A NIMS e a AIST desenvolveram um pequeno sensor capaz de monitorar continuamente o hormônio vegetal etileno. O gás etileno promove o amadurecimento em frutas e vegetais, mas a exposição excessiva os leva ao apodrecimento. O novo sensor pequeno pode ser usado para monitorar frutas e vegetais detectando continuamente o gás etileno, garantindo o frescor durante o transporte e armazenamento, e ajudando a reduzir o desperdício de alimentos.

O etileno é uma molécula gasosa liberada por frutas e vegetais como um fitohormônio que promove o amadurecimento. Os produtos frescos podem ser amadurecidos artificialmente no armazenamento pós-colheita pela introdução de etileno em uma instalação de armazenamento. O monitoramento contínuo das concentrações de etileno nessas instalações pode permitir que a progressão do amadurecimento dos produtos armazenados seja estimada com mais precisão, permitindo o transporte ideal e cronograma de armazenamento. Este benefício potencial levou a uma alta demanda para o desenvolvimento de pequenas, sensores de etileno baratos das indústrias agrícola e alimentícia. Pequenos sensores capazes de detectar etileno estão disponíveis comercialmente, mas muitos deles operam apenas em altas temperaturas (200-300 ℃). Além do mais, os sensores disponíveis comercialmente usando semicondutores como materiais de detecção podem detectar outras moléculas gasosas (por exemplo, álcool e metano) ao mesmo tempo devido à sua superfície altamente ativa. Esses sensores existentes, portanto, carecem de sensibilidade seletiva ao etileno.

Neste projeto de pesquisa, desenvolvemos um pequeno, sensor de alta sensibilidade capaz de detectar etileno com grande seletividade. Este sensor consiste em três componentes:um catalisador altamente ativo que converte seletivamente etileno em acetaldeído, um reagente que reage com o acetaldeído para liberar gás ácido e um eletrodo SWCNT (nanotubo de carbono de parede única) que é muito sensível ao gás ácido (figura). Este catalisador altamente ativo pode converter repetidamente etileno em acetaldeído à medida que o analito-ar passa por ele. Além disso, o catalisador pode operar próximo à temperatura ambiente (40 ℃), tornando o pequeno sensor eficiente em termos de energia. O gás ácido produzido pela reação entre o acetaldeído e o reagente retira fortemente os elétrons do semicondutor SWCNT, alterando a resistência elétrica do semicondutor. Essas características e mecanismos permitem que o sensor detecte seletivamente e com sensibilidade o etileno, mesmo em uma concentração extremamente baixa (0,1 ppm), monitorando as mudanças na resistência elétrica. Espera-se que esse sensor seja eficaz no monitoramento das concentrações de etileno para muitos tipos de produtos frescos armazenados. Por exemplo, as concentrações de etileno que promovem o amadurecimento em bananas e kiwis são de aproximadamente 500 ppm e 10 ppm, respectivamente:bem dentro da faixa de sensibilidade útil do sensor.

Tão pequeno, energia eficiente, o sensor de etileno de baixo custo é projetado para ser compatível com integração de big data e sistemas de rede, e pode, portanto, servir como uma ferramenta vital para colocar em prática a visão de sociedade superinteligente do Japão (a iniciativa Society 5.0) nas indústrias agrícola e alimentícia. Este grupo de pesquisa está projetando diferentes tipos de catalisadores altamente ativos para desenvolver pequenos sensores que podem detectar moléculas gasosas diferentes do etileno.