เมื่อแอปเปิ้ลที่ไม่ดีลูกหนึ่งเน่าพวง มันเป็นความผิดของเอทิลีน “ฮอร์โมนพืชสากล” นี้ไม่เพียงแต่กระตุ้นการงอก การออกดอก การสุก และการเน่าในเมล็ดพืช ดอกไม้ ผลไม้และผักเท่านั้น แต่ยังถูกปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการเหล่านี้ เพื่อให้แน่ใจว่าปัญหาเล็กๆ จะบานปลายอย่างรวดเร็ว เอทิลีนเป็นโซเชียลมีเดียสำหรับพืช ทำให้พวกมันสามารถสื่อสารและประสานกัน
และเป็นสิ่งที่อุตสาหกรรมอาหารและดอกไม้
ชอบที่จะตรวจพบตั้งแต่เนิ่นๆ เพื่อให้สามารถคาดการณ์ได้ว่าจะขายผลิตภัณฑ์ใดก่อน และวิธีสังเกตการเน่าก่อนแพร่กระจาย ปัญหา? Timothy Swagerนักเคมีด้านวัสดุจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ในสหรัฐอเมริกากล่าวว่า “ไม่มีเซ็นเซอร์อุตสาหกรรมที่ดีจริงๆ อย่างไรก็ตาม ตอนนี้ Swager, Darryl Fong และเพื่อนร่วมงานที่ MIT และห้องปฏิบัติการนาโนเทคโนโลยีแห่งชาติเพื่อการเกษตรในบราซิลได้รวมความไวของท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) เข้ากับตัวเร่งปฏิกิริยาที่คัดเลือกมาอย่างดีเพื่อผลิตเซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจจับเอทิลีนที่ความเข้มข้นน้อยที่สุด 15 ส่วนต่อพันล้าน
การตรวจจับ CNTวิธีการก่อนหน้านี้ในการตรวจจับเอธิลีนมักใช้โฟโตอคูสติกสเปกโทรสโกปี (ซึ่งตรวจจับเสียงที่ผลิตขึ้นจากการตอบสนองต่อแสง) หรือแก๊สโครมาโตกราฟี (ซึ่งแยกสารเคมีตามเวลาการกักเก็บที่แตกต่างกันในตัวทำละลาย) ไม่มีเทคนิคใดที่ง่ายหรือง่ายพอสำหรับร้านขายของชำหรือร้านดอกไม้ที่จะรวมไว้ในงานของพวกเขา ในทางกลับกัน Swager และเพื่อนร่วมงานมองไปที่ปฏิกิริยาที่เอทิลีนเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและมุ่งเน้นไปที่การค้นหาวิธีการตรวจจับเมื่อเกิดปฏิกิริยาดังกล่าว
นี่คือที่มาของ CNTs CNT แบบผนังเดียวมีคุณสมบัติ
หลายอย่างที่ทำให้เหมาะสำหรับกระบวนการตรวจจับที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นพื้นฐานของปฏิกิริยาเคมีใดๆ CNTs Fong และ Swager และเพื่อนร่วมงานของพวกเขาคือเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p ดังนั้นสารเจือปนชนิด n – อะไรก็ตามที่บริจาคอิเล็กตรอนให้กับ CNT จะลดการนำไฟฟ้าของพวกเขา พื้นผิวกราฟีนโค้งของ CNT ยังทำให้คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ไวต่อสารเจือปนในสภาพแวดล้อม
นี่อาจฟังดูเหมาะสำหรับเซ็นเซอร์ แต่คุณสามารถมีสิ่งที่ดีได้มากเกินไป “มีสุสานของเซ็นเซอร์ CNT ที่มีความจำเพาะต่ำ” Swager บอกกับPhysics World เนื่องจาก CNT มีความไวต่อทุกสิ่งในสิ่งแวดล้อมมาก เขาอธิบาย สิ่งที่คุณตรวจพบคือสัญญาณรบกวนสีขาว “คุณต้องการวิธีเพิ่มสัญญาณเหนือเสียง” เขากล่าวเสริม
เคมีปฏิกิริยา Wackerจากความเชี่ยวชาญของพวกเขาในการวิเคราะห์และเคมีสังเคราะห์ตลอดจนเทคโนโลยี CNT Swager และเพื่อนร่วมงานระบุว่าปฏิกิริยาของ Wacker นั้นมีทั้งความจำเพาะและความอ่อนไหวที่พวกเขาต้องการ ในปฏิกิริยานี้ ซึ่งได้รับการพัฒนาเป็นกระบวนการสังเคราะห์ในทศวรรษ 1950 เอทิลีน ซึ่งเป็นไฮโดรคาร์บอนที่มีอะตอมของคาร์บอนสองพันธะคู่ ออกซิไดซ์เป็นอะซีตัลดีไฮด์ สารเคมีนี้อาจเป็นที่รู้จักกันดีว่าเป็นสาเหตุหลักของอาการปวดศีรษะที่เกี่ยวข้องกับอาการเมาค้าง แม้ว่านักวิจัยจะสังเกตว่าการทดสอบที่พัฒนาขึ้นนี้ไม่ได้ผลในระดับความเข้มข้นสูง
ปฏิกิริยา Wacker ไม่ใช่ปฏิกิริยาเอทิลีนเพียงอย่างเดียว
ที่ได้รับ และไม่ใช่ช่องทางแรกสำหรับ Swager และกลุ่มของเขา ประการแรกพวกเขาพยายามเลียนแบบพืชซึ่งใช้ไอออนของทองแดงเพื่อส่งเสริมกิจกรรมของเอทิลีน อย่างไรก็ตาม การพยายามสร้างเซ็นเซอร์จากทองแดงนั้นพิสูจน์แล้วว่าทำให้ปวดหัวได้พอๆ กับอะซีตัลดีไฮด์ พืชมีความสามารถตามธรรมชาติในการรักษาทองแดงในสถานะออกซิเดชัน Cu(I) ซึ่งมีอิเล็กตรอนน้อยกว่าวัสดุหนึ่งตัวที่จะมีเป็นอะตอมที่เป็นกลาง เอทิลีนจับกับทองแดงได้ง่ายในสถานะออกซิเดชันนี้ กระตุ้นกิจกรรมของพืชและท้ายที่สุดก็มีการควบคุมยีนบางตัว อย่างไรก็ตาม ในอุปกรณ์สังเคราะห์ ทองแดงมีแนวโน้มที่จะอยู่ในสถานะออกซิเดชัน Cu(II) และการป้องกันไม่ให้ Cu(I) ออกซิไดซ์เป็น Cu(II) พิสูจน์ได้ยากเกินไปสำหรับแนวทางนี้ที่จะมีศักยภาพทางการค้า
ในปฏิกิริยา Wacker ตรงกันข้าม เอทิลีนออกซิเดชันถูกเร่งโดยแพลเลเดียมในสถานะ Pd(II) มันเสถียรกว่า Cu(I) มาก แม้ว่าแพลเลเดียมสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาอื่นๆ ได้เช่นกัน แต่แพลเลเดียมในปฏิกิริยา Wacker อยู่ในสารอินทรีย์เชิงซ้อนที่ปรับให้เหมาะสมเพื่อเร่งปฏิกิริยาเอทิลีนออกซิเดชัน ปฏิกิริยายังอาศัยแหล่งไนไตรต์ ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดสารอินทรีย์เชิงซ้อน ปฏิกิริยาเอทิลีนที่เกิดขึ้นจะยอมให้อิเล็กตรอนที่ลด Pd(II) ไปเป็น n-dopant Pd(0) ซึ่ง CNT ที่มีความไวสูงควรประกาศด้วยค่าการนำไฟฟ้าที่ลดลงจากอิเล็กตรอนส่วนเกิน
การพัฒนาศักยภาพทางการค้านักวิจัยได้ทดสอบกลไกที่เสนอโดยแทนที่ CNTs ด้วย ZnO nanofibers ซึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n การทดสอบนี้แสดงให้เห็นว่า ตามที่คาดไว้ ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุเพิ่มขึ้นเพื่อตอบสนองต่อ Pd(0) ที่ผลิตขึ้นเมื่อมีเอทิลีนและตัวเร่งปฏิกิริยา Pd(II) ของปฏิกิริยา Wacker จากนั้น พวกเขาปรับเซ็นเซอร์ที่ใช้ CNT ให้เหมาะสมและใช้เพื่อตรวจจับการผลิตเอทิลีนจากดอกคาร์เนชั่น (ซึ่งในการทดลอง ทั้งหมดจะบานสะพรั่งในวันเดียวกัน) และไลเซนทัสสีม่วง (ซึ่งผลิบานตลอดหนึ่งสัปดาห์) พวกเขาพบว่าเอทิลีนที่ตรวจพบนั้นสะท้อนถึงช่วงเวลาที่ดอกบานต่างกัน
ท่อนาโนคาร์บอนทำให้โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์กระฉับกระเฉงขึ้น กระบวนการนี้ได้รับอนุญาตจากบริษัทที่ Swager ร่วมก่อตั้ง แต่อุปสรรคบางอย่างยังคงอยู่ก่อนที่เซ็นเซอร์จะวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ “เราสามารถพัฒนาเซ็นเซอร์เหล่านี้ให้กลายเป็นอุตสาหกรรมได้ภายในเวลาไม่กี่เดือน แต่นานแค่ไหนก่อนที่มันจะจำหน่ายในเชิงพาณิชย์นั้นเป็นสิ่งที่โลกธุรกิจจะควบคุม” Swager กล่าว
Credit : raymperry.com reconstructionnyc.org reginaperry.com richardhenrylee.net rnhperformance.net
