In recent years, biological and biomaterial microcavities and microlasers have attracted much attention due to their potential in tracking, labeling, biological detection, cell barcoding, information security and anti-counterfeiting. However, no research has focused on creating lasers using edible substances. Recently, Professor Matjaž Humar's team from Slovenia published their results in Advanced Optical Materials, developing a microlaser system made entirely of edible substances, successfully embedding barcodes and sensors directly into food, and creating a new technical path for food safety monitoring. This research significantly enhances the traceability, safety and freshness monitoring of food and medicines as well as non-edible products, and provides a new technical solution for environmental monitoring, pharmaceutical fields and biomedical програми .
Як зробити їстівні мікролазири?
Lasers mainly consist of three components: pump source, gain medium, and resonant cavity. The gain medium is a fluorescent dye that provides optical gain through stimulated emission. The study demonstrated two types of microcavities: whispering gallery mode (WGM) and Fabry-Perot (FP) mode. The microlaser is pumped by an external Джерело світла, наприклад, імпульсований лазер . Коли оптичний приріст порожнини перевищує оптичну втрату, система досягає лазерного порогу і випромінює лазерне світло . їстівні речовини використовується як носій і порожнини в дослідженні ., вони зазвичай зустрічаються в харчових продуктах і використовуються в свідомці.}, як правило, у харчових продуктах і ліки використовуються в галузі продуктів харчування та використовуються в медицині та медицині в галузі Форми . Вживані речовини ні в якому разі не є хімічно модифікованими, тому візуальний вигляд, смак та харчове значення продукту суттєво не змінюються, а його екологічне значення зберігається .
Дослідницька група систематично перевіряла затверджені харчові добавки та, нарешті, визначила кілька ключових матеріалів з лазерних прибутків:
- Сім'я хлорофілл: Дослідження виявило, що квантовий вихід хлорофілу-A в соняшничому маслі досягнув 0 . 3, що є достатнім для підтримки лазерного випромінювання . Концентрація хлорофілу, природно, що міститься в оливковій олії, може досягти ефекту лазерного без потреби в додаткових речовинах.
- Вітамін В2 (рибофлавін): З квантовим виходом 0 . 27 він добре працює у водному розчині і забезпечує ідеальне лазерне середовище для продуктів на водній основі.
- Кармін: Це традиційне харчове барвник демонструє хороші лазерні показники в жирному середовищі, розширюючи його діапазон додатків .
Інноваційний дизайн архітектури лазерної порожнини
The choice of resonant cavity materials depends on the configuration and function of the microlaser. Usually these materials should be transparent, and in some configurations, they need to have a high refractive index or be reflective when used as a mirror, so various oils, butter, agar, gelatin, chitosan and thin silver leaves can be used to make the cavity. In terms of laser cavity design, Дослідницька група продемонструвала дві інноваційні архітектури:
Режим галереї шепоту (WGM): Використання оптичного загального внутрішнього відображення ефекту олії або твердих мікросфер, WGM, як правило, мають дуже високі коефіцієнти Q . Дослідницька група досягла лазування, використовуючи 2 мм Chlorophyll-A або 4 мм карміну, розчиненого в соняшному маслі . для хлорофіл-допеда, вимірюваних Q, що перевищує 9000, з хролофіл-допедою Droples, вимірюваного Q, що перевищує 9 м. 4.5 μJ and a standard deviation of 0.2 μJ. The minimum droplet size required to achieve lasing is about 35 μm. In addition to pure chlorophyll-A, non-purified chlorophyll mixtures extracted from spinach and even pure olive oil can also emit lasing from oil droplets in Вода, але поріг лазування приблизно втричі вище . оливкова олія природно містить достатню кількість хлорофілу, щоб використовуватись як лазер у вигляді крапель нафти без додавання будь -яких інших речовин. Піки WGM також спостерігалися в спектрі нижче порогу лазуючого, коли збуджувались за допомогою лазера безперервної хвилі (CW) або світла, що випромінює діод (світлодіод).
Fabry-Perot (FP): A linear cavity consisting of two mirrors with a gain medium between them. The proposed FP edible laser uses edible silver leaves as reflectors, agar or gelatin as structural support, and the space between the mirrors is filled with 2 mM chlorophyll dissolved in sunflower oil or 5 mM riboflavin sodium phosphate dissolved in aqueous solution. When the cavity filled with chlorophyll-doped sunflower oil was pumped with a pulsed laser, sharp, equally spaced peaks appeared in the emission spectrum above the lasing threshold energy of 6 μJ, indicating the presence of lasing in the FP cavity, with an average lasing threshold of 5.9 μJ and a standard deviation of 0.2 μJ. Лазінг також був досягнутий за допомогою порожнини, наповненої водним розчином рибофлавіну фосфату натрію.
Неперевершений точний штрих -код
Це дослідження здатність кодування кодувальних кодувань їстівних мікросерів . монодисперсні краплі, підготовлені мікрофлюїдами, мають коефіцієнт варіації розміру лише 0 . 2%-0.4%, який може досягти розміру нанорозмірного контролю за вимірюваною. Спектроскопія з помилкою лише 1 . 2 нм . Дослідницька група розробила 14- бітну систему двійкового кодування, яка теоретично може генерувати 16,384 унікальних ідентифікаційних кодів . достатньо, щоб кодувати інформацію про ключ, наприклад, інформацію про виробник, дату виробництва, дата експерації та походження. Завдяки фізичним обмеженням процесу підготовки, це кодування фізично не може бути непереборним, забезпечуючи остаточний захист від несучень для високоцінних продуктів.
У фактичній демонстрації дослідницька група успішно закодована "Міжнародний день зупинки харчових відходів, 26 квітня 2017 року" в консервовані персики ., весь процес кодування вимагає лише 5 мкл соняшникової олії, а енергетичний внесок у 500 мл продукту є незначним (лише 0 .} 008 ккал/100 мл) {.} 008 ккал/100 мл) .} 008 к.с. Кодована інформація все ще може бути ідеально прочитана.
Багатофункціональний моніторинг зондування для безпеки харчових продуктів
На додаток до функції анти-підрозділу, система також демонструє потужні можливості зондування, забезпечуючи метод моніторингу в режимі реального часу для безпеки харчових продуктів:
Точне вимірювання концентрації цукру: Використовуючи чутливість порожнини WGM до індексу заломлення навколишнього середовища, досягається вимірювання концентрації цукру з точністю 0 . 2%, що порівнянне з продуктивністю комерційних рефрактометрів ., має велике значення для контролю якості таких продуктів, як вино та Ju.
Динамічний моніторинг значення pH: Завдяки рН-чутливому розширенню хитозанної плівки виявлення рН з точністю 0 . 05 PH одиниць досягається . в експерименті з питань псування молока, безперервна зміна значення pH протягом декількох днів була успішно відстежена, що забезпечує новий інструмент для прогнозування терміну експлуатації хворобливих продуктів.
Виявлення мікробів: Інноваційне використання желатину, збагаченого поживними речовинами, як зондувального середовища, коли желатиназа, що виробляється бактеріями, розкладає структуру, лазерний сигнал зникає, інтуїтивно вказує на мікробне забруднення . Це "саморуйнівне" датчик відкриває новий шлях для раннього попередження просунення їжі .}}}
Індикація впливу температури: Їстівні жири з різними температурою плавлення використовуються для виготовлення температурних компонентів ., коли піддаються температурі вище встановленої температури, структура постійно змінюється, забезпечуючи незворотний метод запису для моніторингу транспортування холодного ланцюга .
Короткий зміст та світогляд
This study demonstrated several edible lasers and their applications in enhancing food and drug safety. It was the first systematic study of edible laser dyes and microcavities, demonstrating two types of microcavities: whispering gallery mode and Fabry-Perot mode, verifying the excellent performance of edible microlasers as sensors and barcodes. The research team pointed out that in addition to food, this Технологія також може бути застосована для відстеження якості та моніторингу навколишнього середовища споживчих товарів, таких як косметика та сільськогосподарська продукція ., в той же час ця концепція може бути розширена на біомедичні поля, такі як капсули для наркотиків та медичні імплантати, забезпечуючи нові інструменти для персоналізованої медицини .}}}}}}}
Величезний потенціал лазерної технології в галузі безпеки харчових продуктів забезпечує інноваційні рішення глобальних проблем безпеки харчових продуктів ., коли технологія дозріває далі, надходить нова епоха "розумної їжі" - кожен продукт матиме власну "оптичну посвідчення особи", яка не може бути підроблена з можливостями моніторингу здоров'я в режимі реального часу .}}}}
