MITの化学者たちは、腐敗した肉から放出されるガスを検知できる、安価で携帯可能なセンサーを開発した。これにより消費者は、食料品店で購入した肉や冷蔵庫に保管している肉が安全に食べられるかどうかを判断できる。
化学的に改質したカーボンナノチューブで構成されるこのセンサーは、包装に記載された賞味期限よりもはるかに正確な安全情報を提供する「スマート包装」に導入できると、MITのジョン・D・マッカーサー化学教授、ティモシー・スワガーは述べる。
また、食品廃棄を減らすことにもつながるという。今週、学術誌『 Angewandte Chemie』に掲載された新しいセンサーを説明する論文の上席著者であるスワガーは、「おそらく傷んでいないものを、人々は絶えず捨てています」と語る。
論文の筆頭著者は大学院生のソフィー・リュー。ほかの著者は、元研究室技術者のアレクサンダー・ペティと博士研究員のグラハム・サザマである。
このセンサーは、スワガー研究室が近年開発したほかのカーボンナノチューブ型デバイスと似ている。その中には、果物の熟度を 検知するものもある。これらのデバイスはすべて同じ原理で動作する。カーボンナノチューブを化学的に改質すると、特定のガスが存在する際に電流を流す能力が変化する。
今回、研究者たちはカーボンナノチューブを、金属を含む化合物であるメタロポルフィリンで改質した。メタロポルフィリンは、複数の窒素含有環と結合した中心金属原子を含む。血液中で酸素を運ぶヘモグロビンもメタロポルフィリンであり、中心原子は鉄である。
このセンサーには、中心にコバルトを持つメタロポルフィリンを用いた。メタロポルフィリンは、アミンと呼ばれる窒素含有化合物と非常によく結合する。研究者たちが特に注目したのは、腐敗する肉によって生成されるプトレシンやカダベリンなど、いわゆる生体アミンである。
コバルトを含むポルフィリンがこれらのアミンのいずれかと結合すると、カーボンナノチューブの電気抵抗が増加し、その変化は容易に測定できる。
リューは、「ポルフィリンを使って非常にシンプルなデバイスを作製します。デバイスに電圧をかけ、電流を監視するのです。腐敗した肉の指標となるアミンにデバイスが触れると、電流が低下します」と述べる。
今回の研究で、研究者たちは豚肉、鶏肉、タラ、サーモンの4種類の肉でセンサーを試験した。冷蔵した場合、4種類すべてが4日間鮮度を保つことが分かった。冷蔵しなかったサンプルはすべて腐敗したが、その速度はそれぞれ異なっていた。
肉の腐敗の兆候を検知できるセンサーはほかにもあるが、通常は大型で高価な機器であり、操作には専門知識が必要だ。「私たちのセンサーの利点は、最も安価で、小型で、製造が最も簡単なことです」とスワガーは言う。
食品包装の大手供給企業シールド・エアーの上級科学フェローで、研究チームには参加していないロベルト・フォルローニは、「肉や魚製品の鮮度をリアルタイムで測る安価なセンサーには、食中毒の予防、顧客満足度全般の向上、食料品店や消費者の家庭での食品廃棄削減など、いくつかの潜在的な利点があります」と述べる。
新しいデバイスは必要とする電力もごくわずかで、スワガー研究室が最近開発した、通常のスマートフォンでこのようなカーボンナノチューブセンサーの出力を読み取れる ワイヤレス・プラットフォーム に組み込むこともできる。
研究者たちはこの技術について特許を出願しており、商業開発に向けたライセンス供与を希望している。研究は、MIT兵士ナノテクノロジー研究所を通じて、全米科学財団と陸軍研究局の資金提供を受けた。
この記事は、 MIT Newsとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：アン・トラフトンはMIT Newsの寄稿者。
画像：改質カーボンナノチューブを利用したこのMITのデバイスは、腐敗した肉によって生成されるアミンを検知できる。MIT
