我們團隊（中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部的蔣長龍、楊亮研究團隊）成果研發了兩種可逆的水凝膠熒光傳感器：
只需要把這種柔軟的貼片輕輕貼在肉類表面，就能立刻通過貼片的顏色變化，知曉肉類的新鮮程度！而且，貼片使用后，只需用清水沖洗，便又可以重復利用。
這種神奇的貼片就是一種基于上轉換材料設計的水凝膠貼片。相關研究成果已分別發表于國際知名期刊《分析化學》和《微尺度》，展現出廣泛的學術與應用價值。
用上轉換材料水凝膠貼片監測魚類肉質新鮮度
（圖片來源：微尺度Small 2024, 2405812）
上轉換材料與水凝膠是什么？
上轉換材料是一種能夠將低能量光（如紅外光）轉化為高能量光（如可見光或紫外光）的先進功能材料。這種獨特的光學性能使其能夠在復雜環境中實現高靈敏度、低背景干擾的檢測。借助上轉換材料，檢測技術可以在不依賴昂貴儀器的情況下，提供清晰的信號輸出，非常適合食品質量和健康標志物的實時監控。
水凝膠則是一種具有高水含量的柔性材料，兼具生物相容性和高靈敏性。它能夠將上轉換材料牢牢地固定，同時為檢測提供良好的反應環境。制成貼片后，這種材料可以應用于葡萄酒、血清或食品包裝中，作為靈活的傳感平臺。
這種貼片監測的是食物中的什么成分？
1. 甲基乙二醛：風味與健康的雙重標志；
甲基乙二醛廣泛存在于人體代謝和食品發酵過程中。它決定了葡萄酒中特有的風味復雜性，同時也是一種與多種代謝性疾病相關的重要生物標志物。基于上轉換材料的水凝膠貼片，能夠快速捕捉葡萄酒和血清中的MGO變化。
例如，檢測貼片可以直接置入葡萄酒中，通過顏色或熒光信號的變化，直觀顯示風味成分的濃度變化或血清中的代謝健康狀況。
2. 生物胺：食品新鮮度的信號燈；
生物胺是一類在食品腐敗過程中產生的揮發性化合物，其濃度直接反映食品的品質。肉類、魚類等高蛋白食品中，生物胺的積累常預示著變質。通過將上轉換材料嵌入水凝膠貼片，可以實現對具有崎嶇表面食品的生物胺檢測。在食品包裝、運輸、儲藏中，這種貼片能通過信號變化提示食品的新鮮度，為消費者提供安全保障。
這種貼片好用嗎？
通過將上轉換納米材料的優異光學特性與水凝膠的柔性和可逆性結合，該傳感器在檢測性能、靈敏度和適用場景上都實現了突破性的提升。
1. 靈敏度極高
這兩種水凝膠熒光傳感器表現出極高的靈敏度，對甲基乙二醛和生物胺的檢測限分別低至75.4 nM和2.73 μM，這相當于可以檢測出是否在一個水缸中曾經滴入一滴可樂。其高選擇性與低檢測限使其在多個應用領域具有顯著優勢。
曙紅B水凝膠熒光傳感器可以靈敏地通過顏色顯示MGO的濃度
（圖片來源：分析化學Anal. Chem. 2024, 96, 20568?20577）
2. 貼片非常柔軟，可以貼合各種表面
貼片的最大特點之一就是它的柔軟性。它不僅觸感舒適，還能輕松地貼合到各種表面，無論是光滑的平面還是稍微有些彎曲的部位，都能貼合不松動。
水凝膠貼片可以實現各種形變
（圖片來源：分析化學Anal. Chem. 2024, 96, 20568?20577）
3. 適用場景特別豐富
這種貼片能夠根據食物的新鮮程度，實時監測并提供反饋，讓消費者和生產商及時掌握食品的狀態。它不僅適用于超市、餐館等零售和服務場所，還可以用于物流運輸過程中，幫助確保食品從生產到消費者手中的每一步都保持最佳的新鮮度。
4. 可以進行重復使用
相比一次性使用的檢測工具，這種貼片經過適當清潔后，可以多次使用。每次使用時，它依然能夠準確地監測食物的新鮮度變化，減少了資源浪費和成本投入
曙紅B水凝膠傳感貼片對于甲基乙二醛的可逆檢測
（圖片來源：分析化學Anal. Chem. 2024, 96, 20568?20577）
姜黃素水凝膠傳感貼片對生物胺的可逆檢測
（圖片來源：微尺度Small 2024, 2405812）
這項技術將推動食品安全、健康監測更進一步
這種水凝膠熒光傳感器可以精確監測葡萄酒中關鍵風味成分的變化，從而優化生產工藝和品質控制。同時，該傳感器還能用于分析血清樣本中的生物標志物，為健康狀況的快速評估提供了便捷的工具。此外，該技術還具備評估食品新鮮度的潛力，為食品安全管理提供了一種創新手段。
這項研究不僅為風味與健康標志物的多場景檢測開辟了全新路徑，還為未來智能傳感器技術的開發奠定了重要基礎。隨著該技術的進一步優化與推廣，它有望推動食品安全、健康監測等領域向更高效、更便捷和更智能化的方向發展，為人類生活品質的提升和健康保障提供強有力的技術支持。
參考文獻：
[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.
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