Farbwechselndes Material zeigt an, wenn Medikamente zu warm werden

15.06.2023 - USA

Auf einem Fläschchendeckel (links) erscheint dieser Strukturfarbstoff grün, wird aber bei Erwärmung farblos (rechts).

Adapted from ACS Nano 2023, DOI: 10.1021/acsnano.3c00467

Einige Lebensmittel und Medikamente, wie z. B. viele COVID-19-Impfstoffe, müssen kalt gehalten werden. Als Schritt in Richtung einer robusten, stabilen Technik, die anzeigen könnte, wann diese Produkte sichere Grenzwerte überschreiten, berichten Forscher in ACS Nano über eine Klasse brillant gefärbter Mikrokristalle in Materialien, die über einen weiten Bereich von Temperaturen und Reaktionszeiten farblos werden. Zum Nachweis des Konzepts verpackte das Team die farbwechselnden Materialien in einen Fläschchendeckel und einen QR-Code.

Begehbare Gefrierschränke und Kühlfahrzeuge halten in der Regel die eingestellten Temperaturen ein, aber es kann zu Unfällen kommen. Drahtlose Sensoren können die Temperatur einzelner Produkte überwachen, aber diese Geräte produzieren eine Menge Elektronikmüll. Kürzlich haben Forscher vorgeschlagen, Materialien zu verwenden, die als visuelle Indikatoren fungieren, um diese Informationen mit weniger Abfall zu liefern. Doch einige der derzeitigen Optionen, die bunte Reaktionen oder Farbstoffe verwenden, erzeugen Farbtöne, die verblassen können. Oder sie zeigen nur Temperaturen über dem Gefrierpunkt an, was für einige COVID-19-Impfstoffe, die bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt - über -4 oder -94 Grad Fahrenheit - abgebaut werden können, nicht sinnvoll ist. Daher wollten Yadong Yin, Xuemin Du und Kollegen ein besseres farbwechselndes Material mit abstimmbarem Schmelzpunkt entwickeln, um eine große Bandbreite an Temperaturen zu erfassen.

Für ihr Indikatorsystem verwendeten die Forscher Strukturfarben anstelle von Farbstoffen. Das Team stellte mit Glycerin beschichtete Siliziumdioxid-Nanopartikel her, die hellgrün oder rot erschienen, wenn sie sich in Wasser zu Mikrokristallen zusammenballten. Als Nächstes stellten sie Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Schmelzpunkten her, indem sie verschiedene Anteile von Polyethylenglykol oder Ethylenglykol und Wasser mischten. Wenn diese beiden Teile zusammengebracht wurden, konnten sie einen irreversiblen Farbverlust erzeugen, wenn die temperaturausgelöste Lösung schmolz und die Mikrokristalle auseinanderbrachen. Die Materialien konnten so angepasst werden, dass sie Temperaturbelastungen von -94 bis +99 Grad Celsius, die von wenigen Minuten bis zu mehreren Tagen dauerten, verfolgen konnten. In anderen Experimenten wurden die zweiteiligen Indikatorsysteme in flexible runde Fläschchenetiketten und einen QR-Code verpackt. Diese Systeme waren sehr empfindlich und zeigten erfolgreich an, wenn die Materialien zu warm wurden. Die Forscher sagen, dass strukturelle farbwechselnde Materialien vielversprechend für die verschiedenen Szenarien sind, die in medizinischen Kältelieferketten auftreten.

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