Многие вещества, будь то продукты питания или медицинские препараты, являются чрезвычайно чувствительными к колебаниям температуры и нагреванию, потому их важно хранить и перевозить в условиях низких температур. Разнообразные меры по сохранению температурного режима на протяжении всего цикла от производства до потребления продукта являются частью холодовой цепи, нарушение которой может привести к порче продукции. Учёные из Калифорнийского университета в Риверсайде и Китайской академии наук разработали новый метод отслеживания соблюдения норм хранения и перевозки продуктов питания и препаратов, нуждающихся в специальном температурном режиме.
Огромное множество продукции нуждается в хранении при низких температурах, однако для некоторых веществ вроде медицинских иммунобиологических препаратов (вакцин, сывороток и пр.) соблюдение норм холодной цепи является настолько важным, что даже незначительные колебания в пределах диапазона отрицательных температур могут привести к разрушению действующих веществ. Профессор Ядун Инь из Калифорнийского университета в Риверсайде и доцент Сюэминь Ду из Китайской академии наук создали довольно простую и недорогую технологию, которая оперативно уведомит людей о нарушении температурного режима.
Сегодня для отслеживания холодовой цепи и её нарушений используются электронные ярлыки и изменяющие цвет пигменты, однако оба варианта имеют существенные недостатки. Электронный ярлык очень точно фиксирует любые колебания температуры, однако стоимость подобных устройств может кусаться, когда речь идёт о промышленных масштабах перевозок продукции. К тому же они имеют ограниченный ресурс эксплуатации и рано или поздно становятся частью и без того многочисленных электронных отходов. Тем временем пигменты, как правило, не отличаются точностью и уведомляют только о повышении температуры свыше 0 ºC. К тому же со временем они выцветают, отчего их информативность падает ещё сильнее.
В поисках более точных, недорогих и экологичных альтернатив исследователи пришли к созданию особой смеси из покрытых глицерином наночастиц кремнезёма (диоксида кремния), воды и этиленгликоля или полиэтиленгликоля. При контакте с водно-гликолевым раствором наночастицы сгруппировываются в микрокристаллы, которые сохраняют кристаллическую решётку при заморозке. Из-за особенностей структуры кристаллов они отражают свет, приобретая сверкающий зелёный или красный цвет (в зависимости от состава смеси). Меняя соотношение воды и гликоля, оператор может регулировать температуру замерзания и таяния смеси. Когда состав тает, структура микрокристаллов нарушается, и они теряют цвет. При повторной заморозке наночастицы не формируют новых микрокристаллов. Таким образом, если ярлык со смесью остался зелёным или красным, значит продукция хранилась и перевозилась с соблюдением норм холодовой цепи, а температура постоянно оставалась ниже заданного составом порога таяния.
В лабораторных тестах учёные установили пределы таяния смеси в диапазоне от -70 ºC до +37 °C. По словам исследователей, форма вещества позволяет использовать его в миниатюрных и пластичных ярлыках и даже в формате QR-кодов, которые не занимают много места, но остаются достаточно чувствительными и информативными для отслеживания соблюдения норм холодовой цепи.
Источник изображений: Self-Destructive Structural Color Liquids for Time–Temperature Indicating / Chao Huang, Yuanyuan Shang, Jiachuan Hua, Yadong Yin, Xuemin Du