杜学敏研究员团队用于医药冷链可视化监测的结构色液体时间温度指示器

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5月31日，中国科学院深圳先进技术研究院智能医用材料与器械研究中心杜学敏研究员团队与加州大学河滨分校殷亚东教授团队合作，在国际著名期刊ACS Nano上发表了题为“Self-destructive structural color liquids for time-temperature indicating”的研究论文（自毁型结构色液体用于时间温度指示），报道了一种基于自毁型结构色液体的新型智能时间温度指示器 (Photonic crystal-based Time-Temperature Indicators，P-TTIs)，及其在各类疫苗、离体器官等医药冷链可视化监测方面的应用，相关技术已申请、授权多项发明专利。中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏研究员、加州大学河滨分校殷亚东教授为共同通讯作者，中国科学院深圳先进技术研究院黄超博士为论文第一作者。
　　过去三年，新冠疫情给全球各国造成巨大生命财产损失，而新冠疫苗的出现为全球对抗疫情提供了有力武器。根据联合国疫苗战略，全球至少需要110亿剂疫苗才有望抵抗新冠的肆虐。为确保疫苗安全有效抵达目标人群，疫苗必须在符合严格的温度要求下进行运输、配送和存储，例如，常规疫苗需要在2~8 ℃下储存，而mRNA疫苗需超低温储存（如-20 ℃，-70 ℃等）。然而，由于操作失误或事故，疫苗会不可避免地暴露在高温下，而一旦暴露的温度和时间偏离目前的监管标准，即会导致疫苗迅速变质、功能丧失，甚至会在注射后产生严重副作用。因此，时间温度监测在确保可靠的疫苗供应链方面发挥着至关重要的作用。虽然现有时间温度指示标签在冷链监测中取得系列进展，但因核心材料限制而面临无法适用于超低温、跟踪温度范围窄或易光漂白等关键挑战。

图1：基于自毁型液态光子晶体的新型智能时间温度指示标签，及其用于疫苗和离体器官热暴露历史的可视化监测

　　针对该挑战，杜学敏研究员团队研发了基于自毁型结构色液体的新型智能时间温度指示标签（图1）。该智能标签由两个核心元素构成：触发剂（聚乙二醇或乙二醇水溶液）、指示剂（以甘油为溶剂的液态光子晶体）；冷冻固化的触发剂在热作用下融化并扩散至具高度吸水特性的液态光子晶体中，触发剂中分子与指示剂中甘油分子及胶体颗粒间的相互作用，会不可逆地扰乱液态光子晶体的周期性结构，从而导致液态光子晶体产生肉眼可见的颜色变化，通过智能标签的颜色变化即可实时监测反馈异常温度暴露历史。值得强调的是，这类智能标签呈现出特有的不可逆温度响应、优异的灵敏度、灵活可调的自毁时间（分钟~天）、宽的跟踪温度范围（-70 ℃~ 37 ℃）。基于这些优越性能，智能标签可以广泛用于普通疫苗（2~8 ℃）和mRNA疫苗（-20 ℃，-70 ℃）热暴露历史的可视化监测，而且这类标签还可以设计成二维码，通过手机扫描即可获得离体器官热暴露历史信息。
　　这类基于自毁型结构色液体的新型智能时间温度指示标签，利用液态光子晶体独特的结构色和液态性质，实现高灵敏、宽的跟踪温度范围、和灵活可调的自毁时间，该工作不仅有望促进下一代新型智能标签的研究，而且还有望拓展相关技术到医药、食品等冷链的可视化监测应用中。
　　相关研究获得了苏州大学何乐教授的支持，同时该研究还得到了国家自然科学基金优秀青年基金、国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会、广东省重点项目、深圳市杰青等科技项目资助。
         文章来源：深圳先进院
      杜学敏，博士，研究员。入选广东省特支计划——科技创新青年拔尖人才,深圳市“孔雀计划”海外高层次人才，深圳市高层次专业人才。2012年博士毕业于中国科技大学，并同时获得中国科技大学与香港城市大学博士学位，之后在香港城市大学从事研究工作一年，于2013年加入中国科学院深圳先进技术研究院。自2013年到现在，以第一作者/通讯作者在Advanced Materials等发表国际学术论文20余篇，申请国内发明专利20余项（授权6项），4项PCT。目前，主持参与国自然、科技部、广东省、深圳市等项目10余项。受邀担任Advanced Materials、Advanced Functional Materials等多个国际著名SCI期刊审稿人。主要研究方向为：结合化学合成与微纳制备，探索仿生智能聚合物材料（如光子晶体、形状记忆、自愈合材料、刺激响应水凝胶）在穿戴与植入式材料与器件方面的应用。