Các nhà hóa học tại trường đại học MIT đã phát minh ra một loại cảm biến di động, giá rẻ có thể phát hiện các loại khí sinh ra từ thịt ôi thiu, cho phép người tiêu dùng xác định xem thịt từ các cửa hàng thực phẩm và tủ lạnh có an toàn để chế biến hay không.
Cảm biến này, bao gồm các ống carbon nanotubes đã được điều biến về mặt hóa học, có thể được sử dụng trong "kiện hàng thông minh" để cung cấp thông tin về độ an toàn chính xác hơn nhiều so với "hạn sử dụng" được in trên túi hàng, giáo sư hóa học Timothy Swager tại MIT cho biết.
"Nó cũng giúp cắt giảm lượng thực phẩm bị lãng phí. Người ta thường bỏ đi cả những thứ mà thực ra chưa bị hỏng,"
Tác giả chính của nghiên cứu này là sinh viên tốt nghiệp Sophie Liu, các đồng tác giả là hai thành viên cũ tại phòng Lab của giáo sư Swager, đó là Alexander Petty và tiến sỹ Graham Sazama.
Cảm biến này cũng tương tự như các thiết bị carbon nanotubes mà phòng thí nghiệm của giáo sư Swager đã phát triển thời gian gần đây, bao gồm cả thiết bị đo độ chín của hoa quả. Tất cả các thiết bị này đều hoạt động dựa và một nguyên lý giống nhau: Các ống carbon nanotubes có thể được điều biến về mặt hóa học sao cho khả năng dẫn điện của chúng sẽ thay đổi khi xuất hiện một loại khí cụ thể nào đó.
Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu đã điều biến các ống carbon nanotubes với các hợp chất chứa kim loại gọi là metalloporphyrins, là hợp chất bao gồm một nguyên tử kim loại trung tâm được liên kết với nhiều vòng nitrogen xung quanh. Một ví dụ là Hemoglobin, có vai trò vận chuyển oxygen trong máu, là một loại metalloporphyrin với sắt là nguyên tử trung tâm.
Đối với cảm biến kiểm tra chất lượng thực phẩm này, các nhà hóa học sử dụng loại metalloporphyrin với cobalt là nguyên tử kim loại trung tâm. Metalloporphyrin có khả năng liên kết rất tốt với các hợp chất chứa nitrogen- gọi là các amin. Các loại amin có nguồn gốc sinh học thu hút sự chú ý đặc biệt từ các nhà hóa học, ví dụ như putrescine và cadaverine, vốn được sinh ra từ thịt đang phân hủy.
Khi mà porphyrin kim loại cobalt liên kết với bất kỳ loại amin nào nói trên, nó làm tăng điện trở của các ống carbon nanotubes, là thông số dễ dàng đo được.
"Chúng tôi sử dụng các loại porphyrins để chế tạo một thiết bị rất đơn giản, sau đó cấp điện áp cho thiết bị và theo dõi thông số dòng điện. Khi thiết bị này gặp các loại amins sinh ra từ thịt đang phân rã, giá trị dòng điện trong thiết bị sẽ giảm xuống thấp hơn," Liu cho biết.
Trong nghiên cứu này, các tác giả thử kiểm tra cảm biến với bốn loại thịt khác nhau: thịt lợn, gà, cá tuyết (cod) và cá hồi (salmon). Kết quả cho thấy khi được ướp lạnh, cả bốn loại đều giữ trạng thái tươi ngon hơn bốn ngày. Nhưng khi không còn được ướp lạnh, chúng đều phân rã ở các tốc độ khác nhau.
Có những loại cảm biến tương tự khác dùng để xác định thịt bị hỏng, nhưng chúng đều là các thiết bị đắt tiền, kích cỡ lớn và cần chuyên môn để có thể vận hành được. "Lợi thế mà nhóm nghiên cứu có được, đó là các cảm biến của chúng tôi là loại rẻ nhất, nhỏ gọn nhất và dễ chế tạo nhất," Swager cho biết.
"Việc sở hữu một cảm biến giá rẻ để xác định sư tươi ngon của cá và thịt, theo thời gian thực, có rất nhiều ưu điểm, bao gồm việc giúp tránh được các bệnh tật gây ra bởi tiêu thụ thức ăn ôi thiu, tăng sự hài lòng của khách hàng, giảm sự lãng phí thực phẩm tại cửa hàng cũng như tại gia," Roberto Forloni, một nhà cung cấp các loại thực phẩm nêu lên quan điểm.
Thiết bị mới này tiêu tốn rất ít năng lượng và có thể được tích hợp trong một nền công nghệ không dây mới được phát triển tại phòng thí nghiệm của Swager, cho phép điện thoại thông minh smartphone đọc kết quả từ cảm biến ống carbon nanotubes.