国立先进产业技术综合研究所 [会长 石村和彦]（以下简称“AIST”） 纳米材料研究部 [研究部部长原茂树] 电子显微镜小组 古贺健二 催化化学跨学科研究中心首席研究员 [研究中心主任 佐藤和彦] 创新氧化团队 洪大超 首席研究员 国立材料科学研究所 [所长] Kazuhito Hashimoto]（以下简称“NIMS”）国际纳米建筑研究中心与首席研究员 Shinsuke Ishihara 合作植物激素该原型设备便携且易于操作，可以轻松测量乙烯气体的浓度，这是蔬菜和水果在储存和分销过程中质量控制的关键。
这项技术的详细信息将于 2021 年 9 月 9 日在日本科学技术振兴机构 (JST) 新技术简报会上（在线举行）以及将于 2021 年 10 月 13 日至 15 日在 Pacifico Yokohama（神奈川县横滨市）举行的 BioJapan 2021 上公布。
乙烯传感器原型
水果和蔬菜即使在收获后仍继续进行呼吸作用，产生各种植物激素。其中，气态乙烯具有加速果蔬成熟、老化的作用，乙烯的产生量和作用的大小根据果蔬的种类不同而不同。因此，在仓库储存期间监测乙烯浓度并通过催熟水果来调整运输时间非常重要，因为它直接关系到指示水果和蔬菜的最佳食用时间并减少食物损失。然而，到目前为止，还没有一种小型、廉价的传感器装置可以选择性地测量乙烯。
AIST 和 NIMS 一直在共同致力于基于选择性检测乙烯的新原理的研究 (2020 年 5 月 12 日 AIST 新闻稿）。然而，处理它需要专门的技能和研究仪器，这给社会实施该技术带来了挑战。为了填补这一空白，我们开发了一种任何人都可以轻松使用的原型乙烯传感器。这项研究和开发得到了新能源和工业技术开发组织（NEDO）公私青年研究人员发现支持项目“开发旨在减少粮食损失的紧凑型乙烯传感器（2020-2022）”的支持。
这个原型机有两台碳纳米管(CNT) 传感器（参考传感器和检测传感器）惠斯通电桥电路，当检测传感器和参考传感器之间出现电位差时，乙烯被检测到。在通往每个传感器的流路中安装有催化剂层，通过将通往检测传感器的流路中的催化剂层从对乙烯无活性的催化剂层切换到对乙烯有活性的催化剂层，当空气中存在乙烯时，电位计做出响应。用户通过前面板的简单操作即可测量乙烯浓度。
该原型设备基于新的乙烯检测原理，正如之前报道的那样（AIST 新闻稿，2020 年 5 月 12 日）乙烯通过催化剂层转化为乙醛乙醛与胺盐试剂反应生成盐酸气体，从而降低CNT传感器的电阻值。另外，现有的传感器可能会因共存气体的影响而发生误检测，但通过图1所示的本试制品的检测方法，在切换通道之前消除共存气体等干扰的影响，并确认通道切换操作引起的电位差的变化，从而能够可靠地检测乙烯成分。
图 2 显示了检测空气中（50% 相对湿度）中 20 ppm 乙烯测试气体时的信号显示。通过切换流路，电位差随时间线性增加。图3显示了使用不同乙烯浓度的测试气体获得的乙烯浓度与切换流路5分钟后电位差增加值之间的关系。使用该校准线，可以通过测量目标环境（例如水果和蔬菜仓库）中电势差的增加来估算乙烯浓度。该原型的乙烯检测下限约为02 ppm，上限约为100 ppm。
图1乙烯检测方法示意图
图2 乙烯20 ppm检测时的信号显示部分（横轴为时间，纵轴为电位差）
图3 通道切换5分钟后乙烯浓度与电位差增加值的关系
未来该原型机将出租给企业进行现场验证，以期未来社会落地。此外，由于目前需要定期校准，我们将继续改进传感器材料，以提高长期稳定性。