Качество продуктов питания становится все более насущной проблемой по мере роста благосостояния среднестатистического человека. Однако с ростом населения эта проблема становится все более труднореализуемой и вместо оценки качественных характеристик, таких как цвет, запах и твердость, необходимо перейти к определению количественных аналитических характеристик, например, сопротивление, емкость, индуктивность, существенно зависящих от геометрии и диэлектрических свойств материала, на которые, в свою очередь, влияет качество продукта (за счет изменения влажности, выделения различных газов или изменения концентрации солей).

Коллектив американских ученых предложил использовать сенсоры в виде LC-резонаторов (активных в различных частотных диапазонах) и наноструктурированных плазмонно – резонансных массивов золотых наночастиц на шелковых (а, следовательно, гибких и, якобы, съедобных) подложках, которые можно размещать, например, на кожуре овощей и фруктов (для чего сенсоры на «шелковой» подложке надо всего лишь поднести к водяному пару для образования «клеевого» слоя и приклеить на поверхность продукта), после чего резонансный сигнал может быть детектирован дистанционно.

Рис. 1. Схематическое изображение процесса производства пищевых сенсоров на шелковой подложке. Вначале на шелковой подложке методом струйной печати (а) и напылением металла через трафарет (b) наносятся функциональные элементы. Кроме того на модифицированной поверхности кремниевой подложки методом литографии и травления проводится наноструктурирование, после которого на поверхность модифицированной подложки прикапывается раствор шелка, в результате чего наноструктура переносится с кремниевой подложки на шелковую (с). Также наноструктура на кремниевой подложке может просто отпечатываться на шелковой, прикладывая высокую температуру и давление (d). Также на рисунке приведены примеры полученных сенсоров (e-g).

Поскольку глубина проникновения сигнала обратно пропорциональна квадратному корню из резонансной частоты, то для более глубокого сканирования продукта предпочтителен радиочастотный диапазон. Однако и более высокочастотный диапазон может быть весьма актуален. Например, резонансная частота в терагерцовом диапазоне весьма чувствительна к абсорбированной влаге и способна проникать сквозь некоторые физические барьеры, такие как одежда и упаковочный материал, что позволяет контролировать качество жидких продуктов питания.

Рис. 2. Резонансный сигнал сенсора, размещенного на кожуре банана (а), и изменение этой частоты по мере его созревания (b). Смещение резонансной частоты при поражении ломтика сыра бактериями (с), а также изменение частоты сенсора, размещенного на поверхности контейнера с молоком, по мере его прокисания.

Hu Tao, Mark A. Brenckle, Miaomiao Yang, Jingdi Zhang, Mengkun Liu, Sean M. Siebert, Richard D. Averitt, Manu S. Mannoor, Michael C. McAlpine, John A. Rogers, David L. Kaplan, Fiorenzo G. Omenetto Silk-Based Conformal, Adhesive, Edible Food Sensors. – Advanced Materials. – 20 JAN 2012. – DOI: 10.1002/adma.201103814.