniejących metod”.
Technologia ta obiecuje przyszłość, w której bezpieczeństwo żywności i leków będzie można weryfikować na poziomie mikroskopowym, bezpośrednio w samym produkcie.
