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2025-05-02 09:01:26
【导语】中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所的康晓慧、杨帆、杨亮等研究团队，成功研发出两种基于上转换材料的水凝胶荧光传感器贴片。这种神奇的贴片只需轻轻贴在肉类表面，就能通过颜色变化即时显示肉类新鲜度，且可重复使用。研究成果已发表于国际知名期刊，展现出广泛的应用前景。该技术不仅能监测食品新鲜度，还能用于健康标志物的检测，为食品安全和健康监测领域带来革新。
出品：
作者：康晓慧、杨帆、杨亮（中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研(yán)究(jiū)所(suǒ)）
监(jiān)制(zhì)：中(zhōng)国(guó)科(kē)普(pǔ)博(bó)览(lǎn)
我们团队（中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所能源材料与器件制造研究部的蒋长龙、杨亮研究团队）成果研发了两种可逆的水凝胶荧光传感器：
只需要把这种柔软的贴片轻轻贴在肉类表面，就能立刻通过贴片的颜色变化，知晓肉类的新鲜程度！而且，贴片使用后，只需用清水冲洗，便又可以重复利用。
这种神奇的贴片就是一种基于上转换材料设计的水凝胶贴片。相关研究成果(guǒ)已(yǐ)分(fēn)别(bié)发(fā)表(biǎo)于(yú)国(guó)际(jì)知(zhī)名期(qī)刊(kān)《分(fēn)析(xī)化学》和《微尺度》，展现出广泛的学术与应用价值。
用上转换材料水凝胶贴片监测鱼类肉(ròu)质(zhì)新(xīn)鲜度
（图片来源：微尺度Small 2024, 2405812）
上转换材料与水凝胶是什么？
上转换材料是一种能够将低能量光（如红外光）转化为高能量光（如可见光或紫外光）的先进功能材料。这种独特的光学性能使其能够在复杂环境中实现高灵敏度、低背景干扰的检测。借助上转换材料，检测技术可以在不依赖昂贵仪器的情况下，提供清晰的信号输出，非常适合食品质量和健康标志物的实时监控。
水凝胶则是一种具有高水含量的柔性材料，兼具生物相容性和高灵敏性。它能够将上转换材料牢牢地固定，同时为检测提供良好的反应环境。制成贴片后，这种材料可以应用于葡萄酒、血清或食品包装中，作为灵活的传感平台。
这种贴片监测的是食物中的什么成分？
1. 甲基乙二醛：风味与健康的双重标志；
甲基乙二醛广泛存在于人体代谢和食品发酵过程中。它决定了葡萄酒中特有的风味复杂性，同时也是一种与多种代谢性疾病(bìng)相(xiāng)关的(de)重(zhòng)要(yào)生(shēng)物(wù)标(biāo)志(zhì)物(wù)。基(jī)于(yú)上(shàng)转(zhuǎn)换(huàn)材(cái)料(liào)的(de)水(shuǐ)凝(níng)胶(jiāo)贴(tiē)片(piàn)，能(néng)够(gòu)快(kuài)速(sù)捕(bǔ)捉(zhuō)葡(pú)萄(táo)酒(jiǔ)和(hé)血(xuè)清(qīng)中(zhōng)的(de)MGO变(biàn)化(huà)。
例(lì)如(rú)，检(jiǎn)测(cè)贴(tiē)片(piàn)可(kě)以(yǐ)直(zhí)接(jiē)置(zhì)入(rù)葡萄酒中，通过颜色或荧光信号的变化，直观显示风味成分的浓度变化或血清中的代谢健康状况。
2. 生物胺：食品新鲜度的信号灯(dēng)；
生(shēng)物(wù)胺(àn)是(shì)一(yī)类(lèi)在(zài)食(shí)品(pǐn)腐(fǔ)败(bài)过(guò)程(chéng)中(zhōng)产(chǎn)生(shēng)的(de)挥(huī)发(fā)性(xìng)化(huà)合(hé)物(wù)，其(qí)浓(nóng)度(dù)直(zhí)接(jiē)反(fǎn)映(yìng)食(shí)品(pǐn)的(de)品(pǐn)质(zhì)。肉(ròu)类(lèi)、鱼(yú)类(lèi)等(děng)高(gāo)蛋(dàn)白(bái)食(shí)品(pǐn)中(zhōng)，生(shēng)物(wù)胺(àn)的(de)积(jī)累(lèi)常(cháng)预(yù)示(shì)着(zhe)变(biàn)质(zhì)。通(tōng)过(guò)将(jiāng)上(shàng)转(zhuǎn)换(huàn)材(cái)料(liào)嵌(qiàn)入(rù)水(shuǐ)凝(níng)胶(jiāo)贴片，可以实现对具有崎岖表面食品的生物胺检测。在食品包装、运输、储藏中，这种贴片能通过信号变化提示食品的新鲜度，为消费者提供安全保障。
这种贴片好用吗？
通过将上转换纳米材料的优异(yì)光(guāng)学(xué)特(tè)性(xìng)与(yǔ)水(shuǐ)凝(níng)胶(jiāo)的(de)柔(róu)性(xìng)和(hé)可(kě)逆(nì)性(xìng)结(jié)合(hé)，该(gāi)传(chuán)感(gǎn)器(qì)在(zài)检(jiǎn)测(cè)性(xìng)能(néng)、灵(líng)敏(mǐn)度(dù)和(hé)适(shì)用(yòng)场(chǎng)景(jǐng)上(shàng)都(dōu)实(shí)现(xiàn)了(le)突(tū)破(pò)性(xìng)的(de)提(tí)升(shēng)。
1. 灵(líng)敏(mǐn)度(dù)极(jí)高(gāo)
这(zhè)两(liǎng)种(zhǒng)水(shuǐ)凝(níng)胶(jiāo)荧(yíng)光(guāng)传(chuán)感(gǎn)器(qì)表(biǎo)现(xiàn)出(chū)极(jí)高(gāo)的(de)灵(líng)敏(mǐn)度(dù)，对甲基乙二醛和生物胺的检测限分别低至75.4 nM和2.73 μM，这相当于可以检测出是否在一个水缸中曾经滴入一滴可乐。其高选择性与低检测限使其在多个应用领域具有显著优势。
曙红B水凝胶荧光传感器可以灵敏地通过颜色显示MGO的浓度
（图片来源：分析化学Anal. Chem. 2024, 96, 20568−20577）
2. 贴片非常柔软，可以贴合各种表面
贴片的最大特点之一就是它的柔软性。它不仅触感舒适，还能轻松地贴合到各种表面，无论是光滑的平面还是稍微有些弯曲的部位，都能贴合不松动。
水凝胶贴片可以实现各种形变
（图片来源：分析化学Anal. Chem. 2024, 96, 20568−20577）
3. 适用场景特别丰富
这种贴片能够根据食物的新鲜程度，实时监测并提供反馈，让消费者和生产商及时掌握食品的状态。它不仅适用于超市、餐馆等零售和服务场所，还可以用于物流运输过程中，帮助确保食品从生产到消费者手中的每一步都保持最佳的新鲜度。
4. 可以进行重复使用
相比一次性使用的检测工具，这种贴片经过适当清洁后，可以多次使用。每次使用时，它依然能够准确地监测食物的新鲜度变化，减少了资源浪费和成本投入
曙红B水凝胶传感贴片对于甲基乙二醛的可逆检测
（图片来源：分析化学Anal. Chem. 2024, 96, 20568−20577）
姜黄素水凝胶传感贴片对生物胺的可逆检测
（图片来源：微尺度Small 2024, 2405812）
这项技术将推动食品安全、健康监测更进一步
这种水凝胶荧光传感器可以精确监测葡萄酒中关键风味成分的变化，从而优化生产工艺和品质控制。同时，该传感器还能用于分析血清样本中的生物标志物，为健康状况的快速评估提供了便捷的工具。此外，该技术还具备评估食品新鲜度的潜力，为食品安全管理提供了一种创新手段。
这项研究不仅为风味与健康标志物的多场景检测开辟了全新路径，还为未来智能传感器技术的开发奠定了重要基础。随着该技术的进一步优化与推广，它有望推动食品安全、健康监测等领域向更高效、更便捷和更智能化的方向发展，为人类生活品质的提升和健康保障提供强有力的技术支持。
参考文献：
[1]JIANG R, YANG F, KANG X, et al. Background‐free imaging of food freshness using curcumin‐functionalized upconversion reversible hydrogel patch [J]. Small, 2024, 2405812.
[2]KANG X, ZHANG L, JIA W, et al. Visual detection of methylglyoxal in multiple scenarios via NIR-excitable reversible ratiometric fluorescent hydrogel sensor [J]. Analytical Chemistry, 2024, 96(52): 20568-77.
400-86503662
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