TWI819678B - 食品腐壞檢測膜 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種食品腐壞檢測膜，其主要包含有一片身及設於該片身之一面上複數奈米凸部；其中，該片身係具有可撓性及彈性之特性；該些奈米凸部係用以改變一光線之行進路徑，使該片身產生一結構色；而當該片身接收一外力時，該片身會產生曲率變化之形變，影響到該光線接觸到該些奈米凸部之角度，進而使產生形變之該片身結構色與未產生形變之該片身結構色，而藉由該片身結構色之變化係可用以達到判斷食品是否處於腐壞狀態之功效。
Description
本發明係有關於一種光子晶體之應用，特別係指一種食品腐壞檢測膜。
按，光子晶體係指於一維、二維或三維架構上呈現週期性排列之規則光學結構，而依據光子分布排列之方式、介導材料之不同而會具有不同折射率。由於光子晶體之體積十分小，且能用於控制光子運動，因此被廣泛地應用於各類領域，例如光學鏡片、抗反射膜、分光元件、光纖、光電元件等。
目前市面上販售之食品皆會於包裝外標示有效期限，以使消費者或廠商可由期限判斷食品是否過期，然如奶製品等食品容易受到溫度或濕度影響而於有效期限前腐敗，但消費者或廠商係無法由外觀可以直接判斷腐敗與否，必須要打開包裝後才能由氣味或是外觀判斷是否腐敗；又，為避免消費者食用到腐壞之食物，多數食品上所標示之有效期限係短於其可食用期限，使得通路商常常會需要銷毀大量過期食品，衍生出食物浪費之問題。有科學家為了解決上述問題，開發食品新鮮度感測器，不過此類食品新鮮度感測器不僅成本高昂，且需要透過額外之儀器讀取數據，因此仍無法被應用於市場上。
本發明之主要目的係在於提供一種食品腐壞檢測膜，其係能夠以不直接接觸食品之方式，且不須透過額外檢測儀器，使一般人都可以直接由該食品腐壞檢測膜之顏色變化得知食品是否處於腐壞狀態，以達到有效地降低檢測成本及增加檢測便利性之功效。
本發明之次一目的係在於提供一種食品腐壞檢測膜，其不僅可以大量量產，且可依據需求而被製備為各種尺寸或外型，故可以應用於各種容器上，不會受到材質、外型、食品型態之限制，以能夠廣泛地被市場上應用。
緣是，為能達成上述目的，本發明係提供一種食品腐壞檢測膜，其主要結構係包含有一片身及複數奈米凸部；其中，該片身係具有可撓性及彈性，亦即受外力可產生形變；該些奈米凸部係設於該片身之一面，用以改變一光之行進路線，使該片身具有一結構色；藉此，當片身未產生曲率變化時，以一光線照射該些奈米凸部時，會使該片身具有一第一結構色；該片身因一外力而產生曲率變化時，以該光線照射該些奈米凸部時，會使該片身具有一第二結構色。
其中，該片身及該複數奈米凸部係由熱塑性高分子材料或包含熱塑性高分子材料之原料所製成者，例如聚乙烯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺酯(Thermoplastic Polyurethane)
於本發明之一實施例中，各該奈米凸部係呈半球型，並且得以整齊排列或是兩兩交錯排列之方式設於該片身上，以提昇改變光之行進路線的功效。
本發明之次一實施例係提供一種非接觸式檢測食品腐壞裝置，係包含有一容器，具有一開口，及與該開口連通之一容置空間，用以放置一食品；而上述食品腐壞檢測膜係以該片身之另面相對地該開口而設於該開口端之至少一部。
其中，該食品腐壞檢測膜係對應地蓋設於該容器之開口端，以封閉該食品容器之開口，並該些奈米凸部係背向該容器之開口。
本發明之又一實施例係提供一種檢測食品腐壞之方法，其係以一光源照射上述食品腐壞檢測膜上之該些凸部，觀察該食品腐壞檢測膜之顏色變化，其中，該食品腐壞檢測膜係對應地設於一食品容器之開口端，並該些奈米凸部係背向該食品容器之開口；當該食品腐壞檢測膜呈現該第一結構色時，顯示該食品容器內之一食物未處於腐壞狀態；而食品腐壞檢測膜呈現該第二結構色時，顯示該食品容器內之該食物產生腐敗現象。
其中，該光源係為一白光，並且其入射角為0-80度。
其中，該食品腐壞檢測膜係不直接接觸設於該食品容器內之該食物。
10、10’:食品腐壞檢測膜
20、20’:片身
30:奈米凸部
101:製備陽極氧化鋁模版
102:電鑄鎳模具
103:製作食品腐壞檢測膜
90:非接觸式檢測食品腐壞裝置
91:容器
92:開口
93:容置空間
圖1係為本發明之第一實施例所揭食品腐壞檢測膜之示意圖。
圖2係為製備本發明所揭食品腐壞檢測膜之方法流程圖。
圖3A係為以電子顯微鏡觀察AAO膜之結果。
圖3B係為以電子顯微鏡觀察濺鍍薄膜之AAO膜的結果。
圖3C係為以原子力顯微鏡觀察鎳模具之結果。
圖3D係為以原子力顯微鏡觀察熱塑性聚胺酯膜之結果。
圖4A係將衍射角固定在30°及60°時，觀察不同入射角對於食品腐壞檢測膜結構色影響之結果。
圖4B係將入射角固定在30°及60°時，觀察不同衍射角對於食品腐壞檢測膜結構色影響之結果。
圖5A係為將觀察食品腐壞檢測膜被拉長不同長度時，其結構色變化之結果，其中，入射角及衍射角係平行於拉伸方向(X軸向)。
圖5B係為將觀察食品腐壞檢測膜被拉長不同長度時，其結構色變化之結果，其中，入射角及衍射角係垂直於拉伸方向(Y軸向)。
圖6係為將觀察食品腐壞檢測膜產生不同曲率之形變時，其結構色變化之結果，其中，A為使用直徑為50mm之玻璃珠；B為使用直徑為40mm之玻璃珠；C為使用直徑為35mm之玻璃珠；D為使用直徑為30mm之玻璃珠；E為使用直徑為25mm之玻璃珠；F為使用直徑為20mm之玻璃珠；G為使用直徑為15mm之玻璃珠；H為使用直徑為12mm之玻璃珠。
圖7係為本發明之第二實施例所揭非接觸式檢測食品腐壞裝置之示意圖。
圖8A係當為容器呈裝新鮮牛奶時，觀察該食品腐壞檢測膜之結構色的結果。
圖8B係當為容器呈裝變質牛奶時，觀察該食品腐壞檢測膜之結構色的結果。
本發明係揭露一種食品腐壞檢測膜，其主要包含有一片身及設於該片身之一面上複數奈米凸部；其中，該片身係具有可撓性及彈性之特性；該些奈米凸部係用以改變一光線之行進路徑，使該片身產生一結構色；而當該片身接收一外力時，該片身會產生曲率變化之形變，影響到該光線接觸到該些奈米凸部之角度，進而使產生形變之該片身結構色與未產生形變之該片身結構色，而藉由該片身結構色之變化係可用以達到判斷食品是否處於腐壞狀態之功效。據此，本發明所揭食品腐壞檢測膜係作為食品腐壞檢測之工具或是應用於各類型食品容器上。
更進一步來說，當該食品腐壞檢測膜設置於一食品容器之開口端時，以一光線照射
本發明所揭食品腐壞檢測膜係得以本領域之習知技術所製備而成，例如壓印、翻膜、熱壓等成型技術；例如：先以陽極氧化鋁作為模板，再以奈米電鑄法(Nano-electroforming)製備一鎳模具，以該鎳模具進行壓印而產製出本發明所揭食品腐壞檢測膜。
本發明所稱「結構色」，又被稱為物理色，為一種由光接觸到物表面之奈米結構，使光產生繞射、散射、干涉、衍色等作用而產生之顏色或光澤。
本發明所稱「入射角」，係指入射光線與入射表面法線的夾角，以本發明所揭內容為例，入射角即為一光源之入射射線與片身表面法線之夾角。
本發明所稱「白光」，係為一種複合光或是一種混合光，由不同波長之光所混合而成，如光譜中所有可見光之混合係為白光，或是藍光、紅光、綠光依據一定比例混合可得到白光。
本發明所稱「光源」，係包含任何波長之光，如可見光，並且不限定來源，例如自然環境下存在之光、電燈、手電筒等。
以下，為能說明本發明之技術特徵及功效，將茲舉若干實施例並搭配圖式進行說明如後。
如圖1所示，本發明之第一實施例係揭露一種食品腐壞檢測膜10，其係由熱塑性高分子原料所製成，如熱塑性聚胺酯，而主要包含有一片身20及複數奈米凸部30，其中：該片身20係具有可撓性，得受一外力而產生曲率變化之形變。
各該奈米凸部30係呈半球形，排列該片身20之一面，用以改變一光之行進路線。一般來說，各該奈米凸部30之直徑約為440-500nm，高度約為65-85nm。
其中，該些奈米凸部30係得以彼此相鄰之方式排列於該片身20上，而排列之型式可為規則排列、交錯排列、不規則排列等。
由於本發明所揭食品腐壞檢測膜係以具可撓性及彈性之材質所製成，故具有可拉伸性及可彎折性，如同前所說明者，該片身受一拉力或是一推力時，會產生拉伸或是彎曲之形變，都會造成該些奈米凸部之曲率變化。當該片身20未受到任何外力而未產生形變時，以一光源以一預定入射角照射該些奈米凸部30時，該光源之光波受到該些奈米凸部30之影響而產生路徑上之變化，例如繞射、折射、衍射等，使該片身20於肉眼下產生一第一結構色；而當該片身20接受一外力後，該片身20會產生形變時，同時會帶動該些奈米凸部30之曲率及形狀產生變化，因此，以相同光源以相同預定入射角照射該些奈米凸部30時，該光源之路徑隨之變化，導致該片身20所散發出顏色會由該第一結構色改變為一第二結構色。
藉由本發明所揭食品腐壞檢測膜10之形變會使結構色變化之特性，係作為判斷食品是否腐壞之工具，亦即當微生物代謝造成食品腐壞之同時會散發出氣體，例如氨氣等，該些氣體推抵該食品腐壞檢測膜會造成片身之曲率變化，進而會改變該食品腐壞檢測膜之結構色，因此，當該食品腐壞檢測膜之結構色產生變化時，則表示其所檢測之食品處於腐壞狀態。
更進一步來說，如圖2，本發明所揭食品腐壞檢測膜係得依據下列步驟製備而成：
步驟101：製備陽極氧化鋁模版
以丙酮、乙醇和去離子水依次清洗純(99.9995%)鋁箔(128μm厚)；然後使用體積比OD為1：45之高氯酸(perchloric acid)和無水乙醇之混合電解液在20V的恆定電壓和0.45A的電流下，對鋁箔表面進行電拋光。再於3wt%磷酸溶液中，於-2.5℃下，以180V之施加電壓，對鋁箔進行陽極氧化反應3
小時，得到具有未穿透之平行奈米通道和阻隔層下方之未氧化的鋁(un-oxidized aluminum)之陽極氧化鋁膜。於CuCl2．HCl水溶液中去除未氧化的鋁，得到陽極氧化鋁模版(下稱AAO膜)，其具有平均直徑約為465nm之凸奈米半球陣列之蜂窩狀阻隔層表面。
步驟102：電鑄鎳模具
於30mA的施加電流下，將10nm左右的金薄膜(108auto，Cressington Scientific Instruments Ltd，USA)濺射步驟101所得下稱AAO膜之阻擋層表面，約120秒；然後於120℃下進行約2小時之退火製程(annealing process)，得到鍍金AAO膜阻擋層表面。使用奈米電鑄系統(263A型，EGG Ins.，台灣)於含有四水氨基磺酸鎳(nickel sulfamate tetrahydrate)和氯化鎳(nickel chloride)的硼酸溶液中，以塊狀鎳陽極和鍍金AAO膜阻擋層表面作為陰極，進行電鑄，其中，於電鑄之前，將電鑄溶液加熱到55℃；第一階段電鑄之條件包含有10V電壓、電流密度為30mA/cm2、處理時間為4小時；第二階段電鑄條件包含有將電流密度增加到120mA/cm2，處理時間為11小時；經由上述二階段電鑄後，金屬鎳沈積於鍍金AAO膜阻擋層表面，將沈積於鍍金AAO膜阻擋層表面上之金屬鎳取出，依序以0.2M氫氧化鈉溶液及去離子水清洗，以得到鎳模具。
步驟103：製作食品腐壞檢測膜
取步驟102之鎳模具，進行奈米壓印，以大量產出食品腐壞檢測膜。具體來說，使用熱塑性聚胺酯(0.2mm)作為製作食品腐壞檢測膜之基材。將鎳模具和至少2層之熱塑性聚胺酯依序放置在托板上(底部)，並將薄鋁箔(1mm)放置在壓板和托板間。先將壓板加熱至基質之轉化溫度(transition temperature)，如熱塑性聚胺酯之轉化溫度為140℃，而後，於0.15MPa之壓力下，將壓板壓緊在托板上，約5分鐘後；將溫度冷卻至約40℃後，將成形之熱塑
性聚胺酯膜(0.125mm)自鎳模具上剝離，剝離下來之熱塑性聚胺酯膜係為本發明所揭食品腐壞檢測膜。
其中，所用於進行奈米壓印之基質的厚度或層數會依據基質之種類不同、單層之厚度不同而變動，意即若單一層熱塑性聚胺酯之厚度為0.4mm，則僅需放置至少1層熱塑性聚胺酯於托板上；故上述步驟中之數量乃為例示，並非限制本案之保護範圍。
而分別使用場發射掃描電子顯微鏡(Field Emission Scanning Electron Microscope)與原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy)觀察上述步驟101至103所分別製得之AAO膜、鎳模具和熱塑性聚胺酯膜之表面形態和奈米結構，結果如圖3A至圖3D所示。
由圖3A和圖3B之結果可知，AAO膜阻擋層和鍍金後之AAO膜表面上之奈米半球分別都呈現均勻分佈，並經測量，AAO膜阻擋層之奈米半球的直徑和高度分別約為487.3±14.9nm和135.9±9.3nm。又，由圖3C和圖3D之結果可知，AAO膜上的奈米半球陣列係可以成功地呈現於鎳模具上，並且透過奈米壓印轉移到熱塑性聚胺酯膜上，而經測量，鎳模具上凹形奈米半球的直徑和高度分別約為491.8±15.9nm和138.9±9.5nm，熱塑性聚胺酯膜上之奈米半球之直徑和高度分別為464.2±16.2nm和76.3±9.8nm。由圖3A至圖3D之結果證實奈米半球陣列結構確實可以成功於陽極氧化鋁模版、鎳模具及熱塑性聚胺酯膜呈現，顯示上述方法係能夠大量產製本發明所揭食品腐壞檢測膜，以達到降低成本之功效。
以下透過視角效應試驗證實本發明所揭食品腐壞檢測膜確實會因為光線入射角度而改變結構色。將白光以不同入射角(θi)照射食品腐壞檢測膜表面，像機放於不同衍射角之位置，入射角與衍射角之變化對於結構色之影響，結果如圖4A及圖4B所示；其中，入射角(θi)係為光源與食品腐壞檢測膜法線之夾角；衍射角(θd)為相機與食品腐壞檢測膜法線之夾角。
由圖4A之結果顯示於衍射角固定在30°之條件下，當入射角小於30°時，結構色保持藍色(λ
450nm)；當當入射角為30°到50°時，結構色由藍色逐漸變為綠色；當入射角為50°到80°時，結構色呈現紅色。而於衍射角固定在30°之條件下，當入射角小於20°時，結構色為藍色；當入射角為20°至30°時，結構色為綠色；當入射角為40°至70°時，結構色逐漸由綠色變為紅色；當入射角為80°時，由於入射光難以完全照射到食品腐壞檢測膜上，導致結構色為紅黑混雜。
圖4B之結果與圖4A之結果具有相似之趨勢，意即隨著衍射角角度之增加，食品腐壞檢測膜之結構色會有紅移現象。
此外，若以聚乙烯或聚碳酸酯作為製備食品腐壞檢測膜之基材，藉由如上述步驟103壓印出具奈米半球陣列之食品腐壞檢測膜，雖然曲面變形能力較差，但是進行上述視角效應試驗，仍可以觀察到類似圖4A及圖4B之結構色。
由圖4A及圖4B之結果顯示本發明所揭食品腐壞檢測膜確實具有光子晶體之特性，因此能夠透過曲度形變與結構色間之變化達到檢測食品腐敗之狀態。
以下透過拉伸試驗證實本發明所揭食品腐壞檢測膜確實會因為奈米凸部形變(曲率改變)而改變結構色。具體來說，以一外力施加食品腐壞檢測膜，使食品腐壞檢測膜被拉長不同長度：0.7mn-9.2mn，並再分別將光源與相機放置於不同位置：平行於拉伸方向(X)及垂直與拉伸方向(Y)，觀察其結構色之變化，結果如圖5A及圖5B所示。
由圖5之結果可知，食品腐壞檢測膜最初始之結構色為藍色，當被拉長0.7-1.3mm時，結構色變為深藍色；當被拉長2mm時，結構色中會產生綠黃色混合之斑點，隨著拉伸長度增加，黃綠混合區域逐漸擴大，並開始出現更多由橘轉紅之顏色；當被拉長4.6mm時，結構色則呈現整個可見光光譜之組合；但當食品腐壞檢測膜被拉伸至9.2mm時，由於奈米凸部幾乎沒有曲度，表示食品腐壞
檢測膜喪失光子晶體結構，因此，食品腐壞檢測膜變得透明，未散發出結構色。由圖5B之結果可知，食品腐壞檢測膜一開始呈現紅色和黃色混合之結構色；而隨著拉伸長度之增加，結構色轉變為藍色。
又，由上述實驗例之過程可知於食品腐壞檢測膜之被拉伸長度(△L)為0.2mm時為會產生結構色變化，因此透過如下式(I)所示虎克定律(Hooke’s law)可計算出要使食品腐壞檢測膜達到0.2mm之被拉伸長度需要施加51.6N外力，其中，L0為原始長度，於本實驗例中，食品腐壞檢測膜原始長度為17mm；Y為彈性楊氏模量(elastic Young’s modules)，熱塑性聚胺酯之彈性楊氏模量為2580N/mm2；A為垂直於拉伸力之截面積，於本實驗例中，食品腐壞檢測膜之厚度為0.1mm，則截面積為1.7mm2。
F=△L/L0 x Y x A......(I)
由圖5A及圖5B之結果證實本發明所揭食品腐壞檢測膜上之該些奈米凸部結構必須要凸設於該片身上，才能發揮確實有晶體光子之功能，倘若凸起結構消失，將會無法產生結構色，而光源、相機或觀察者之位置不影響觀察結構色變化之結果，意即改變光源、相機或觀察者之位置，仍可明顯看出結構色之變化；並且，要使本發明所揭食品腐壞檢測膜產生結構色之變化，僅需施加極小之外力，表示本發明所揭食品腐壞檢測膜具有靈敏度。
以下透過彎曲試驗證實本發明所揭食品腐壞檢測膜確實會因為片身具有形變(彎曲產生曲率變化)而改變結構色。將食品腐壞檢測膜放置於不同直徑之玻璃球上，使食品腐壞檢測膜產生不同曲率之形變，再觀察其結構色變化，結果如圖6所示。
由圖6之結果顯示，食品腐壞檢測膜之結構色會因玻璃珠直徑而彎折，導致曲率變化，而當食品腐壞檢測膜之曲率變化較大時，其邊緣出現清楚結構色；反之，當食品腐壞檢測膜之曲率變化較小時，如使用直徑為50mm之玻
璃珠，則沒有明顯可見之結構色。具體來說，當使用直徑為30mm之玻璃珠時，食品腐壞檢測膜邊緣有微小之顏色變化，藍色為主要顏色，並靠近邊緣出會有綠色及紅色；當玻璃珠直徑為20mm及15mm時，食品腐壞檢測膜之結構色更為明顯，包含有大面積之藍色、綠色或紅色；當玻璃珠直徑縮小至為12mm，結構色仍清楚地被顯現。
由圖6之結果可證實本發明所揭食品腐壞檢測膜確實受到外力影響而產生曲率變化時，會使結構色改變，並且隨著曲率變化越大，結構色變化就越明顯。
本發明所揭食品腐壞檢測膜係能應用於食品容器上，如圖7所示。具體來說，本發明之第二實施例中係提供一種非接觸式檢測食品腐壞裝置90，其包含有一容器91，具有一開口92，一容置空間93，與該開口92相連通，用以裝設一食物；而本發明所揭食品腐壞檢測膜10’係以該片身20’之另面蓋設於該開口端，用以封閉該開口92，並該些奈米凸部(圖中未示)係背向該容器之開口。
藉由上述構件之組合，當一食物於該容置空間93內腐敗時，所產生之氣體會推擠該該食品腐壞檢測膜10’，使該食品腐壞檢測膜10’產生曲率變化之形變，進而造成其結構色變化，因此，消費者或業者可直接由包裝上食品腐壞檢測膜10’之顏色變化判斷該容器91內部之食物新鮮度，並且亦不需要透過任何其他檢測儀器，以達到使用便利性之功效。
舉例來說，將該食品腐壞檢測膜薄膜貼在牛奶容器的瓶口上，並將相機和光源放置在容器上方，觀察該食品腐壞檢測膜之結構色變化，當牛奶仍為新鮮時，不會產生任何氣體，亦即不會使該食品腐壞檢測膜產生曲率變化，故該食品腐壞檢測膜呈現藍色之結構色，如圖8A所示；當牛奶變質時，因微生物作用而產生氣體，推擠該食品腐壞檢測膜而使之形成曲面，因此，該食品腐壞檢測膜之邊緣呈現綠色和紅色之結構色，如圖8B所示。
本發明第三實施例係揭露一種檢測食品腐壞之方法，其係包含以一光源，如白光，照射該食品腐壞檢測膜上之該些凸部，以觀察該食品腐壞檢測膜之結構色，其中，該食品腐壞檢測膜係對應地設於一食品容器之開口端，並該些奈米凸部係背向該食品容器之開口。
由於該食品腐壞檢測膜具有因形變而改變結構色之特性，因此，當該食品腐壞檢測膜未發生形變時，會呈現一第一結構色，顯示該食品容器內之一食物未處於腐壞狀態；但當該食品腐壞檢測膜顯現出一第二結構色時，顯示該食品腐壞檢測膜因該食品容器內之該食物腐敗而產生形變。
10:食品腐壞檢測膜
20:片身
30:奈米凸部
Claims (10)
- 一種食品腐壞檢測膜，係包含有：一片身，係具有撓性；複數奈米凸部，設於該片身之一面，用以改變一光之行進路線；其中，其特徵在於：該片身未產生曲率變化時，以一光源照射該些奈米凸部時，會使該片身具有一第一結構色；該片身因一外力而產生曲率變化時，以該光源照射該些奈米凸部時，會使該片身具有一第二結構色；當該片身由該第一結構色變成該第二結構色時，表示該片身所檢測之一食物係為腐壞狀態。
- 如請求項1所述食品腐壞檢測膜，其中，各該奈米凸部係呈半球型。
- 如請求項1所述食品腐壞檢測膜，其中，各該奈米凸部係整齊地排列而設於該片身。
- 如請求項1所述食品腐壞檢測膜，其中，該片身及該複數奈米凸部係由熱塑性高分子材料或包含熱塑性高分子材料之原料所製成者。
- 一種非接觸式檢測食品腐壞裝置，係包含有：一容器，具有一開口，一容置空間，與該開口相連通；一如請求項1至4任一所述食品腐壞檢測膜，以該片身之另面相對地該開口而設於該開口端之至少一部。
- 如請求項5所述非接觸式檢測食品腐壞裝置，其中，該食品腐壞檢測膜係對應地蓋設於該容器之開口端，以封閉該食品容器之開口，並該些奈米凸部係背向該容器之開口。
- 一種檢測食品腐壞之方法，其包含有下列步驟：以一光源照射如請求項1至4任一所述食品腐壞檢測膜上之該些凸部，觀察該食品腐壞檢測膜之顏色變化，其中，該食品腐壞檢測模係對應地設於一食品容器之開口端，並該些奈米凸部係背向該食品容器之開口； 當該食品腐壞檢測膜呈現該第一結構色時，顯示該食品容器內之一食物未處於腐壞狀態；而食品腐壞檢測膜呈現該第二結構色時，顯示該食品容器內之該食物產生腐敗現象。
- 如請求項7所述檢測食品腐壞之方法，其中，該光源係為一白光。
- 如請求項7所述檢測食品腐壞之方法，其中，該食品腐壞檢測膜係不直接接觸設於該食品容器內之該食物。
- 如請求項7所述檢測食品腐壞之方法，其中，該光源之入射角為0-80度。
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|---|---|
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103048063A (zh) * | 2011-12-13 | 2013-04-17 | 纳米及先进材料研发院有限公司 | 按照色谱法和光子晶格变化的时间温度指示器 |
| US9213000B2 (en) * | 2009-10-16 | 2015-12-15 | Opalux, Incorporated | Photonic crystal combinatorial sensor |
| US20200110037A1 (en) * | 2017-05-17 | 2020-04-09 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Methods and sensors for detection |
| US20200400581A1 (en) * | 2018-02-13 | 2020-12-24 | University Of Florida Research Foundation | Chromogenic materials, methods of making chromogenic materials, and methods of use |
| CN112592072A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-02 | 武汉理工大学 | 一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜及其制备方法 |
-
2022
- 2022-06-24 TW TW111123742A patent/TWI819678B/zh active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9213000B2 (en) * | 2009-10-16 | 2015-12-15 | Opalux, Incorporated | Photonic crystal combinatorial sensor |
| CN103048063A (zh) * | 2011-12-13 | 2013-04-17 | 纳米及先进材料研发院有限公司 | 按照色谱法和光子晶格变化的时间温度指示器 |
| US20200110037A1 (en) * | 2017-05-17 | 2020-04-09 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Methods and sensors for detection |
| US20200400581A1 (en) * | 2018-02-13 | 2020-12-24 | University Of Florida Research Foundation | Chromogenic materials, methods of making chromogenic materials, and methods of use |
| CN112592072A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-02 | 武汉理工大学 | 一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 期刊 Pingping Wu et al Bio-inspired photonic crystal patterns The Royal Society of Chemistry 2020 Mater. Horiz., 2020, 7 February 2020 338--365 * |
| 網路文獻 Do Thi Vien Thao et al. A flexible and stretchable photonic crystal film with sensitive structural color change properties for spoiled milk detection SSRN 20220423 https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=4091167; * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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