Uma embalagem de alimentos flexível e antimicrobiana recém-desenvolvida com nanossensores baseados em SERS incorporado pode permitir a detecção em tempo actual de deterioração e contaminantes em produtos alimentares frescos.
Crédito da imagem: Slavica Stajic/Shutterstock.com
Segurança alimentar inteligente
A deterioração alimentar é uma questão econômica e um risco à saúde. A maioria das embalagens atuais serve apenas como uma barreira passiva a fatores externos, sem fornecer informações sobre a frescura ou atividade microbiana dos alimentos que ela protege.
Um novo estudo, publicado em Pequenoapresenta um invólucro multifuncional e elástico incorporado a sensores em nanoescala que monitoram ativamente a qualidade dos alimentos ao longo do tempo. A embalagem utiliza a dispersão Raman aprimorada pela superfície (SERS), uma técnica espectroscópica altamente sensível que detecta assinaturas moleculares em níveis de traço. A integração dessa tecnologia no invólucro permite a detecção instantânea e não destrutiva dos marcadores de deterioração e resíduos prejudiciais diretamente da superfície da comida.
Nanoestruturas para detecção de SERS
O SERS trabalha amplificando os sinais Raman das moléculas -alvo, normalmente usando materiais nanoestruturados com fortes propriedades plasmônicas. Por exemplo, as nanoestruturas de ouro (Au) e prata (AG) são particularmente eficazes na geração de ressonâncias plasmônicas de superfície localizadas que aumentam a intensidade do sinal.
Para fabricar sua plataforma de detecção, os pesquisadores criaram primeiro nanoestruturas de alta proporção usando litografia de fluoreto de Krypton (KRF) em moldes de silício mestre, seguido pela gravação de íons reativos.
Uma resina de acrilato de poliuretano (PUA) personalizada foi fundida sobre esses moldes para replicar as nanoestruturas e depois curada por UV para produzir substratos duráveis à base de PUA. O ouro foi depositado por evaporação do feixe de elétrons para formar uma camada Au de 100 nm.
Prata nanopartículas (AG NPS), com aproximadamente 20 nm de diâmetro, foram então cast-cast em vários ciclos nas nanoestruturas de ouro. Esta etapa criou “pontos de acesso” densamente embalados, essenciais para amplificar a resposta Raman.
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Integração com embalagem flexível e antimicrobiana
Os elementos de detecção nanoestruturada foram então incorporados às fibras eletro -fibras de poliuretano termoplástico (TPU) infundidas com curcumina, um agente antimicrobiano conhecido por sua bioatividade. O materials resultante é um invólucro flexível e elástico que inibe o crescimento microbiano e detecta ativamente mudanças químicas relacionadas à deterioração.
A equipe submeteu o sensor a soluções de analito para testes, usando extratos diferentes, como hipoxantina (um marcador de deterioração), thiram (um pesticida) e extratos alimentares usando um laser Raman de 532 nm para analisar sua sensibilidade. As amostras incluíam itens alimentares reais, como carne de porco e laranjas, que foram monitorados ao longo do tempo para rastrear o frescor.
Resultados: alta sensibilidade em tempo actual
As nanoestruturas de prata de ouro demonstraram excelente sensibilidade a uma ampla gama de indicadores de qualidade dos alimentos. Os AG NPs, anexados com segurança ao substrato de ouro, produziram sinais Raman fortes e estáveis. A gotas de gotas repetidas dos NPs de AG melhoraram o desempenho, e a equipe constatou que cinco ciclos de gotas de queda proporcionavam um melhor aprimoramento de sinal sem uso excessivo de materials.
Os sensores detectaram de maneira confiável marcadores moleculares, como purinas, proteínas, lipídios e resíduos de pesticidas. À medida que a deterioração progredia, os picos correspondentes do SERS mudaram com o tempo, confirmando a capacidade da plataforma de rastrear o frescor ao longo do tempo. A reprodutibilidade e a seletividade do sinal também foram consideradas altas, graças à distribuição densa e uniforme dos pontos de acesso SERS.
O estudo também mostrou que as fibras de TPU com infusão de curcumina do invólucro inibiam o crescimento microbiano, como observado através de observações físicas das amostras de alimentos preservadas ao longo do tempo. Essa dupla funcionalidade de detecção ativa e proteção microbiana é um passo importante para sistemas de embalagens inteligentes.
Implicações e aplicações
O trabalho destaca a força da combinação de nanoestruturas plasmônicas com embalagens flexíveis para criar sistemas inteligentes de monitoramento de alimentos multifuncionais. Ao integrar a detecção baseada em SERS com materiais antimicrobianos, os pesquisadores desenvolveram uma solução que vai além da embalagem protetora tradicional.
Pesquisas futuras podem se concentrar em melhorar a reutilização dos componentes do sensor, reduzir os custos de produção e expandir o intervalo de detecção para cobrir marcadores adicionais de deterioração e contaminação.
Referência do diário
Ha jh, et al. (2025). Sensor SERS integrado em invólucro elástico e antimicrobiano para monitoramento da qualidade dos alimentos. Pequeno21 (13), 2501808. doi: 10.1002/smll.202501808, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.70391