Le NIMS et l'AIST ont développé un petit capteur capable de surveiller en continu l'éthylène, une hormone végétale. Le gaz éthylène favorise le mûrissement des fruits et légumes, mais une exposition excessive favorise leur pourriture. Le nouveau petit capteur peut être utilisé pour surveiller les fruits et légumes en détectant en continu le gaz éthylène, assurer la fraîcheur pendant le transport et le stockage, et contribuer à réduire le gaspillage alimentaire.

L'éthylène est une molécule gazeuse libérée par les fruits et légumes en tant que phytohormone favorisant la maturation. Les produits frais peuvent être mûris artificiellement dans le stockage post-récolte en introduisant de l'éthylène dans une installation de stockage. La surveillance continue des concentrations d'éthylène dans ces installations peut permettre d'estimer plus précisément la progression de la maturation des produits stockés, permettant un horaire de transport et de stockage optimal. Cet avantage potentiel a conduit à une forte demande pour le développement de petites, capteurs d'éthylène bon marché des industries agricoles et alimentaires. De petits capteurs capables de détecter l'éthylène sont disponibles dans le commerce, mais beaucoup d'entre eux ne fonctionnent qu'à des températures élevées (200-300 ℃). Outre, les capteurs disponibles dans le commerce utilisant des semi-conducteurs comme matériaux de détection peuvent détecter d'autres molécules gazeuses (par exemple, alcool et méthane) à la fois en raison de sa surface très active. Ces capteurs existants manquent donc de sensibilité sélective à l'éthylène.

Dans ce projet de recherche, nous avons développé un petit, capteur très sensible capable de détecter l'éthylène avec une grande sélectivité. Ce capteur se compose de trois composants :un catalyseur hautement actif qui convertit sélectivement l'éthylène en acétaldéhyde, un réactif qui réagit avec l'acétaldéhyde pour libérer des gaz acides et une électrode SWCNT (single-walled carbon nanotube) très sensible aux gaz acides (figure). Ce catalyseur hautement actif peut convertir à plusieurs reprises l'éthylène en acétaldéhyde lorsque l'analyte-air le traverse. En outre, le catalyseur peut fonctionner à une température proche de la pièce (40 ℃), rendant le petit capteur économe en énergie. Le gaz acide produit par la réaction entre l'acétaldéhyde et le réactif retire fortement des électrons du semi-conducteur SWCNT, changer la résistance électrique du semi-conducteur. Ces caractéristiques et mécanismes permettent au capteur de détecter de manière sélective et sensible l'éthylène même à une concentration extrêmement faible (0,1 ppm) en surveillant les changements de résistance électrique. Ce capteur devrait être efficace pour surveiller les concentrations d'éthylène pour de nombreux types de produits frais entreposés. Par exemple, les concentrations en éthylène favorisant le mûrissement des bananes et des kiwis sont d'environ 500 ppm et 10 ppm, respectivement :bien dans la plage de sensibilité utile du capteur.

Ce petit, a faible consommation, Le capteur d'éthylène à faible coût est conçu pour être compatible avec les systèmes d'intégration et de mise en réseau de Big Data, et peut donc servir d'outil essentiel pour mettre en pratique la vision de la société super-intelligente du Japon (l'initiative Society 5.0) dans les industries agricoles et alimentaires. Ce groupe de recherche conçoit différents types de catalyseurs hautement actifs pour développer de petits capteurs capables de détecter des molécules gazeuses autres que l'éthylène.