Этиленовый сенсор на углеродных нанотрубках определяет спелость фруктов
Согласимся: первое, что приходит на ум при упоминании этилена, — это полиэтиленовые пакеты, и уж точно ни у кого (кроме специалистов) не возникнет фруктовых ассоциаций. И тем не менее этилен — нечто большее, чем просто сырьё для химической промышленности. Это ещё и простейший растительный гормон, контролирующий физиологические процессы, такие как созревание фруктов, прорастание семян, распускание и увядание цветов.
Вот почему американские учёные разработали сенсор, высокочувствительный именно к этилену, который может быть использован для определения зрелости фруктов.
Для справки. Американские фермеры испытывают к этилену особую любовь. Зрелые красные помидоры слишком мягки для долгой транспортировки в битком набитых вагонах. За помятые в дороге плоды никто платить не желает, а потому появилась светлая мысль доставлять покупателю помидоры в не совсем зрелом состоянии. Правда, и за зелёные помидоры никто платить тоже почему-то не хочет. Тут-то ушлым фермерам и пришёл на выручку «гормон» этилен. Недозревшие зеленоватые помидоры засыпаются в ангар, воздух которого обильно насыщается этиленом, — и вот перед вами уже спелые, красные, твёрдые и... совершенно невкусные плоды.
Процесс созревания многих фруктов запускается в момент связывания этилена с определённым рецептором. Бананы, например, обычно собираются незрелыми и перевозятся в азотной атмосфере для предотвращения созревания в пути, а затем подвергаются обработке этиленом в специально построенных для этого ангарах. И тут очень важно не перестараться, поскольку бананы слишком быстро становятся переспелыми и непригодными к продаже в уважающих себя сетевых магазинах. Вот почему так важно уметь точно контролировать концентрацию этилена внутри помещения с созревающими фруктами. Не менее интересно было бы знать, сколько этилена выделяется данным фруктом в данный момент, что, без сомнения, позволило бы максимально точно определять идеальное время для сбора урожая. А это, между прочим, немалая экономия фермерских денег.
Будучи очень маленькой неполярной молекулой, этилен (С2H4) требует для своего определения сложных дорогостоящих приборов, которые совершенно не приспособлены для использования в полевых условиях. К счастью, учёным из Массачусетского технологического института (США) удалось разработать портативный сенсор, способный надёжно измерять малые концентрации этилена, которые выделяются созревающими фруктами. Кроме того, новое устройство получилось недорогим и простым в производстве.
Его сенсорный элемент состоит из маленькой стеклянной подложки с двумя золотыми электродами, между которыми нанесена смесь из одностенных углеродных нанотрубок и специального комплекса меди. Последний прочно связан с нанотрубками. При контакте этилена с сенсором первый соединяется с медным комплексом, ослабляя связь между ним и углеродной трубкой, электронные свойства которой очень чувствительны к силе взаимодействия с привязанным к ним комплексом. В качестве числового параметра измеряется изменение электрического сопротивления в зависимости от концентрации этилена.
Для проверки работоспособности своего устройства учёные помещали сенсор и фрукт в изолированную камеру, которую продували азотом, после чего измеряли и сравнивали уровни этиленовой эмиссии, производимой разными фруктами, а также могли следить за количеством этилена, выделяемого при созревании каждого из протестированных фруктов. Результаты показали наличие ясного максимума этиленовой эмиссии, демонстрируемого бананами, грушами и авокадо, который соответствовал достижению точки максимального созревания.
Отчёт об исследовании представлен в журнале Angewandte Chemie International Edition.
Роман Иванов
Источник: science.compulenta.ru