我們團隊（中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所能源材料與裝置製造研究部的蔣長龍、楊亮研究團隊）成果研發了兩種可逆的水凝膠螢光感測器：只需要把這種柔軟的貼片輕輕貼在肉類表面，就能立刻通過貼片的顏色變化，知曉肉類的新鮮程度！而且，貼片使用後，只需用清水沖洗，便又可以重複利用。

這種神奇的貼片就是一種基於上轉換材料設計的水凝膠貼片。相關研究成果已分別發表於國際知名期刊《分析化學》與《微尺度》，展現廣泛的學術與應用價值。

用上轉換材料水凝膠貼片監測魚類肉質新鮮度

（圖片來源：微尺度Small 2024, 2405812）

上轉換材料與水凝膠是什麼？

上轉換材料是一種能夠將低能量光（如紅外光）轉化為高能量光（如可見光或紫外光）的先進功能材料。這種獨特的光學性能使其能夠在複雜環境中實現高靈敏度、低背景幹擾的檢測。借助上轉換材料，檢測技術可以在不依賴昂貴儀器的情況下，提供清晰的訊號輸出，非常適合食品品質和健康標誌物的即時監控。

水凝膠則是一種具有高水含量的柔性材料，兼俱生物相容性和高靈敏度。它能夠將上轉換材料牢固地固定，同時為檢測提供良好的反應環境。製成貼片後，這種材料可以應用於葡萄酒、血清或食品包裝中，作為靈活的感測平台。

這種貼片監測的是食物中的什麼成分？

1. 甲基乙二醛：風味與健康的雙重標誌；

甲基乙二醛廣泛存在於人體代謝和食品發酵過程中。它決定了葡萄酒中特有的風味複雜性，同時也是與多種代謝性疾病相關的重要生物標記。基於上轉換材料的水凝膠貼片，能夠快速捕捉葡萄酒和血清中的MGO變化。

例如，檢測貼片可以直接置入葡萄酒中，透過顏色或螢光訊號的變化，直觀顯示風味成分的濃度變化或血清中的代謝健康狀況。

2. 生物胺：食品新鮮度的信號燈；

生物胺是一類在食品腐敗過程中產生的揮發性化合物，其濃度直接反映食品的品質。在肉類、魚類等高蛋白食品中，生物胺的累積常預示著變質。透過將上轉換材料嵌入水凝膠貼片，可以實現對具有崎嶇表麵食品的生物胺檢測。在食品包裝、運輸、儲藏中，這種貼片能透過訊號變化提示食品的新鮮度，為消費者提供安全保障。

這種貼片好用嗎？

透過將上轉換奈米材料的優異光學特性與水凝膠的柔性和可逆性結合，該感測器在檢測性能、靈敏度和適用場景上都實現了突破性的提升。

1. 靈敏度極高

這兩種水凝膠螢光感測器表現出極高的靈敏度，對甲基乙二醛和生物胺的檢測極限分別低至75.4 nM和2.73 μM，這相當於可以檢測出是否在一個水缸中曾經滴入一滴可樂。其高選擇性與低檢測極限使其在多個應用領域具有顯著優勢。

曙紅B水凝膠螢光感測器可以靈敏地透過顏色顯示MGO的濃度

（圖片來源：分析化學Anal. Chem. 2024, 96, 20568−20577）

2. 貼片非常柔軟，可以貼合各種表面

貼片的最大特點之一就是它的柔軟性。它不僅觸感舒適，還能輕鬆地貼合到各種表面，無論是光滑的平面還是稍微有些彎曲的部位，都能貼合不鬆動。

水凝膠貼片可以實現各種形變

（圖片來源：分析化學Anal. Chem. 2024, 96, 20568−20577）

3. 適用場景特別豐富

這種貼片能夠根據食物的新鮮程度，即時監控並提供回饋，讓消費者和生產商及時掌握食品的狀態。它不僅適用於超市、餐廳等零售和服務場所，還可以用於物流運輸過程中，幫助確保食品從生產到消費者手中的每一步都保持最佳的新鮮度。

4. 可以進行重複使用

相較於一次性使用的檢測工具，這種貼片經過適當清潔後，可以多次使用。每次使用時，它依然能夠準確地監測食物的新鮮度變化，減少了資源浪費和成本投入

曙紅B水凝膠感測貼片對於甲基乙二醛的可逆檢測

（圖片來源：分析化學Anal. Chem. 2024, 96, 20568−20577）

薑黃素水凝膠感測貼片對生物胺的可逆檢測

（圖片來源：微尺度Small 2024, 2405812）

這項技術將推動食品安全、健康監測更進一步

這種水凝膠螢光感測器可以精確監測葡萄酒中關鍵風味成分的變化，從而優化生產流程和品質控制。同時，該感測器也能用於分析血清樣本中的生物標記物，為健康狀況的快速評估提供了便捷的工具。此外，該技術還具備評估食品新鮮度的潛力，為食品安全管理提供了一種創新手段。

這項研究不僅為風味與健康標誌物的多場景檢測開闢了全新路徑，也為未來智慧感測器技術的開發奠定了重要基礎。隨著該技術的進一步優化與推廣，它有望推動食品安全、健康監測等領域向更有效率、更便捷和更智慧化的方向發展，為人類生活品質的提升和健康保障提供強有力的技術支援。

參考文獻：

[1]蔣榮，楊峰，康旭，等。使用薑黃素功能化上轉換可逆水凝膠貼片進行無背景食品新鮮度成像[J]。小，2024，2405812。

[2]康旭，張立，賈偉，等。透過近紅外線激發可逆比率螢光水凝膠感測器在多種場景下對甲基乙二醛進行可視化檢測[J]。分析化學, 2024, 96(52): 20568-77。