随着人口的增长，保护粮食存储是一项至关重要的工作，其对全球粮食安全以及经济稳定有着重要影响。而谷物作为人类的主粮之一，存储过程极易受到环境湿度和温度的影响，导致严重的霉变、蛀虫和营养流失等。为了监测湿度和温度变化，通常的做法是在特定位置安装温湿传感器，实时监测变化和预警。然而，少量的传感器无法实现对大型粮仓温度和湿度的全方位监测，且传感器成本高昂大量进行安装不切实际。因此，开发一种低成本的温度和湿度传感器对粮食存储中的吸潮和粮堆发热的早期预警，确保粮食存储安全具有重要的意义。

  近日，广西大学林宝凤教授团队报道了一种以可生物降解的羧甲基淀粉为基材，通过简单的原位还原的方法，引入具有抗菌和温敏性的均匀分散的纳米银离子（AgNPs），制备了低成本的温湿度传感器（CPAF）。研究结果表明，所制备的CPAF具有良好的力学性能，能够在使用过程中抵抗各种形变而不发生结构破坏。由于基材含有羟基、羧基等亲水基团，CPAF表现出显著的湿度响应导电特性，其在 35% RH和93% RH环境下的电导率分别为0.0000338和0.318 S/m，相差近9000倍，因此作为湿度传感器能够实现无延迟的快速响应湿度变化。此外，CPAF还变现出优异的温度传感性能（TCR=-0.054/℃），并具有较高的灵敏度（监测值为0.1℃）和稳定性。更重要的，不同于常见的多糖基水凝胶传感器，CPAF在低含水量（1%）下也能够实现温度传感，因此非常适合于对湿度敏感的粮食存储的应用环境。与此同时，这种多糖基传感器还具有出色的光谱抗菌性和生物相容性，在应用于食品领域不仅能避免引入微生物危害，还是一种对人类食品安全友好的传感器。以稻谷为粮食存储的实验模型，证明CTHF传感器能够监测粮食湿度和温度的变化。通过构建具有多传感的阵列，能够实现对粮仓不同区域的温度和湿度的精准监测。因此，利用低成本的CPAF构建传感器阵列用于大型粮仓中可实现全方位的温度和湿度变化监测，用于预警粮食存储的粮堆发热以及吸潮现象，有潜力成为高效保证粮食存储安全的新策略。

  该工作以“Facile preparation of inexpensive polysaccharides-based antibacterial sensor for all-round monitoring of humidity and temperature in grain storage”为题发表于《Chemical Engineering Journal》。论文的通讯作者为广西大学化学化工学院林宝凤教授，第一作者为2021级博士研究生邓永福。该研究得到国家自然科学基金（22175045）和广西自然科学基金重点项目（2021GXNSFDA220005）的资助。

图1.（a）一步法制备CPAF的示意图；（b）柔性CPAF的图片；（c）CPAF的湿度响应导电特性；（d）CPAF的横截面SEM图；（e）CPAF的横截面EDX元素分布图；（f）CPAF的超薄切面的TEM图；（g）CPAF中的AgNPs粒径分布。

图2.（a）在75% RH下CPAF的含水量和电流随时间的变化关系；（b）在不同湿度饱和下的电导率；（c-f）不同湿度下的电阻与时间变化曲线；（g）不同湿度下的电流变化与时间的曲线；（h）电阻对湿度变化的响应；（i）电流对湿度变化的响应；（j）湿度响应的机理示意图。

图3.（a）温度传感实验照片；（b）在温度范围为30-85℃内升温时的相对电阻变化；（c）CPAF的相对电阻与温度随时间的变化曲线；（d）相对电阻在31.0-32.0范围内的温度响应，采样间隔为0.1℃；（e）相对电阻在61.0-62.0范围内的温度相应，采样间隔为0.1℃；（f）CPAF对温度在50和70℃之间变化的电阻传感信号；（g）不同含水量的CPAF对温度变化的传感信号；（h）加热板与CPAF表面的温度变化曲线；（i）CPAF在不同温度时的IR热成像。

图4.（a）模拟粮食存储温度和湿度变化监测实验；（b）谷物含水量与检测电流信号的变化关系；（c）谷物温度变化与传感器电流随时间变化曲线；（d）分别位于传感器阵列中顶部与底部的传感器传信号；（e-f）传感器阵列中防潮处理（sensor 1）和未处理（sensor 2）分布在加热和吸湿过程中的传感信号；（g）构建CPAF传感器阵列应用于大型粮仓实现全方位湿度和温度变化监测的示意图。

  原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894725013191