成果简介
快速无损检测鱼类新鲜度对于确保食品安全和营养至关重要。本文，中国农业大学Mengjie Zhang、张小栓教授等在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Conformal Temperature/Impedance Sensing Patch Based on Graphene Materials for Nondestructive Detection of Fish Freshness”的论文，研究展示了一种保形温度/阻抗传感贴片，用于鱼类储存过程中的温度监测和新鲜度分辨。
在模拟和实验验证的基础上，对柔性激光诱导石墨烯电极的优化进行了研究，获得了5‰的尺寸精度和较高的阻抗重现性。创新性地引入了激光辅助热还原技术，在柔性基底表面直接形成基于氧化石墨烯的还原型温敏层。其综合性能优于大多数已报道的基于石墨烯材料的温敏器件。在应用演示中，将制作好的柔性双参数传感贴片贴在冷藏鱼的表面。在连续120分钟的监测过程中，该贴片能够准确地感知低温，并且不会受到高湿度的干扰。同时，将收集到的阻抗数据导入支持向量机模型，获得了93.07%的新鲜度分类准确率。这种集成了无串扰双重功能的保形贴片成本不到1美元，并且支持自由定制，为食品质量的快速无损检测或监测提供了一种可行的方法。
图文导读
图1.共形温度阻抗检测贴片概述。高性能温度传感单元提供低温监控和出色的动态特性，而阻抗传感单元可实现鱼类新鲜度分类。
图2.（a） CSP的制备过程和（b）光学照片。（c）激光加工的PI薄膜在660 ms下的热应力分布云（PI/硅胶为研究对象）。（d） 激光扫描过程中有或没有硅胶作为底部支撑的PI薄膜的最大热应力和变形的模拟结果。（e） LIG电极的低放大倍率和（f）高放大倍率光学显微镜图像。（g） 柔性阻抗传感单元的阻抗再现性。
图3.制备温度敏感薄膜中的材料科学表征
图4.柔性LTrGO温度传感器的电气特性。
图5.（a） 光学照片和（b） 鱼鲜度检测系统的示意图框图。（c） 使用CSP连续监测鱼的表面温度120分钟，并通过保鲜箱内外的热电偶测量温度作为比较。（d） 冷藏鱼的阻抗幅度和（e） 相位角与激励频率的关系。（f） 鱼在冷藏1周内的pH值变化。（g） SVM 模型测试集的混淆矩阵和 （h） 分类结果。
小结
总之，我们构建了一个基于石墨烯材料的CSP，并提出了一种可定制的肉类新鲜度检测方法。在这项工作中，LIG被用作温度传感单元的电极层以及阻抗传感单元，具有无掩模和高精度制造的优点。基于仿真和实验验证对LIG进行了优化，获得了5‰的几何精度和高阻抗重复性。激光辅助热还原方法也被开发用于制造基于rGO的高性能温度传感单元。激光预处理有效缓解了强烈热膨胀引起的应力集中，进而有利于rGO温敏层在PI薄膜表面的直接成型。所制备的LTrGO温度传感器具有良好的集成传感能力，灵敏度为0.526%°C–1，响应/恢复时间为13/6.5秒，湿度稳定。
具有集成双参数传感功能的贴片与鱼体表面可靠共形。与商用热电偶的数据对比证明了其低温精度监测能力，从而提供了对肉类储存环境的实时监测和预警。同时，收集的生物阻抗数据可以间接反映肉的新鲜度状况，并将其分为新鲜、不新鲜和变质的类别。SVM非线性分类模型实现了93.07%的高精度。贴片的制备成本低于每件 1 美元，并且对于应用（例如，保质期的回归预测）具有高度可扩展性。未来，它可以与柔性电路进一步集成并扩展，以检测运输过程中肉类、水果和蔬菜的质量。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.3c08621
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