柔性傳感器技術及其在智能包裝中的應用

馬藝寧，李潔

柔性傳感器技術及其在智能包裝中的應用

馬藝寧，李潔

（天津科技大學 中國輕工業食品包裝材料與技術重點實驗室，天津 300457）

隨著5G技術的迅速發展，智能包裝受到了廣泛關注。文中通過總結柔性傳感器技術及其近年在智能包裝領域的應用，以期為未來智能包裝技術的研發和應用提供參考依據。通過文獻分析柔性印刷電子技術、碳納米技術以及硅光電子技術等柔性傳感器技術的研究現狀，總結柔性傳感器在食品質量檢測、顯竊啟包裝設計和電商物流監測三方面的相關應用，為柔性傳感器在智能包裝中的進一步發展提供參考及建議。大量研究表明，目前柔性傳感器在智能包裝中的應用仍處于起步階段，各項技術仍在增長，不具備完全的商業可行性。柔型傳感器拓寬了智能包裝的功能及應用領域，可為內部產品提供良好的監測、記錄和保障，值得加大研發投入，深入研究。

智能包裝；柔性傳感器；食品質量檢測；顯竊啟包裝

在5G時代浪潮下，人們生活水平不斷提升，對食品、日用品、物流、醫療等領域的要求越來越高，智能包裝成為提高國民生活品質的工具之一[1-2]。《關于加快我國包裝產業轉型發展的指導意見》[3]和《中國包裝工業“十三五”發展規劃》[4]明確提出推進智能包裝一體化發展，智能包裝成為包裝產業新的發展方向。

智能包裝是在傳統包裝的基礎功能上結合生物、材料、化學、物理、電子信息與通信等技術，實現對包裝及內裝物流通全過程的監測、記錄、識別和控制，具有信息數據傳輸、記錄、感知和交互等功能的包裝技術[5]。與傳統的商業包裝一旦離開包裝廠就不具備監控產品質量的能力相比，智能包裝描述了嵌入式系統技術在產品包裝中的應用，能夠通過各種方式繼續監測產品品質，直到產品被消費[6]。在現有的智能包裝系統中，傳感器的應用被認為是智能包裝中最有創新的技術之一。相較于傳統傳感器，柔性傳感器柔韌性較好，可適應復雜的表面和更多的應用場景，成為近年的研究熱點。

文中總結國內外柔性傳感器的最新技術進展及其在食品質量檢測、顯竊啟包裝設計，以及電商物流監測中的最新應用進展，討論這一領域未來研究的挑戰和機遇，以期為該領域的研究提供新的思路。

1 智能包裝概述

智能包裝（Intelligent Packaging）是一種通過運用生物學、化學、材料科學、人工智能、物理和電子信息等多元學科知識，以達到自動檢測、傳感、記錄產品在運輸和流通過程中的內部和外部環境變化的新技術。它是通過印刷、粘貼等方式與包裝基材相結合成包裝標簽，根據環境變化該標簽會產生物理變化，以告知消費者產品安全信息，從而促進消費者決策[7-9]。智能包裝目前作為集成各種創新技術應用的載體，隨著科技的發展將更加智能可靠。一般來說，智能包裝系統可以通過指示器、數據載體和傳感器3種主要技術來實現。

指示器型可向消費者傳達與某種物質存在與否及其濃度有關的信息。大多數情況下，這些信息通過即時的視覺變化來顯示，其基本要求是這些顏色或強度的變化是不可逆的[10]。指示器大致可以分為3類：時間-溫度型指示器、氣體指示型和新鮮度指標型。

數據載體可用于儲存、分發、管理和產品追溯，包括條形碼和射頻識別標簽（Radio Frequency Identification，RFID）[7]。RFID目前已經是一種普及、主流技術，可通過固定頻段的無線通信來識別物體[11]。

傳感器能夠快速和明確地量化產品中的分析 物[12-13]，是一種用來探測、定位或量化能量或物質的裝置，可用于探測或測量裝置響應的物理、化學性 質[11]。根據不同的監測因素，傳感器可以分為化學傳感器、電化學傳感器、光學傳感器、生物傳感器等。

在傳統包裝的基礎上，智能包裝通過采用新型科技手段在強化傳統包裝的保護、儲存、運輸、銷售等基礎功能的同時，還增加了食品質量檢測、防竊啟、運輸物流檢測等許多新的智能功能。智能包裝正迅猛發展，并具有巨大的潛在市場[14]。

2 柔性傳感器技術概述

傳感器作為智能包裝中不可或缺的一部分，被認為是未來智能包裝系統中最具前景和創新性的技 術[15-16]。它是一種利用識別元件感受檢測信號，并按照一定規律通過轉換元件轉換成其他可用信號的裝置，由敏感元件、轉換元件和顯示存儲記錄裝置組 成[17]。能夠快速、無損地檢測包裝中的化合物或 氣體[7]。

傳統的傳感器柔韌性較差，難以適應產品包裝的不規則表面，開發和生產成本較高，無法大批量地應用到包裝中[10]。這就需要進一步開發適應不規則表面且成本較低的柔性傳感器。

近年來柔性傳感器（Flexible Sensor）已經成為研究熱點[17-18]。制備柔性傳感器所使用的襯底材料和器件材料都區別于傳統傳感器，柔性傳感器的襯底材料一般使用聚乙烯醇、聚酰亞胺、聚酯、紙片、紡織材料等。器件材料分為金屬材料、碳材料、無機材料和有機材料[19]。柔性傳感器具有優異的柔韌性、延展性以及可自由彎曲、折疊等優點，現廣泛地應用于軟機器人的健康監測、人體運動檢測、生物醫藥和電子皮膚等多種場合[20]。隨著柔性印刷電子技術、碳納米技術、硅光電技術等方面的研究發展，柔性傳感器有望具備檢出限低、靈敏度高、選擇性好、價格低廉可批量生產等優點[21-22]。

2.1 柔性印刷電子技術

柔性印刷電子技術（Flexible Printing Electronic Technology）是一種在柔性基底上印刷電子功能性油墨的新興技術[23]。該技術中油墨使用導電材料、智能感知材料等材質，通過常用的印刷技術（凹版印刷、噴墨印刷、絲網印刷）印制在軟包裝材料上，該方法是制造柔性電子器件（射頻識別標簽、顯示器、傳感器等）的一種技術創新[24-25]。印刷電子傳感器具有耗時少、成本低、重量輕、可彎曲、可滾動、便攜等特性，同時具有在各種基底上創建傳感器的可能性，是目前制作傳感器的最佳方法[26-27]。柔性印刷電子技術在可穿戴電子、人造皮膚、物聯網設備等領域，尤其是智能封裝領域，都廣泛應用[28]。

Javed等[29]應用納米銀導電油墨在高壓相紙上制備濕度傳感器，這一傳感器標簽最適宜的帶寬為13.5 GHz，具有24位的高數據容量、緊湊的尺寸和可靠的靈敏度函數，并且該濕度傳感器標簽的直接印刷性非常適合智能包裝和各種低成本應用。

Quintero等[30]采用局部噴墨的手段將電容傳感器印刷在圓柱形的聚對苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Terephthalate，PET）纖維上。根據PET纖維拉伸時自身尺寸變化而導致傳感器電容值改變的原理設計的傳感器，可實現對聚合物的應變測量。實驗得到，在10 m長的PET纖維上印刷應變傳感器，可測量的應變高達1%，電容變化的最大值為0.7%。該工藝也可擴展到其他電容（濕度、水蒸氣）傳感器的制造，所制備的傳感器有望在物流過程中實現對包裝件所受應力（濕度、水蒸氣）等因素的實時監測。

Emamian等[31]使用絲網印刷工藝成功地制造了一種復雜的壓電式觸摸傳感器。傳感器由頂部與底部的銀電極層和二者之間的聚偏氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride，PVDF）基壓電層組成。所有這些層在PET和紙襯底上通過絲網印刷制備，所得到的基于PET的觸摸傳感器的靈敏度為1.2 V/N，基于紙張的傳感器的靈敏度為0.3 V/N，這表明這些傳感器具有被用作觸摸傳感器或能量采集器的潛力。

Bariya等[32]在PET輥上制造了各種電化學傳感器，用于檢測離子、代謝物、重金屬和其他小分子。在該傳感器中，工作電極和對電極是碳極，參比電極為銀極，封裝材料是聚乙烯樹脂。同時通過在印刷陣列上沉積能夠選擇性檢測pH、鈉、鉀、葡萄糖和鈣等各種傳感層，證明了印刷電極的功能性。

2.2 碳納米技術

納米材料多應用于制備小型、高靈敏度、選擇性和可逆性（即允許多次連續測量）的化學傳感器，這些傳感器具有低檢測限和低工作溫度，適用于多種領域（生物醫學、食品、戰爭等）中的氣體檢測，特別是碳納米材料（Carbon Nanomaterials，CNs）。CNs具有高比表面積，因此具有優異的檢測靈敏度，加上其優異的電性能（高電流密度、高導電性）和機械特性（重量輕、易彎曲），使其更適合應用于化學傳感器，如受體、傳感器或兩者兼有。CNs是目前最受期待的柔性電子材料之一，石墨烯、碳納米管和炭黑等都是目前被廣泛應用的碳納米材料[33]。

2012年，Srikanth等[34]首次表明碳納米管可以（通過噴墨打印）打印在PET和紙張上，以產生化學傳感器。該化學傳感器不需要蒸汽濃縮器就可以在室溫下檢測環境空氣中低濃度的Cl2和NO2蒸氣。噴墨打印的碳納米管薄膜比塑料基底上的浸涂薄膜更堅固。該薄膜具有傳感器之間的低變化、自發信號恢復、可忽略的基線漂移，以及在不損失傳感器性能的情況下將傳感器彎曲成折痕等性能。

劉坤林等[35]應用絲網印刷工藝，以石墨烯作為油墨（溫敏材料），制備出石墨烯柔性溫度傳感器，并證明該石墨烯為多層結構，且經高溫處理后形貌更平整，導電性能更加穩定，響應幾乎不受形變影響等特性。

Shin等[36]開發了一種基于碳納米管的導電油墨，可用于制造2D柔性電子器件。以DNA為表面活性劑，將碳納米管分散在甲基丙烯酸和透明質酸中，制備了環保型導電油墨。這種油墨由互連的多壁碳納米管組成，當其印制的柔性電子器件向內（負角度）折疊時，會使碳納米管之間產生更多連接，從而導致電阻降低；向外折疊且油墨拉伸時，碳納米管之間的連接松動或其中一些彼此斷開，會導致電阻增加，因此不同的折疊角度下，該柔性電子器件的電阻測量值也不同。當折疊角度為180°時，其電阻測量值較初始狀態增大了25%。

2.3 硅光電子技術

硅光子傳感器由集成在硅半導體材料中的光學電路組成，是一種波導吸收光譜儀，被認為是尺寸小且高效的光學傳感器，其表現出較高的折射率靈敏度，目前正在研究將其應用于化學、生物傳感器中。與電信號傳感相比，基于光學信號的傳感器不需要電源，并且可以通過使用紫外光、可見光或紅外光從遠處供能或讀取結果。同時硅光子傳感器還具有生產成本低和適合大規模生產的特點，因此有望成為傳統技術的商業可行替代品，并可在（生物）醫療、環境和食品相關應用中得到大規模應用。光學信號傳感器的開發有著誘人的前景[10,24]。

Laplatine等[37]結合硅光子學和扇出晶圓級封裝技術設計了一款低成本多路生物傳感器。該傳感器采用片上鍺光電探測器，將集成16個微環諧振器的1 mm2芯片封裝在具有電互連和微流體通道的環氧樹脂盒中。該結構減少了硅芯片的尺寸，同時簡化了微流體和光學集成，使讀卡器設備更緊湊、更耐用。這一生物傳感器表現出與無源電路相似的靈敏度。

Harraz等[38]應用多孔硅（Porous Silicon，PSi）制作的化學傳感器，重點討論了銀電接觸對傳感器性能的影響。該傳感器設計表現出良好的溶劑滲透蒸發可逆響應，說明傳感器沒有與測試溶液發生化學反應或表面修飾。在重復使用時，能夠保持高的靈敏度，對背面接觸具有極好的存儲穩定性，可用于檢測各種化學分析物，具有顯著的靈敏度和極快的響應。

Mourya等[39]研究了在多孔硅（PSi）襯底上生長的鈀-鉑（Pd-Pt）功能化碳化硅（SiC）薄膜具有氫氣（H2）傳感特性，并且這一H2傳感器有顯著的優點，例如穩定的高感測響應、大的可調諧檢測范圍、快速的響應/恢復時間、良好的再現性、高選擇性、寬的工作溫度范圍和良好的耐久性等。

3 柔性傳感器在智能包裝中的應用

3.1 食品質量檢測

食品安全已經成為社會關注的一個主要問題。食品隨著時間、外界條件等的變化可能會發生生物、化學或物理反應，最終導致產品變質[40-41]。在大多數情況下，消費者很難評估這些變化，這成為了影響消費者健康的重要因素，因此在食品銷售過程中對其質量進行檢測是必要的，一個可以準確、實時監控，并傳達食品質量的包裝就顯得尤為重要。一款合格的智能包裝不僅可以更好地保護顧客免受有害食品的損害，滿足消費者的購買需求，還可以最大程度上提高食品行業的資源利用，減少食品浪費。

目前柔性傳感器技術已在食品包裝領域得到了初步應用。傳感器通過檢測包裝內氣體（CO2、O2）、pH值、溫度、濕度和顏色等的變化，反饋產品的實時信息，從而達到對食品新鮮度、有害化學品殘留等方面的監控和反饋，有效地監測產品質量，幫助消費者購買選擇。

3.1.1 新鮮度檢測

食品的新鮮度是消費者在選擇食品時需要考慮的重要品質之一。因為許多人在沒有設備或儀器的情況下很難確定新鮮度的高低[42]，所以就需要智能包裝中的傳感器進行信息監測和反饋。新鮮度傳感器是一種能夠指示食品物理、化學特性（如pH值、溫度、濕度和顏色等）變化的傳感器。此外，新鮮度傳感器對食品降解過程中發生的變化也很敏感，如顏色變化、食品腐敗產生的氣體和細菌計數等[43]。文中簡要介紹幾種應用于食品新鮮度檢測的柔性傳感器。

3.1.1.1 肉制品新鮮度檢測

Hasanah等[44]成功地開發了一種利用發色團（聲色離子載體）作為試劑的光學pH傳感器來測定魚的新鮮度。將發色團固定在果膠水凝膠膜上，通過發色團官能團的質子化和脫質子化來檢測魚肉表面pH值的變化。果膠水凝膠膜無毒，適合作為食品傳感器基體。此外，果膠是一種親水性聚合物，比疏水性合成聚合物具有更高的滲透性，可以增強發色團在聚合物中的吸附，從而對pH值變化做出快速反應。經過測試及性能分析，該傳感器可以給出快速響應，并產生理想的線性和再現性。

Kuswandi等[45]報道了一種以姜黃素為試劑的蝦類腐敗監測光學傳感器。姜黃素是一種從草藥姜黃中分離出來的天然染料色素。文中采用吸附法將姜黃素固定在細菌纖維素膜聚合物基質上。所制備的姜黃素細菌纖維素膜可隨著pH值的升高，顏色由黃色變為橙色，再變為紅橙色。紅橙色階段則說明蝦仁已發生腐敗。姜黃素對酸堿反應高度敏感，為檢測食品新鮮度提供了一種簡單的方法，這使得大規模生產低成本傳感器成為可能。

3.1.1.2 果蔬新鮮度檢測

檢測果蔬新鮮度的傳感器大致分為2種原理，一種是直接從水果中檢測特定的分析物，作為食品新鮮度的指標。另一種是基于果蔬的反應，檢測某些新鮮度參數如溫度、時間等，從而得到其新鮮度的反饋信息[6]。通過將傳感器安裝在產品包裝上，監控包裝內外的環境，并告知消費者果蔬的新鮮度、成熟度或硬度，使消費者對產品的質量作出明智的判斷，輔助其進行購買。

Maftoonazad等[46]設計了一種pH生物傳感器，可以檢測棗果的新鮮度。這項研究通過從紅甘藍中提取花青素固定在聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol，PVA）中制備傳感器膜，將傳感器膜放置在包裝薄膜內側，然后根據棗果pH值的變化觀察傳感器膜的顏色變化。利用天然豐富的紅甘藍中的花青素作為pH傳感器的指示劑，具有制備成本低等優點。所研制的pH生物傳感器也具有一定的可塑性、穩定性和靈敏度。

Kim等[47]開發了一種基于甲基紅的比色傳感器包裝標簽，可以檢測蘋果成熟過程中醛的釋放。該傳感器標簽利用可印刷油墨在紙介質上構建，依賴于醛和氫氧化物之間的親核加成反應引起堿性變化，并通過甲基紅表現出顏色變化。這一傳感器可用于檢測溶液和蒸氣中的醛，其顏色隨著蘋果成熟度增加（醛釋放量增加）從黃色變為橙色，然后變為紅色，因此，該傳感器標簽可用于蘋果貨架期內包裝成熟度的實時監測。

此類柔性傳感器智能包裝通過顏色顯示，可幫助消費者對產品的成熟度進行選擇。同時這種傳感器還可以減少消費者在選擇和檢查水果時可能造成的水果損傷，是較為衛生和環保的包裝方案。

3.1.2 有害物質檢測

食品的質量安全問題還主要存在于農藥殘留、微生物腐敗和致病微生物的侵襲等方面，傳感器可用于果蔬農藥殘留和食品中微生物及其代謝產物的檢測[16]。

Toxin GuardTM是加拿大Toxin Alert Inc公司開發的一種視覺生物傳感器，該傳感器可根據抗體-抗原反應檢測可能污染食品的病原體或其他的微生物，如彎曲桿菌屬、黃曲霉毒素、沙門氏菌屬、大腸桿菌O157、李斯特菌屬等。Toxin GuardTM的工作原理是聚合物包裝膜上的抗體-抗原反應：在病原菌存在的情況下，細菌毒素與抗體結合并固定在柔性聚合物薄膜（如聚乙烯、聚乙烯）的薄層上（包裝內側），使智能設備的顏色發生明顯變化[48]。基于同樣的原理，Flex Alert公司目前已經開發出可商用的柔性生物傳感器，可有效檢測存在于食品中的大腸桿菌、黃曲霉毒素等有害菌種[13]。

梁剛等[49]采用絲網印刷碳納米管電極（Screen- printed Carbon-nanotube Electrode，CNTSPE），利用層層組裝技術將乙酰膽堿酯酶（Acetylcholines- terase，AChE)、聚二烯丙基二甲基氯化銨（Poly Dimethyl Diallyl Ammonium Chloride，PDDA）逐層依次修飾于CNTSPE表面，制備了PDDA/AChE/PDDA/ AChE/PDDA修飾的CNTSPE傳感器，該電化學傳感器對氧磷、毒死蜱2種農藥的線性響應分別為50～150 ng/mL和20～150 ng/mL，檢測限分別為20、10 ng/mL。該傳感器具有良好的準確性和靈敏性，并且具有易操作、高靈敏、抗干擾能力強、環境污染小等特點，可應用于實際產品中農藥含量的檢測。

3.2 顯竊啟包裝設計

顯竊啟包裝（Tamper-Evident Packaging）是一種為防止偷啟、私啟包裝等非法行為而帶有特別保護措施的功能性包裝[50]，其目的是讓消費者能直接通過商品的外觀直接辨別商品包裝是否曾被人開啟過[51]。現有的顯竊啟包裝一般不具有智能性，智能型的顯竊啟包裝必須依靠傳感器等智能硬件來實現[52]。

Ke等[28]采用簡單的多元醇還原法制備了V形銀納米線。通過絲網印刷技術，在PET表面制備了一種水基Ag-NWs導電油墨全印刷角度識別柔性傳感器，可用于防篡改包裝。該可彎曲傳感器顯示了Ag-NWs層電阻與彎曲角度之間的對應變化關系，在包裝開啟彎曲角度為45°、90°和135°時，具有穩定的電阻靈敏度。同時表現出長期的機械循環穩定性（1 000次彎曲循環后無明顯衰減）和優異的黏附性能（20次后電阻無明顯增加），能夠準確地檢測出包裝的開啟狀態。

3.3 電商物流監測

隨著市場經濟的快速發展，商品流通頻率增加、流通范圍變廣，物流包裝也成為了包裝印刷行業中重要的市場領域[53]。電商時代下物流包裝的高速發展引起的一系列的連鎖反應，比如說暴力裝運、產品污染、食品變質等。所以在運輸中對商品進行實時監測、數據收集和損壞防治成為了物流運輸過程中必須要面對且解決的問題。越來越多的物流信息技術受到人們的關注，針對冷鏈物流、貴重物品物流、倉儲定位等難題，給出了各種新的解決方案。

Elin等[54]以電致變色（Electrochromic，EC）材料和器件為出發點，創新采用共軛電致變色聚合物，在減少層數的基礎上進一步改進了印刷電子顯示與靈敏度。這一研究不僅增強EC顯示器的對比度和靈敏度，而且通過去除占印刷標簽成本相當一部分的底層導電層，實現成本降低及生產簡化。通過此工藝制備的傳感器能夠提供按需、可逆的色彩變化，反饋時間從秒到分鐘不等，工作電壓低于1 V，光學存儲器超過60 min，保質期超過12個月。同時提供了一種用戶控制的、動態的、低功耗、低能耗的信息顯示方式，在物流運輸和零售領域具有廣闊的前景。

Bruno等[55]利用Novacentrix公司的Metalon水基銀墨水，通過低成本的全噴墨工藝制備出了一種基于PET基底的壓力傳感器。該傳感器通過檢測基底電阻的變化，從而感知外界壓力的變化情況，低成本直接印刷的工藝所制備的壓力傳感器有望應用于監測包裝運輸過程中壓力變化，防止包裝出現損壞。Sun等[56]通過優化調整聚氧乙烯（Polyethylene Oxide，PEO）基固態聚合物電解質材料，進而以匹配混凝土硬化模型，增強了PEO在20～60 ℃溫度范圍內對溫度的敏感性，可制備監測溫度變化的傳感器，用于生鮮、果蔬等對溫度變化較敏感的產品的包裝，在產品運輸過程中起到監測溫度的作用。

4 結語

隨著各種新興技術的發展，柔性傳感器的功能將越來越完善，其在產品包裝上的應用將得到進一步的擴展和延伸。同樣對智能包裝的探索有利于進一步增加包裝產品品種、提高包裝產品品質，更好地保護產品，服務于消費者。除此之外，柔性傳感器技術在智能包裝領域的應用也面臨著諸多瓶頸與挑戰。

柔性印刷電子技術具有大批量生產的優勢，有利于構筑多功能電子器件，但是應用這一技術制備柔型傳感器時所使用的導電油墨大多含有易揮發的有機溶劑和有毒物質，這一缺點限制其在食品包裝、藥品包裝等方面的應用。在制備柔型傳感器過程中還要對印刷的速度、干燥時間、油墨黏度等因素進行調控，從而提高柔型傳感器在產品運輸和儲存過程中的靈敏度和選擇性，因此未來可重點發展無毒、環保的導電油墨，并進一步優化導電油墨配方，開發功能型油墨，并匹配相應的印刷技術，以適應產品的不同需求。

CNs因其優越的靈敏度、電性能和力學性能，有望成為新一代微型化、低功耗通用傳感器的首選材料。柔性傳感器中CNs（碳納米管、石墨烯等）的制備技術工藝水平還不成熟，且存在成本高昂、適用范圍小、使用壽命短以及生物安全等問題，無法實現工業化。使用CNs制備的柔型傳感器必須避免表面存在的污染物，這對柔性傳感器的制備及使用造成了極大的困難。未來應側重于傳感器制備工藝的優化、選擇性的改善和性能的改善等方面。

硅光電子技術常用于對食品包裝頂部空間進行選擇性氣體濃度檢測。其優點是生產成本低，并且可以使用與傳統硅半導體生產相同的方法和基礎設施進行大規模生產，有望大規模應用于食品包裝，但是這項技術所面對的主要問題是噪聲的敏感性，檢測靈敏度低，以及用于傳感器讀數的紅外激光器和探測器高昂的開發和運行成本，因此還需進一步研發解決以上技術瓶頸。

雖然現在仍有許多障礙要克服，但是隨著技術的進步和市場需求的增長，智能包裝將在未來取得較大的突破，為消費者帶來更多的利益和便利。

[1] 陳克復, 陳廣學. 智能包裝——發展現狀、關鍵技術及應用前景[J]. 包裝學報, 2019, 11(1): 1-17.

CHEN Ke-fu, CHEN Guang-xue. Intelligent Packaging: Development Status, Key Technologies and Application Prospects[J]. Packaging Journal, 2019, 11(1): 1-17.

[2] 仲波. 智能包裝市場藍海待開發[N]. 中國新聞出版廣電報, 2020-08-19(D08).

ZHONG Bo. Blue Sea of Intelligent Packaging Market to Be Developed[N]. China Press, Publication, Radio and Television News, 2020-08-19(D08).

[3] 工業和信息化部, 商務部. 關于加快我國包裝產業轉型發展的指導意見: 工信部聯消費[2016] 397號[EB/OL]. [2017-11-01]. http://www.mofcom.gov.cn/ article/h/ redht/201612/20161202273150.shtml.

Ministry of Industry and Information Technology, Ministry of Commerce. Guidance on Accelerating the Transformation and Development of Packaging Industry in China：Consumer Goods Industry Division, Ministry of Industry and Information Technology [2016] No. 397 [EB/OL]. [2017-11-01]. http://www.mofcom.gov.cn/ article/h/redht/201612/20161202273150.shtml.

[4] 中國包裝聯合會. 中國包裝工業發展規劃(2016-2020年)[EB/OL]. [2017-11-01]. http://www.cpta.org.cn/articleDetail.html?id=6821.

China Packaging Federation. China Packaging Industry Development Plan (2016-2020)[EB/OL]. [2017-11-01]. http://www.cpta.org.cn/articleDetail.html?id=6821.

[5] 王展, 鐘云飛. 基于印刷電子的智能包裝研究與應用[J]. 數字印刷, 2020(5): 16-25.

WANG Zhan, ZHONG Yun-fei. Research and Application of Intelligent Packaging Based on Printed Electronics[J]. Digital Printing, 2020(5): 16-25.

[6] ALAM A U, PRANALI R, HEBA B, et al. Fruit Quality Monitoring with Smart Packaging[J]. Sensors, 2021, 21(4): 1509.

[7] 薛佳祺, 王穎, 周輝, 等. 包裝技術在肉制品保鮮中的研究進展[J]. 食品工業科技, 2021, 42(16): 367-373.

XUE Jia-qi, WANG Ying, ZHOU Hui, et al. Research Progress of Packaging Technology in the Preservation of Meat Products[J]. Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(16): 367-373.

[8] 黃少云. 新鮮度指示型智能包裝的研究進展與展望[J]. 今日印刷, 2019(9): 71-74.

HUANG Shao-yun. Research Progress and Prospect of Freshness Indicating Intelligent Packaging[J]. Print Today, 2019(9): 71-74.

[9] 付秋瑩. 智能包裝技術在食品行業的應用概述[J]. 印刷雜志, 2019(1): 49-53.

FU Qiu-ying. Intelligence Packaging Technologies in Food Industry[J]. Printing Field, 2019(1): 49-53.

[10] VANDERROOST M, RAGAERT P, DEVLIEGHERE F, et al. Intelligent Food Packaging: The next Generation[J]. Trends in Food Science & Technology, 2014, 39(1): 47-62.

[11] LEE S Y, LEE S J, CHOI D S, et al. Current Topics in Active and Intelligent Food Packaging for Preservation of Fresh Foods[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2015, 95(14): 2799-2810.

[12] MüLLER P, SCHMID M. Intelligent Packaging in the Food Sector: A Brief Overview[J]. Foods, 2019, 8(1): 16-16.

[13] GHAANI M, COZZOLINO C A, CASTELLI G, et al. An Overview of the Intelligent Packaging Technologies in the Food Sector[J]. Trends in Food Science & Technology, 2016, 51: 1-11.

[14] 劉辰雨, 張改梅, 宋曉利, 等. 智能包裝的應用與發展趨勢分析[J]. 包裝工程, 2019, 40(15): 80-86.

LIU Chen-yu, ZHANG Gai-mei, SONG Xiao-li, et al. Application and Development Trend of Intelligent Packaging[J]. Packaging Engineering, 2019, 40(15): 80-86.

[15] KUSWANDI B, WICAKSONO Y, JAYUS, et al. Smart Packaging: Sensors for Monitoring of Food Quality and Safety[J]. Sensing and Instrumentation for Food Quality and Safety, 2011, 5(3/4): 137-146.

[16] 邵平, 劉黎明, 吳唯娜, 等. 傳感器在果蔬智能包裝中的研究與應用[J]. 食品科學, 2021, 42(11): 349-355.

SHAO Ping, LIU Li-ming, WU Wei-na, et al. Research and Application of Sensors in Intelligent Packaging of Fruits and Vegetables[J]. Food Science, 2021, 42(11): 349-355.

[17] JING Xin, MI Hao-yang, LIN Y J, et al. Highly Stretchable and Biocompatible Strain Sensors Based on Mussel-Inspired Super-Adhesive Self-Healing Hydrogels for Human Motion Monitoring[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10(24): 20897-20909.

[18] LIU Si-jun, LI Lin. Ultrastretchable and Self-Healing Double-Network Hydrogel for 3D Printing and Strain Sensor[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9(31): 26429-26437.

[19] 田全慧, 張建青. 柔性傳感器的制備[J]. 上海包裝, 2020(4): 25-29.

TIAN Quan-hui, ZHANG Jian-qing. Preparation of Flexible Sensor[J]. Shanghai Packaging, 2020(4): 25-29.

[20] WANG Hai-fei, WANG Zi-ya, YANG Jian, et al. Ionic Gels and Their Applications in Stretchable Electronics[J]. Macromolecular Rapid Communications, 2018, 39(16): 1800246.

[21] WYSER Y, ADAMS M, AVELLA M, et al. Outlook and Challenges of Nanotechnologies for Food Packaging[J]. Packaging Technology and Science, 2016, 29(12): 615-648.

[22] ZHANG Heng, XIANG Li, YANG Ying-jun, et al. High-Performance Carbon Nanotube Complementary Electronics and Integrated Sensor Systems on Ultrathin Plastic Foil[J]. ACS Nano, 2018, 12(3): 2773-2779.

[23] BIJI K B, RAVISHANKAR C N, MOHAN C O, et al. Smart Packaging Systems for Food Applications: A Review[J]. Journal of Food Science and Technology, 2015, 52(10): 6125-6135.

[24] 王志偉. 智能包裝技術及應用[J]. 包裝學報, 2018, 10(1): 27-33.

WANG Zhi-wei. Intelligent Packaging Technology and Its Application[J]. Packaging Journal, 2018, 10(1): 27-33.

[25] WANG Xin, WEI Miao-miao, LI Xiao-qian, et al. Large-Area Flexible Printed Thin-Film Transistors with Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes for NO2Sensors[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(46): 51797-51807.

[26] 陳廣學. 用印刷技術提高智能制造水平[EB/OL]. [2018-04-17]. http://iot.china.com.cn/content/2018-04/17/ content_40294968.htm

CHEN Guang-xue. Using Printing Technology to Improve the Level of Intelligent Manufacturing[EB/OL]. [2018-04-17]. http://iot.china.com.cn/content/2018-04/ 17/content_40294968.htm

[27] 吳偉. 全印制柔性應變傳感器的原理與智能包裝應用[J]. 包裝工程, 2020, 41(11): 156-165.

WU Wei. Mechanisms and Application of Fully-Printed Flexible Strain Sensors for Smart Packaging[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(11): 156-165.

[28] KE S, GUO P, PANG C, et al. Screen-Printed Flexible Strain Sensors with Ag Nanowires for Intelligent and Tamper-Evident Packaging Applications[J]. Advanced Materials Technologies, 2020, 5(5): 1901097.

[29] JAVED N, HABIB A, AMIN Y, et al. Directly Printable Moisture Sensor Tag for Intelligent Packaging[J]. IEEE Sensors Journal, 2016, 16(16): 6147-6148.

[30] QUINTERO A V, CAMARA M, MATTANA G, et al. Capacitive Strain Sensors Inkjet-Printed on PET Fibers for Integration in Industrial Textile[J]. Procedia Engineering, 2015, 120: 279-282.

[31] EMAMIAN S, NARAKATHU B B, CHLAIHAWI A A, et al. Screen Printing of Flexible Piezoelectric Based Device on Polyethylene Terephthalate (PET) and Paper for Touch and Force Sensing Applications[J]. Sensors & Actuators: A Physical, 2017, 263: 639-647.

[32] BARIYA M, SHAHPAR Z, PARK H, et al. Roll-to-Roll Gravure Printed Electrochemical Sensors for Wearable and Medical Devices[J]. ACS Nano, 2018, 12(7): 6978-6987.

[33] 張洋, 褚夫強, 孫加振. 碳材料在柔性印刷電子中的應用進展[J]. 廣東印刷, 2020(5): 35-37.

ZHANG Yang, CHU Fu-qiang, SUN Jia-zhen. Application Progress of Carbon Materials in Flexible Printed Electronics[J]. Guangdong Printing, 2020(5): 35-37.

[34] AMMU S, DUA V, AGNIHOTRA S R, et al. Flexible, All-Organic Chemiresistor for Detecting Chemically Aggressive Vapors[J]. Journal of the American Chemical Society, 2012, 134(10): 4553-4556.

[35] 劉坤林, 劉楊. 基于石墨烯的柔性溫度傳感器制備[J]. 科技風, 2021(2): 87-89.

LIU Kun-lin, LIU Yang. Preparation of Flexible Temperature Sensor Based on Graphene[J]. Technology Wind, 2021(2): 87-89.

[36] SHIN S R, FARZAD R, TAMAYOL A, et al. A Bioactive Carbon Nanotube-Based Ink for Printing 2D and 3D Flexible Electronics[J]. Advanced Materials, 2016, 28(17): 2380-2389.

[37] LAPLATINE L, LUAN En-xiao, CHEUNG K, et al. System-Level Integration of Active Silicon Photonic Biosensors Using Fan-out Wafer-Level-Packaging for Low Cost and Multiplexed Point-of-Care Diagnostic Testing[J]. Sensors and Actuators: B Chemical, 2018, 273: 1610-1617.

[38] HARRAZ F A, ISMAIL A A, FAISAL M, et al. Organic Analytes Sensitivity in Meso-Porous Silicon Electrical Sensor with Front Side and Backside Contacts[J]. Arabian Journal of Chemistry, 2020, 13(1): 444-452.

[39] MOURYA S, KUMAR A, JAISWAL J, et al. Development of Pd-Pt Functionalized High Performance H2Gas Sensor Based on Silicon Carbide Coated Porous Silicon for Extreme Environment Applications[J]. Sensors & Actuators: B Chemical, 2019, 283: 373-383.

[40] HEISING J K, DEKKER M, BARTELS P V, et al. Monitoring the Quality of Perishable Foods: Opportunities for Intelligent Packaging[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2014, 54(5): 645-654.

[41] FUNG F, WANG H S, MENON S. Food Safety in the 21st Century[J]. Biomedical Journal, 2018, 41(2): 88-95.

[42] KHALID W E F W, JAIS N I A. A Mini Review on Sensor and Biosensor for Food Freshness Detection[J]. Malaysian Journal of Analytical Sciences, 2021, 25(1): 153-164.

[43] VARGAS-SANSALVADOR I M, ERENAS M M, MARTíNEZ-OLMOS A, et al. Smartphone Based Meat Freshness Detection[J]. Talanta, 2020, 216: 120985.

[44] HASANAH U, SETYOWATI M, EFENDI R, et al. Preparation and Characterization of a Pectin Membrane-based Optical pH Sensor for Fish Freshness Monitoring[J]. Biosensors, 2019, 9(2): 2-8.

[45] KUSWANDI B, JAYUS, LARASATI T S, et al. Real-Time Monitoring of Shrimp Spoilage Using On-Package Sticker Sensor Based on Natural Dye of Curcumin[J]. Food Analytical Methods, 2012, 5(4): 881-889.

[46] MAFTOONAZAD N, RAMASWAMY H. Design and Testing of an Electrospun Nanofiber Mat as a pH Biosensor and Monitor the pH Associated Quality in Fresh Date Fruit (Rutab)[J]. Polymer Testing, 2019, 75: 76-84.

[47] KIM Y H, YANG Y J, KIM J S, et al. Non-Destructive Monitoring of Apple Ripeness Using an Aldehyde Sensitive Colorimetric Sensor[J]. Food Chemistry, 2018, 267: 149-156.

[48] HAN J H. Innovations in Food Packaging[M]. Amsterdam: Ed Elsevier Academic Press, 2014: 3-12.

[49] 梁剛, 張全剛, 趙杰, 等. 基于絲網印刷碳納米管電極的電化學傳感檢測有機磷農藥[J]. 分析試驗室, 2020, 39(6): 636-639.

LIANG Gang, ZHANG Quan-gang, ZHAO Jie, et al. Commercial Screen-Printed Carbon-Nanotube Electrode-Based Electrochemical Biosensor for the Detection of Organophosphorus Pesticide[J]. Chinese Journal of Analysis Laboratory, 2020, 39(6): 636-639.

[50] 金國斌. 顯竊啟包裝技術的特點及開發[J]. 中國包裝, 1996, 16(2): 63-67.

JIN Guo-bin. Features and Development on Tamper-Evident Packaging Technology[J]. China Packaging, 1996, 16(2): 63-67.

[51] 張天濤, 劉媛. 食品包裝的安全與防傷害設計探析[J]. 包裝工程, 2010, 31(16): 114-116.

ZHANG Tian-tao, LIU Yuan. Analysis of Safety and Injury Prevention Design of Food Packaging[J]. Packaging Engineering, 2010, 31(16): 114-116.

[52] 柯勝海. 基于印刷電子技術的智能顯竊啟包裝材料設計研究[D]. 株洲: 湖南工業大學, 2019: 20-22.

KE Sheng-hai. Design and Research of Intelligent Tamper-Evident Packaging Materials Based on Printing Electronic Technology[D]. Zhuzhou: Hunan University of Technology, 2019: 20-22.

[53] 周廣亮. 電商時代下物流包裝發展的應對措施[J]. 今日印刷, 2019(12): 52-54.

ZHOU Guang-liang. Countermeasures for the Development of Logistics Packaging in the E-Commerce Era[J]. Print Today, 2019(12): 52-54.

[54] HOWARD E L, ?STERHOLM A M, SHEN D E, et al. Cost-Effective, Flexible, and Colorful Dynamic Displays: Removing Underlying Conducting Layers from Polymer-Based Electrochromic Devices[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13(14): 16732-16743.

[55] ANDO B, BAGLIO S. All-Inkjet Printed Strain Sensors[J]. IEEE Sensors Journal, 2013, 13(12): 4874-4879.

[56] SUN Bing, TEHRANI P, ROBINSON N D, et al. Tailoring the Conductivity of PEO-Based Electrolytes for Temperature-Sensitive Printed Electronics[J]. Journal of Materials Science, 2013, 48(17): 5756-5767.

Flexible Sensor Technology and Its Application in Intelligent Packaging

MA Yi-ning, LI Jie

(Key Laboratory of China Light Industry Food Packaging Materials and Technology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China)

With the rapid development of 5G technology, intelligent packaging has attracted many concerns. The work aims to summarize the flexible sensor technology and its application examples in intelligent packaging in recent years so as to provide reference for the research and application of intelligent packaging technology in the future. Through the literature analysis of the research status of flexible sensor technologies such as flexible printing electronic technology, carbon nanotechnology and silicon optoelectronic technology, related applications of flexible sensors in food quality detection, tamper-evident packaging design and e-commerce logistics monitoring were summarized to provide reference and suggestions for further improvement of flexible sensors in intelligent packaging. A large number of studies show that the application of flexible sensors in intelligent packaging is still in its infancy, various technologies are still growing, and it does not have complete commercial feasibility. The flexible sensor broadens the function and application field of intelligent packaging, and can provide good monitoring, recording and guarantee for internal products. It is worthwhile to increase research and development investment and study in-depth.

intelligent packaging; flexible sensor; food quality detection; tamper-evident packaging

TB484

A

1001-3563(2022)07-0225-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.07.029

2021-07-29

天津科技大學青年教師創新基金（2017LG09）

馬藝寧（2000—），女，天津科技大學本科生，主攻智能包裝材料。

李潔（1989—）女，天津科技大學講師，主要研究方向為生物可降解包裝材料。

責任編輯：曾鈺嬋