安全有效的疫苗是預防傳染病最有力的武器。如過去三年，新冠疫情給全球各國造成巨大生命財產損失，而新冠疫苗的出現為全球對抗疫情提供了有力保障。根據聯合國疫苗戰(zhàn)略，全球至少需要110億劑疫苗才有望抵抗新冠的肆虐。為確保疫苗安全有效抵達目標人群，疫苗必須在符合嚴格的溫度要求下進行運輸、配送和存儲，例如，常規(guī)疫苗需要在2~8 ℃下儲存，而mRNA疫苗需超低溫儲存（如-20 ℃，-70 ℃等）。然而，由于操作失誤或事故，疫苗會不可避免地暴露在高溫下，而一旦暴露的溫度和時間偏離目前的監(jiān)管標準，即會導致疫苗迅速變質、功能喪失，甚至會在注射后產生嚴重副作用。因此，時間溫度監(jiān)測在確？煽康囊呙绻⿷湻矫姘l(fā)揮著至關重要的作用。雖然現有時間溫度指示標簽在冷鏈監(jiān)測中取得系列進展，但因核心材料限制而面臨無法適用于超低溫、跟蹤溫度范圍窄或易光漂白等關鍵挑戰(zhàn)。
針對該挑戰(zhàn)，中國科學院深圳先進技術研究院杜學敏研究員團隊與加州大學河濱分校殷亞東教授團隊合作，構建了一種基于自毀型結構色液體的新型智能時間溫度指示標簽- P-TTIs（Photonic crystal-based Time-Temperature Indicators），該智能標簽通過肉眼可見的顏色變化實時監(jiān)測反饋疫苗、離體器官等對溫度敏感的生物醫(yī)藥熱暴露信息。該工作不僅有望促進下一代新型智能標簽的研究，而且還有望拓展相關技術到醫(yī)藥、食品等冷鏈的可視化監(jiān)測應用中，相關技術已申請、授權多項發(fā)明專利。
論文上線截圖
該智能標簽（P-TTIs）由兩個核心元素構成：觸發(fā)劑（聚乙二醇或乙二醇水溶液）、指示劑（以甘油為溶劑的液態(tài)光子晶體，SCLs）；研究發(fā)現，調整指示劑中膠體顆粒尺寸、濃度及組裝時環(huán)境濕度，即可獲得鮮艷結構色，且在室溫下穩(wěn)定維持6個月。
圖1. 自毀型結構色液體（SCLs）設計。
通過研究P-TTIs變色機理發(fā)現，冷凍固化的觸發(fā)劑在熱作用下融化并擴散至具高度吸水特性的液態(tài)光子晶體中，觸發(fā)劑中分子與指示劑中甘油分子及膠體顆粒間的相互作用，會不可逆地擾亂液態(tài)光子晶體的周期性結構，從而導致液態(tài)光子晶體產生肉眼可見的顏色變化，通過智能標簽的顏色變化即可實時監(jiān)測反饋異常溫度暴露歷史。值得強調的是，這類智能標簽呈現出特有的不可逆溫度響應、優(yōu)異的靈敏度、靈活可調的自毀時間（分鐘~天）、寬的跟蹤溫度范圍（-70 ℃~ 37 ℃）。
圖2. SCLs自毀機理。
基于SCLs優(yōu)越的性能，可將其制備成智能標簽，這類標簽可以廣泛用于普通疫苗（2~8 ℃）和mRNA疫苗（-20 ℃，-70 ℃）熱暴露歷史的可視化監(jiān)測，而且這類標簽還可以設計成二維碼，通過手機掃描即可獲得離體器官熱暴露歷史信息。
圖3. P-TTIs用于疫苗、離體器官等冷鏈可視化監(jiān)測。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c00467
通訊作者簡介
杜學敏，博士，中國科學院深圳先進技術研究院智能醫(yī)用材料與器械研究中心主任、研究員，國家自然科學基金優(yōu)秀青年基金獲得者；入選中國科學院青年創(chuàng)新促進會會員、廣東省“特支計劃”科技創(chuàng)新青年拔尖人才、深圳市杰青；被遴選為國際仿生工程學會青年委員、中國微米納米技術學會微納執(zhí)行器與微系統分會理事、中國復合材料學會智能復合材料專業(yè)委員會委員；擔任Research期刊Associate Editor，The Innovation等期刊青年編委。近年來，以負責人身份主持國家自然科學基金優(yōu)秀青年基金、國家重點研發(fā)計劃“變革性技術關鍵科學問題”課題、基金委國際合作、廣東省重點、深圳市杰青等項目多項，相關成果以第一及通訊作者（含共同）發(fā)表于Science Advances、Matter、Advanced Materials、ACS Nano、Advanced Functional Materials、National Science Review等期刊，已獲授權專利20余項。主要從事智能高分子材料、生物界面、穿戴/植入生物器件（如組織工程支架、生物電子、柔性傳感與驅動器）研究。
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