MIT工程师研发出一种智能魔术贴式试条，可告知消费者食物是否变质或受到污染。
这些试条利用丝质针头和变色墨水刺入食物或其包装，检查食物是否可以食用。
这种食品传感器不仅能告知消费者食物是否变质，还能判断超过保质期的食物是否仍可安全食用。
MIT工程师设计了一种类似魔术贴的食品传感器，由一组丝质微针构成，可刺穿塑料包装，采集食物样本，以检测变质和细菌污染迹象。
传感器的微针由蚕茧中提取的可食用蛋白质溶液模制而成，能够将液体引至传感器背面。传感器背面印有两种特制墨水。其中一种“生物墨水”接触特定pH值范围的液体时会变色，表明食物已经变质；另一种在感测到致病菌等污染细菌时会变色，例如大肠杆菌。
研究人员将传感器贴在一片生鱼片上；此前，他们向鱼片注入了受污染的溶液，其中含有大肠杆菌。不到一天后，他们发现，印有细菌感应生物墨水的传感器部分由蓝色变为红色——这是鱼已受到污染的明确信号。又过了几小时，pH敏感生物墨水也变了颜色，表明鱼也已变质。
研究结果于今日发表于期刊《先进功能材料》，这是开发新型比色传感器的第一步。这种传感器能够检测食物变质和污染的迹象。
这类智能食品传感器或有助于防止近期洋葱和桃子沙门氏菌污染事件等疫情暴发。它们还可以避免消费者丢弃已经超过包装上标注的保质期、但实际上仍可食用的食物。
“由于缺乏恰当的标签，很多食物被浪费了；我们扔掉食物时，甚至不知道它是否已经变质，”MIT土木与环境工程系保罗·M·库克职业发展助理教授贝内代托·马雷利说。“疫情暴发后，人们也会浪费很多食物，因为他们不确定食物是否真的受到污染。这样的技术可以让终端用户更有信心，不再浪费食物。”
马雷利的论文合著者包括金度允、曹云腾、Dhanushkodi Mariappan、Michael S. Bono Jr.和A. John Hart。
丝绸与印刷
这款新型食品传感器由马雷利和哈特合作研发。马雷利的实验室利用丝绸的特性开发新技术，哈特的团队则致力于开发新的制造工艺。
哈特最近开发了一种高分辨率floxography技术，可实现微观图案制作，从而推动低成本印刷电子产品和传感器的发展。与此同时，马雷利开发了一种丝质微针印章，能够刺入植物并为其输送营养。在交流中，研究人员开始探讨能否将两种技术结合起来，制造一种可监测食品安全的印刷式食品传感器。
“仅通过测量食物表面来评估其健康状况往往不够准确。有一次，贝内代托提到他们团队用微针研究植物的工作，我们意识到可以结合各自的专长，制造出更有效的传感器，”哈特回忆道。
团队着手设计一种能够刺入多种食物表面的传感器。他们最终设计出一组由丝绸制成的微针。
“丝绸完全可食用、无毒，也可以作为食品配料；它的机械强度足以刺入多种组织，例如肉类、桃子和生菜，”马雷利说。
深入检测
为了制造这种新型传感器，金首先配制了丝素蛋白溶液。这种蛋白质从飞蛾的茧中提取。他将溶液倒入硅胶微针模具中。干燥后，他剥下成型的微针阵列，每根微针长约1.6毫米、宽600微米，约为一根意大利面直径的三分之一。
随后，团队为两种生物墨水配制了溶液。生物墨水是可变色的可印刷聚合物，可以与其他感测成分混合。在本例中，研究人员在一种生物墨水中加入了一种抗体，它能够感应大肠杆菌中的一种分子。当抗体接触到这种分子时，就会改变形状并对周围的聚合物产生物理推力，进而改变生物墨水吸收光线的方式。这样一来，生物墨水在感测到污染细菌时就会变色。
研究人员制成了一种含有抗体的生物墨水，可感应大肠杆菌；他们还制成了第二种生物墨水，可感应与食物变质相关的pH值。他们将感应细菌的生物墨水印在微针阵列表面，形成字母“E”；旁边则印上感应pH值的生物墨水，形成字母“C”。这两个字母最初都呈蓝色。
随后，金在每根微针内部嵌入孔隙，增强阵列通过毛细作用吸取液体的能力。为了测试新型传感器，他从当地杂货店买了几片生鱼片，分别注入含有以下物质的液体：大肠杆菌、沙门氏菌，或不含任何污染物的液体。他在每片鱼肉中插入一枚传感器，然后等待。
约16小时后，团队观察到，只有被大肠杆菌污染的鱼片上的“E”由蓝色变为红色，表明传感器准确检测到了细菌抗原。又过了几小时，所有样品上的“C”和“E”都变成了红色，表明每片鱼肉都已变质。
研究人员还发现，与现有仅检测食物表面病原体的传感器相比，他们的新型传感器能够更快地显示污染和变质迹象。
“食物中有许多腔隙和孔洞，病原体会藏在其中，表面传感器检测不到，”金说。“因此，我们必须刺入得更深一些，才能提高检测的可靠性。采用这种穿刺技术，我们也无需打开包装就能检查食品质量。”
团队正在寻找加快微针吸收液体以及生物墨水感测污染物的方法。设计优化后，他们设想这种传感器可用于供应链的各个环节：加工厂的工作人员可以用它监测待发货产品，消费者也可以选择将传感器用于某些食品，以确认食用安全。
这项研究部分得到了MIT阿卜杜勒·拉蒂夫·贾米尔水与食品系统实验室（J-WAFS）、美国国家科学基金会和美国海军研究办公室的支持。
