監(jiān)測植物激素乙烯濃度可以提前發(fā)現水果和蔬菜的變質。

當鮮花盛開，水果成熟時，它們會釋放出一種無色的氣體，聞起來像乙烯。最近，美國麻省理工學院(MIT)的化學家開發(fā)出一種微型傳感器，可以檢測到上述濃度低至15 ppb的氣體。他們認為這將對防止食物變質大有好處。

這種傳感器采用半導體碳納米管，可用于監(jiān)控水果和蔬菜的運輸和儲存，從而有助于減少食物浪費。

"通過更好的食物管理來減少食物浪費的需求一直很強烈。“水果運輸者希望了解水果在運輸過程中的狀態(tài)，以及是否需要采取措施降低運輸過程中的乙烯含量?！?/span>

乙烯不僅是一種天然植物激素，也是世界上生產最廣泛的有機化合物，可用于生產塑料、服裝等產品。研究人員表示，乙烯探測器將來也可以用于監(jiān)測這類行業(yè)的乙烯產量。

乙烯含量檢測是農產品成熟度的關鍵指標。

大多數植物可以產生乙烯，乙烯被用作刺激生長、成熟和生命周期其他關鍵階段的激素。比如香蕉在成熟逐漸變成褐色的時候會產生大量的乙烯，花在開花的時候也會產生乙烯。壓榨的農產品和花卉可能會產生過量的乙烯，導致它們過早成熟或枯萎。據美國農業(yè)部統計，美國超市每年有12%的水果和蔬菜因腐敗變質而損失。

早在2012年，Swager的實驗室就開發(fā)了一種乙烯傳感器，其中包含數千個碳納米管陣列。電子可以沿著其中的碳圓柱體流動，但研究人員通過添加銅原子來減緩電子流。當乙烯出現時，它會與銅原子結合，進一步減緩電子的運動。乙烯含量可以通過測量減速率來檢測。但傳感器只能檢測到最低濃度為500 ppb的乙烯含量，傳感器中含有銅，最終可能會被氧氣腐蝕而無法工作。

"目前還沒有很好的商用乙烯檢測傳感器."Swager說，“為了管理可以長時間儲存的產品(如蘋果或土豆)，人們希望測量它們的乙烯濃度，以確定它們是否已經停止生長或成熟?！?/span>

乙烯傳感器，它也是基于碳納米管，但通過一種完全不同的機制工作(稱為Wacker氧化)。他們沒有使用會直接與乙烯結合的金屬(如銅)，而是使用一種叫做鈀的金屬催化劑，這種催化劑可以在氧化過程中向乙烯添加氧氣。

鈀催化劑氧化時，會暫時獲得電子。然后，這些額外的電子被轉移到碳納米管，以增加其導電性。通過測量電流變化的結果，可以檢測乙烯的含量。

這種傳感器可以在接觸乙烯的幾秒鐘內發(fā)生反應，一旦氣體消失，它可以在幾分鐘內恢復原來的導電性。

“傳感器將在金屬的兩種不同狀態(tài)之間切換，一旦乙烯消失，它將從瞬態(tài)多電子狀態(tài)恢復到原始狀態(tài)?！?/span>

"使用瓦克氧化催化系統來檢測乙烯是一個非常明智且基本上跨學科的想法."威斯康星大學化學助理教授Zachary Wickens(他沒有參與這項研究)說:“研究小組改進了瓦克氧化機制，建立了一個強大的催化系統，并與基于碳納米管的設備相結合，從而創(chuàng)造了一個選擇性和簡單的乙烯傳感器。”

乙烯含量影響植物開花嗎？

為了測試傳感器的功能，研究人員在載玻片上放置了碳納米管和其他傳感器組件。然后，利用該方法對香石竹和紫桔梗兩種花卉中的乙烯含量進行了監(jiān)測。這個實驗持續(xù)了五天，追蹤乙烯含量與植物開花的關系。

在對康乃馨的研究中，研究人員發(fā)現，在實驗的第一天，乙烯濃度迅速飆升，不久之后(一到兩天)就開花了。

紫氣球花實驗表明，第一天乙烯逐漸增加，第四天繼續(xù)減少。相應的，花開了好幾天，有的直到實驗結束才開。

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