Попит на надійний контроль якості харчових продуктів і ліків зростає, що породжує потребу в інноваційних методах відстеження. Сучасні методи, такі як мас-спектрометрія та штрих-кодування ДНК, ефективні, але часто дорогі та складні. Тепер дослідники розробили революційне рішення: мікролазери, повністю виготовлені з їстівних матеріалів, що пропонують прямий, захищений від несанкціонованого доступу спосіб моніторингу свіжості та автентичності продуктів.
Проблема з існуючими методами відстеження
Традиційний контроль якості базується на лабораторному аналізі, який займає багато часу, дорогий і не підходить для моніторингу в реальному часі. Хоча розумні датчики та штрих-коди на упаковці існують, їх можна легко підробити або видалити. Існує критична прогалина у відстеженні неупакованих продуктів, де потрібна пряма інтеграція технології моніторингу без зміни самого продукту.
Як працюють харчові мікролазери
Мікролазери складаються з трьох ключових компонентів: середовища підсилення (яке підсилює світло), джерела накачування (яке забезпечує енергію) та оптичного мікрорезонатора (який обмежує світло, яке підсилюється). Прорив полягає в створенні всіх цих елементів з повністю їстівних речовин.
Дослідники з Інституту Й. Штефана та Університету Любляни (Словенія), а також Університету Арістотеля в Салоніках (Греція) експериментували з такими барвниками, як хлорофіл (із шпинату), рибофлавін (вітамін В2) і біксин як середовище для посилення. Харчові олії, вершкове масло, агар, желатин і хітозан служили матеріалами для порожнини, а тонкі срібні/алюмінієві листочки (використовуються в солодощах) діяли як відбивачі.
Цікаво, що команда виявила, що краплі оливкової олії природним чином діють як лазери під час збудження світлом завдяки чудовим властивостям хлорофілу посилювати світло та сферичній формі краплі, що створює природну порожнину.
Кодування інформації в харчових продуктах
Спектр лазерного випромінювання, що випускається цими мікропорожнинами, змінюється в залежності від розміру краплі та показника заломлення навколишнього середовища. Це дозволяє кодувати інформацію: різні розміри крапель представляють двійкові цифри (1 або 0). Використовуючи 14 різних розмірів крапель, дослідники можуть створити понад 16 000 унікальних комбінацій — достатньо для кодування таких даних, як дата виробництва, термін придатності або країна походження безпосередньо в самому продукті.
Крім відстеження: визначення атрибутів продукту
Їстівні мікролазери призначені не лише для відстеження; вони також можуть визначати властивості харчових продуктів. Аналізуючи випромінюване світло, вони можуть визначати концентрацію цукру в напоях, меді чи сиропі, виявляти зміни pH і навіть стежити за ростом мікроорганізмів. Важливо, що цей моніторинг може відбуватися через герметичні упаковки без відбору проб.
Майбутні перспективи та масштабованість
Хоча поточна установка використовує імпульсні лазери та спектрометри, дослідники передбачають практичні пристрої, що використовують світлодіоди та кишенькові спектрометри для швидкого аналізу на місці. Ця технологія має далекосяжні наслідки:
- Безпека харчових продуктів: Моніторинг псування та забруднення в реальному часі.
- Фармацевтика: Забезпечення цілісності ліків і запобігання підробці.
- Косметика та сільське господарство: Відстеження походження та якості продукції.
- Біомедицина: Потенціал для їстівних біосенсорів в організмі.
Наступний етап буде зосереджений на розширенні діапазону параметрів, які можна виявити, і дослідженні нових їстівних матеріалів для покращення функціональності.
«Це являє собою фундаментальну зміну в нашому підході до контролю якості», — каже д-р Хумар. «Можливість інтегрувати датчик безпосередньо в продукт за допомогою цілком їстівних компонентів усуває багато обмежень існуючих методів».
Ця технологія обіцяє майбутнє, в якому безпечність харчових продуктів і ліків можна буде перевірити на мікроскопічному рівні, прямо всередині самого продукту.
