近年、生物学的および生体材料マイクロキャビティとマイクロレーザーは、追跡、標識、生物学的検出、細胞バーコード、情報セキュリティ、アンチカウンターファイティング.の可能性により、多くの注目を集めていますが、最近、{2}}.の食用物質を使用したレーザーを使用したレーザーの作成に焦点を当てた研究はありません。材料、食用物質で完全に作られたマイクロレーザーシステムの開発、バーコードとセンサーを食品に直接埋め込み、食品安全監視のための新しい技術的パスを作成する.この研究は、食品と薬のトレーサビリティ、安全性、鮮度監視、および非食用製品の新しい技術的監視のための新しい技術的なソリューションを提供することを大幅に向上させます。アプリケーション.
食用マイクロレーザーを作る方法は？
レーザーは主に3つのコンポーネントで構成されています：ポンプソース、ゲイン媒体、および共振キャビティ.ゲイン培地は、刺激された放出.を通じて光学的ゲインを提供する蛍光色素です。パルスレーザー{.などの光源は、空洞の光学ゲインが光学損失を超えると、レーザーのしきい値に到達し、レーザー光.食用物質を発します。使用される物質はいかなる方法でも化学的に修正されていないため、製品の視覚的外観、味、栄養価は大幅に変更されず、その環境価値は維持されます.
研究チームは、承認された食品添加物を体系的にスクリーニングし、最終的にいくつかの重要なレーザーゲイン材料を特定しました。
- クロロフィルファミリー：この研究では、ヒマワリ油におけるクロロフィル-Aの量子収量が0 . 3に達したことがわかりました。これは、オリーブオイルに含まれる自然にレーザー放出.をサポートするのに十分であることが、追加の物質を必要とせずにレーザー効果を達成できます。
- ビタミンB2（リボフラビン）：量子収量は0 . 27で、水溶液でうまく機能し、水ベースの製品に理想的なレーザー培地を提供します。
- カーマイン：この伝統的な食品の着色は、油性環境で優れたレーザー性能を示し、そのアプリケーション範囲を拡大します.
革新的なレーザーキャビティアーキテクチャ設計
共鳴空洞材料の選択は、マイクロレーザー{.の構成と機能に依存します。通常、これらの材料は透明である必要があり、一部の構成では、鏡として使用する場合は高屈折率を持つか、反射する必要があるため、さまざまなオイル、バター、寒天、ゲラチン、キトサン、チトサン、チトサン、薄い銀の葉が格納されます。研究チームは、2つの革新的なアーキテクチャを実証しました。
ささやきギャラリーモード（WGM）：オイル液滴または固体ミクロスフェアの光学的総内部反射効果を使用すると、WGMは通常非常に高いQ因子.にあります。研究チームは、クロロフィルオイルに溶解した2 mmのクロロフィルAまたは4 mMカーマインを使用してレーシングを達成しました。 4 .5μjおよび0 {.}2μj.の標準偏差は、ラーシングを達成するために必要な最小液滴サイズは、純粋な葉緑体A、純粋なクロロフィアの油油油産油油から抽出されていない油脂肪混合物に加えて、純粋なクロロフィル-A、純粋なクロロフィアの混合物に加えて、純粋なクロロフィル-A、純粋なクロロフィル混合物に加えて、水ですが、レーシングしきい値は約3倍{.}オリーブオイルには、他の物質を添加せずにオイル滴の形のレーザーとして使用するのに十分なクロロフィルが含まれています。連続波（CW）レーザーまたは光発光ダイオード（LED）を使用して励起すると、Lasingしきい値以下のスペクトルでもWGMピークが観察されています。
Fabry-Perot（FP）：それらの間にゲイン媒体を備えた2つのミラーで構成される線形空洞{.提案されたFP食用レーザーは、食用銀の葉をリフレクター、寒天またはゼラチンとして構造的支持として使用し、ミラー間のスペースは、ヒマワリ油または5 mmのリボフラビン酸化酸塩酸酸塩酸酸塩酸酸塩酸酸塩酸酸塩酸酸塩酸酸塩酸酸塩酸塩酸塩酸塩酸塩で溶けている5 mmクロロフィルドープ付きヒマワリオイルで満たされたキャビティにパルスレーザーで汲み上げられ、6μJのレーシングしきい値エネルギーの上の発光スペクトルに鋭い、等間隔のピークが現れ、FPキャビティでのレーシングの存在を示し、平均レーシングしきい値が5 .9μjおよび標準deviaiosの存在を示します。 μJ。リボフラビンリン酸ナトリウム水溶液で満たされた空洞を使用して、レーシングが達成されました。
無知の精密バーコード
この研究では、食用マイクロレーザーの精度情報エンコーディング機能を示しています{.マイクロ流体によって調製された単分散液滴は、0 . 2％のみのサイズ変動係数を持っています。 1 . 2 nm .のみの誤差がある分光法は、16,384の一意の識別コードを理論的に生成できる14-ビットバイナリコーディングシステムを開発しました.準備プロセスの物理的な制限により、このコーディングは物理的には無関係であり、高価値製品の究極の摂取防止保護を提供します。
実際のデモンストレーションでは、研究チームは「国際食品廃棄物を停止するための国際日、2017年4月26日」に缶詰の桃.にエンコードされたことに成功しました。コーディングプロセス全体では5μlのヒマワリオイルのみが必要であり、500 mlの製品へのエネルギー寄与は無視できます（0. 008 kcal/100 mlのみ）エンコードされた情報はまだ完全に読むことができます。
食品の安全性のための多機能センシングモニタリング
摂取防止機能に加えて、システムは強力なセンシング能力も実証し、食品安全のためのリアルタイム監視方法を提供します。
糖濃度の正確な測定：WGMキャビティの周囲の培地の屈折率に対する感度を使用して、0 . 2％の精度で糖濃度測定が達成されます。これは、商業屈折計の性能に匹敵します。
pH値の動的監視：キトサンフィルムのpH応答性拡張により、0 . 05 pHユニットの精度でのpH検出が. 05 pHユニットが{.で達成され、数日間にわたるpH値の継続的な変化が正常に追跡され、乳製品の生産量を予測するための新しいツールを提供しました。
微生物成長検出：栄養濃縮ゼラチンを感覚媒体として革新的に使用すると、細菌によって生成されたゼラチナーゼが構造を分解すると、レーザー信号が消滅し、微生物の汚染を直感的に示します.}
温度曝露兆候：異なる融点を持つ食用脂肪は、温度に敏感な成分を作るために使用されます{.設定された温度を超える温度にさらされると、構造は永続的に変化し、コールドチェーン輸送監視のための不可逆的な記録方法を提供します.}}
概要と見通し
この研究では、いくつかの食用レーザーと食物および薬物の安全性の強化におけるそのアプリケーション.食用レーザー染料と微小キャビティの最初の体系的な研究であり、2種類のギャラリーモードとファブリーペロットモードの2つのタイプのマイクロキャビティを実証しました。このテクノロジーは、化粧品や農産物などの消費者製品の高品質追跡と環境監視に同時に適用することもできます。この概念は、薬物カプセルや医療インプラントなどの生物医学分野に拡張でき、個別の医療用の新しいツールを提供することができます.
食品安全の分野におけるレーザー技術の大きな可能性は、グローバルな食品安全性の問題に対する革新的なソリューションを提供します{.技術がさらに成熟するにつれて、「スマートフード」の新しい時代が来ています - 各製品には、リアルタイムの健康監視機能を備えていない独自の「光学IDカード」があります.
