一种时间 - 温度变色指示器及其应用和使用方法 技术领域 本发明涉及一种时间 - 温度变色指示器， 特别是基于聚丁二炔的时间 - 温度变色 指示器， 属于监测食品、 疫苗等运输的技术领域。
背景技术 食品和其他易腐产品 ( 如新鲜的食品产品、 疫苗、 某些药品等 ) 的品质高度依赖于 贮存条件和运输条件， 如从生产或包装直到它最后到达最终消费者这段期间内的温度和储 存时间等条件， 随着温度的升高和时间的变长， 由于生物化学反应速度的增加， 使得恶化过 程加快 ； 因此， 这些产品运输过程中需在不超过特定温度限制的条件下进行贮存， 或者贮存 时间起码不能超出预定的时间间隔。
当前， 一般只用日期标记来保证贮存的品质， 而仅仅使用日期标记， 其实无法向消 费者或其他人提供关于该产品已经在其中暴露的贮存条件的信息。例如， 某食品标定为保 存温度为 4℃， 货架期为 7 天， 若食品保存在高于 4℃条件下， 将会导致食品在货架期未到之
前就腐败变质了 ； 反之， 如果存放温度为 0℃， 那这类食品储存的时间就会长于 7 天， 若仍按 其预定的货架期， 超过 7 天就认为它已变质而被丢弃， 势必会导致优质食品的浪费。由此可 见， 仅用来标明食品使用期限， 很难保证食品品质或造成浪费。因此， 在如从工厂到消费者 的易腐产品配送链中， 对贮存和运输易腐产品时间和温度的监测则具有重要的意义。
目前， 一般使用时间 - 温度指示器来监测各项产品的真实的货架寿命， 时间温度 指示器 (TTI) 定义为一种简便的装置， 可呈现易于测量且与时间及温度相关的变化， 这种 变化能够反映出粘附产品的全部或部分温度历史。
EP505449B1 公开了一个部分过程时间 - 温度指示器， 其中包括一种可熔性材料， 例如聚己酸内酯三醇、 聚乙烯二醇 C1-4 烷基醚以及聚乙烯醇， 当超出一个给定的阈值温度 时， 它们处于流动状态， 而当暴露于低于同一温度的温度时， 它们重新凝固。可熔性材料在 一块基板上流动， 并且当可熔性材料在其中流动时， 一个指示器系统就在基板上产生一种 能用物理方法检测到的变化。
目前国内关于时间 - 温度指示器的相关报道较少， 而从工厂到消费者的易腐产品 配送链中， 对贮存和运输易腐产品时间和温度的监测则具有重要的意义， 因此需要更多的 研究。 发明内容
本发明提供了一种适于 0 ～ 50℃温度范围内的时间 - 温度变色指示器 (TTI)， 用 于监测疫苗、 生物药品等易腐坏物品储存和运输过程中的温度变化和 / 或时间变化， 本发 明的 TTI 使用方便、 简单有效。
本发明的技术方案 ：
本发明提供了一种时间 - 温度指示器， 它包括 PDA( 聚丁二炔 ) 囊泡和两亲性聚合 物水溶液， 其中， PDA 囊泡是由丁二炔类物质 ( 式 I 所示 ) 自组装后聚合形成， PDA 囊泡如式II 所示 ：
m 为 5 ～ 500， n 为 5 ～ 500 ； 优选 m 为 10 ～ 20， n 为 3 ～ 10 ；
式中， R 为亲水基团， 所述亲水基团含有 -COOH， -NH2 或 -OH ； R’ 为疏水基团， 所述 疏水基团含有 ：
-CH2，x ＝ 1 ～ 10，其 中， 上 述 两 亲 性 聚 合 物 水 溶 液 选 自 伯 洛 莎 姆， Tween-20、 Tween-80、 OP-10、 PCL-PEG 或 PVP。
优选的， 上述两亲性聚合物水溶液的浓度为 0.001 ～ 50wt％。
其中， 上述丁二炔类物质为 10， 12- 二十三烷基二炔酸 (PCDA)、 2， 4- 二十一烷基二 炔酸 (HCDA)、 2， 4- 十五烷基二炔酸 (PDDA) 或 2， 4- 二十三烷基二炔酸 (TCDA)。
本发明还指出了上述时间 - 温度变色指示器在监测 0 ～ 50℃温度范围内的温度变 化和 / 或时间变化的应用。
本发明的时间 - 温度指示器可用于监测易腐坏物品运输过程中的温度和 / 或时间 变化， 优选用于监测疫苗、 生物药品运输过程中的温度和 / 或时间变化 ； 也可用于监测环境 温度变化和 / 或时间变化。
优选的， 用于监测 50℃下保存不超过 5min 的物品的时间 - 温度指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 2wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 10wt％的 F68 共混物、 PDA 囊泡与浓 度为 5wt％的 L35 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 0.5wt％的 Tween-20 共混物中的至少一种 ； 或
用于监测 50℃下保存不超过 10min 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓 度为 0.5wt％的 F127 共混物 ； 或
用于监测 40℃下保存不超过 1h 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 0.5wt％的 F127 共混物 ； 或
用于监测 40℃下保存不超过 30min 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓 度为 2wt％的 F127 共混物 ； 或
用于监测 40℃下保存不超过 5min 的物品的时间 - 温度指示器选自 ： PDA 囊泡与 浓度为 10wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 15wt％的 F68 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 10wt％的 L35 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 5wt％的 Tween-20 共混物中的至少一种 ； 或
用于监测 30℃下保存不超过 4h 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 5wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 5wt％的 Tween-20 共混物中的至少一种 ； 或
用于监测 30℃下保存不超过 2h 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 15wt％的 Tween-20 共混物 ； 或
用于监测 86° F 下保存不超过 1h 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓度 为 10wt％的 Tween-20 共混物 ； 或
用于监测 30℃下保存不超过 30min 的物品的时间 - 温度指示器选自 ： PDA 囊泡与 浓度为 10wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 20wt％的 Tween-20 共混物中的至少一种 ； 或
用于监测 30℃下保存不超过 5min 的物品的时间 - 温度指示器选自 ： PDA 囊泡与 浓度为 30wt％的 F68 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 40wt％的 L35 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 30wt％的 Tween-20 共混物中的至少一种 ； 或
用于监测 20℃下保存不超过 48h 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓度 为 15wt％的 Tween-20 共混物 ； 或
用于监测 20℃下保存不超过 24h 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓度 为 20wt％的 Tween-20 共混物 ； 或
用于监测 20℃下保存不超过 4h 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 15wt％的 F127 共混物 ； 或
用于监测 20℃下保存不超过 2h 的物品的时间 - 温度指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度 为 20wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 30wt％的 Tween-20 共混物中的至少一种 ； 或
用于监测 20℃下保存不超过 30min 的物品的时间 - 温度指示器选自 ： PDA 囊泡与 浓度为 40wt％的 F68 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 40wt％的 Tween-20 共混物中的至少一种 ； 或
用于监测 20℃下保存不超过 5min 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓度 为 50wt％的 Tween-20 共混物 ； 或
用于监测 10℃下保存不超过 4h 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 40wt％的 Tween-20 共混物 ； 或
用于监测 10℃下保存不超过 30min 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓 度为 50wt％的 Tween-20 共混物。
优选的， 采用本发明的时间温度指示器监测一定时间内的温度变化， 具体为 ：a、 b、 c、 d 四种时间 - 温度指示器与物品放置在一起监测 5min 内物品的温度变化，其中 ： a 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 2wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 10wt％ 的 F68 共 混 物、 PDA 囊 泡 与 浓 度 为 5wt ％ 的 L35 共 混 物、 PDA 囊 泡 与 浓 度 为 0.5wt ％ 的 Tween-20 共混物中的至少一种 ；
b 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 10wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 15wt％ 的 F68 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 10wt％的 L35 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 5wt％的 Tween-20 共混物中的至少一种 ；
c 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 30wt％的 F68 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 40wt％ 的 L35 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 30wt％的 Tween-20 共混物中的至少一种 ；
d 指示器为 PDA 囊泡与浓度为 50wt％的 Tween-20 共混物 ； 或
e、 f 两种时间 - 温度指示器与物品放置在一起监测 10min 内物品的温度变化， 其 中：
e 指示器为 PDA 囊泡与浓度为 0.5wt％的 F127 共混物 ；
f 指示器为 PDA 囊泡与浓度为 10wt％的 Tween-20 共混物 ； 或
g、 h、 i、 j 四种时间 - 温度指示器与物品放置在一起监测 30min 内物品的温度变 化， 其中 ：
g 指示器为 PDA 囊泡与浓度为 2wt％的 F127 共混物 ；
h 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 10wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 20wt％ 的 Tween-20 共混物中的至少一种 ；
i 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 40wt％的 F68 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 40wt％ 的 Tween-20 共混物中的至少一种 ；
j 指示器为 PDA 囊泡与浓度为 50wt％的 Tween-20 共混物 ； 或
k、 l、 m 三种时间 - 温度指示器与物品放置在一起监测 4h 内物品的温度变化， 其 中：
k 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 5wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 5wt％ 的 Tween-20 共混物中的至少一种 ；
l 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 15wt％的 F127 共混物 ；
m 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 40wt％的 Tween-20 共混物 ； 或
n、 o 两种时间 - 温度指示器与物品放置在一起监测 2h 内物品的温度变化， 其中 ：
n 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 15wt％的 Tween-20 共混物 ；
o 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 20wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 30wt％ 的 Tween-20 共混物中的至少一种。
优选的， 采用本发明的时间温度指示器监测一定温度范围内的时间变化， 具体 为：
A、 B 两种时间 - 温度指示器与物品放置在一起监测 50℃内物品的时间变化历史， 其中 ：
A 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 2wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 10wt％ 的 F68 共 混 物、 PDA 囊 泡 与 浓 度 为 5wt ％ 的 L35 共 混 物、 PDA 囊 泡 与 浓 度 为 0.5wt ％ 的
Tween-20 共混物中的至少一种 ；
B 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 0.5wt％的 F127 共混物 ； 或
C、 D、 E 三种时间 - 温度指示器与物品放置在一起监测 40℃内物品的时间变化， 其 中：
C 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 0.5wt％的 F127 共混物 ；
D 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 2wt％的 F127 共混物 ；
E 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 10wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 15wt％ 的 F68 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 10wt％的 L35 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 5wt％的 Tween-20 共混物中的至少一种 ； 或
F、 G、 H、 I、 J 五种时间 - 温度指示器与物品放置在一起监测 30℃内物品的时间变 化， 其中 ：
F 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 5wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 5wt％ 的 Tween-20 共混物中的至少一种 ；
G 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 15wt％的 Tween-20 共混物 ；
H 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 10wt％的 Tween-20 共混物 ； I 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 10wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 20wt％ 的 Tween-20 共混物中的至少一种 ；
J 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 30wt％的 F68 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 40wt％ 的 L35 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 30wt％的 Tween-20 共混物中的至少一种 ； 或
K、 L、 M、 N、 O、 P 六种时间 - 温度指示器与物品放置在一起监测 20℃内物品的时间 变化， 其中 ：
K 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 15wt％的 Tween-20 共混物 ；
L 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 20wt％的 Tween-20 共混物 ；
M 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 15wt％的 F127 共混物 ；
N 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 20wt％的 F127 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 30wt％ 的 Tween-20 共混物中的至少一种 ；
O 指示器选自 ： PDA 囊泡与浓度为 40wt％的 F68 共混物、 PDA 囊泡与浓度为 40wt％ 的 Tween-20 共混物中的至少一种 ；
P 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 50wt％的 Tween-20 共混物 ； 或
Q、 R 两种时间 - 温度指示器与物品放置在一起监测 10 ℃内物品的时间变化， 其 中：
Q 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 40wt％的 Tween-20 共混物 ；
R 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 50wt％的 Tween-20 共混物。
本发明还提供了上述时间 - 温度变色指示器的使用方法， 具体步骤为 ：
(1) 分别配置所需浓度的两亲性聚合物水溶液和 PDA 囊泡备用 ；
(2) 将配置好的两亲性聚合物水溶液与 PDA 囊泡共混， 共混物与物品放置在一起 ；
(3) 上述步骤 2 中的混合物颜色变化指示环境温度变化和 / 或时间变化 ； 或指示 被监测物品超过适宜保存的温度和 / 或时间。
本发明的有益效果 ：
采用本发明时间 - 温度指示器， 可用于监测疫苗、 生物药品、 生物试剂盒等易于温 度腐坏的物质的时间温度变化 ； 也可用于监测环境的时间和 / 或温度变化。本发明的 TTI 方便快捷， 无需破坏原有的食品包装， 是一种具有实际应用前景的监测器。 附图说明 图1： PDA 囊泡和两亲性聚合物的时间 - 温度变色指示器的制备示意图。
图2： 不同温度下 PDA/ 不同浓度 F127 放置不同时间后指示器的颜色变化图。
图3： 定量测定 PDA/F127 指示器的变色程度 (CR)。为了定量确定颜色从蓝到红的 变化程度， 可用以下公式定量计算 CR ： CR(％ ) ＝ [(PB0-PB1)/PB0]×100 ； 具体是将 0.15mL 样品加入到 96 孔板中， 用分光光度计 (M5， Molecular Corporation) 快速测试在 640nm 和 550nm 的光吸收值。
其中 PB ＝ Ablue/(Ablue+Ared).
A 是在蓝色 (640nm) 或红色 (550nm) 组分的吸收值 ；
PB0 是在 0 度下纯 PDA 液的蓝色比例， 作为对照 ；
PB1 是样品遭遇不同温度和不同时间后的蓝色比例。
图4： 不同温度下 PDA/F68(a) 和 PDA/L35(b) 放置不同时间后指示器的颜色变化图。 图5： 不同温度下 PDA/Tween-20 放置不同时间后指示器的颜色变化图。
上述图 2、 图 4、 图 5 的制作 ： 选定具体的两亲性聚合物， 配置 PDA/ 不同浓度的两亲 性聚合物水溶液共混物， 于不同温度、 不同的时间点， 用数码相机拍下 PDA/ 不同浓度的两 亲性聚合物水溶液共混物的颜色， 制作标准色版。
如图 1 所示， 通过紫外幅照自组装的无色 PCDA 囊泡后， PDA 形成， 由于疏水作用， 两亲性聚合物的疏水链段逐渐的插入到 PDA 囊泡中， 加上温度的协同效果， 共同导致 PDA 的 构象改变， 从而发生颜色变化 ； 这种变化依赖于温度、 时间和两亲性聚合物的性质。
如图 2 所示 ：
在 0℃、 10℃下， PDA/F127 指示器随着 F127 浓度的变化 (0.1-20wt％ ) 分别经过 3 天和 24h 均未发生肉眼可见的从蓝到红的颜色变化 ；
在 20℃时， 当 F127 浓度为 20wt％时， 经过 2h 指示器开始由蓝色转红， 随着时间的 延长颜色由棕红变为深红 ( 如 24h 颜色已完全成为红色 ) ； 当 F127 浓度为 15wt％时， 经过 4h 指示器开始由蓝色转红， 随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ； 当 F127 浓度小于 15wt％ 时， 经过 24h 也未变色 ；
在 30℃时， 当 F127 浓度为 10wt％、 15wt％、 20wt％时， 经过 30min 指示器开始由蓝 色转红， 随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如 2h 后颜色已完全成为红色 ) ； 当 F127 浓 度为 5wt％时， 经过 4h 指示器开始由蓝色转红， 随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如 24h 后颜色已完全成为红色 ) ； 当 F127 浓度小于 5wt％时， 经过 48h 也未变色 ；
在 40 ℃时， 当 F127 浓度为 10、 15、 20wt ％时， 经过 5min 指示器开始由蓝色转红， 随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如 30min 后颜色已完全成为红色 ) ； 当 F127 浓度 为 2wt％时， 经过 30min 指示器开始由蓝色转红， 随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如 1h 后颜色已完全成为红色 ) ； 当 F127 浓度为 0.5wt％时， 经过 1h 指示器开始由蓝色转红，
随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如 8h 后颜色已完全成为红色 ) ； 当 F127 浓度小于 0.5wt％时， 经过 48h 也未变色 ；
在 50℃时， 当 F127 浓度为 20、 15、 10、 5、 2wt％时， 经过 5min 指示器开始由蓝色转 红， 随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如 10min 后颜色已完全成为红色 ) ； 当 F127 浓度 为 1、 0.5wt％时， 经过 10min 指示器开始由蓝色转红， 随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如 15min 后颜色已完全成为红色 ) ； 当 F127 浓度为 0.2、 0.1wt％时， 经过 15min 指示器开 始由蓝色转红， 随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如 24h 后颜色已完全成为红色 ) ； 当 F127 浓度小于 0.1wt％时， 经过 48h 也未变色。我们可以看到， F127 的浓度越高， 颜色转变 温度越低， 颜色转变速度越快 ； 同时， 温度越高， 颜色转变越快。
如图 3 所示 ： 定量分析了 PDA/F127 的颜色转变， 当 F127 的浓度保持在 20％， CR 随 着时间的增长和温度的增加而增加 ( 图 3a) ； 当反应时间保持为 2 小时， CR 随着温度和 F127 的浓度增加而增加 ( 图 3b) ； 当温度保持在 30℃， CR 随时间和 F127 的浓度增加而增加 ( 图 3c)。以上的结果提示 PDA/F127 可能成为一种潜在的有意义的时间 - 温度变色指示器。
如图 4(a) 所示 ：
在 0℃、 10℃下， PDA/F68 指示器随着 F68 浓度的变化 (0.1-40wt％ ) 经过 3 天也 未发生肉眼可见的从蓝到红的颜色变化 ；
在 20℃时， 当 F68 浓度为 40wt％时， 经过 30min 指示器开始由蓝色转红， 随着时间 的延长颜色由棕红变为深红 ( 当历时 48h 仍为棕红 ) ； 当 F68 浓度小于 40wt％时， 经过 48h 也未变色 ；
在 30℃时， 当 F68 浓度为 40、 30wt％时， 经过 5min 指示器开始由蓝色转红， 随着时 间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如 2h 后颜色已完全成为红色 ) ； 当 F68 浓度小于 30wt％ 时， 经过 48h 也未变色 ；
在 40℃时， 当 F68 浓度为 40、 30、 25、 20、 15wt％时， 经过 5min 指示器开始由蓝色转 红， 随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如浓度大于 15％时 5min 后颜色已完全成为红 色)； 当 F68 浓度小于 15wt％时， 经过 48h 也未变色 ；
在 50℃时， 当 F68 浓度为 40、 30、 25、 20、 15、 10wt％时， 经过 5min 指示器开始由蓝 色转红， 随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如浓度大于 10％时 5min 后颜色已完全成为 红色 ) ； 当 F68 浓度小于 10wt％时， 经过 48h 也未变色。
如图 4(b) 所示 ：
在 0℃、 10、 20℃下， PDA/L35 指示器随着 L35 浓度的变化 (0.1-40wt％ ) 分别经过 3 天、 3 天、 48h 也未发生肉眼可见的从蓝到红的颜色变化 ；
在 30℃时， 当 L35 浓度为 40wt％时， 经过 5min 指示器开始由蓝色转红， 随着时间 的延长颜色由棕红变为深红 ( 经过 48h 仍为棕红色 ) ； 当 L35 浓度小于 40wt％时， 经过 48h 也未变色 ；
在 40℃时， 当 F68 浓度为 40、 30、 25、 20、 15、 10wt％时， 经过 5min 指示器开始由蓝 色转红， 随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如浓度大于 25％时 5min 后颜色已完全成为 红色 ) ； 当 L35 浓度小于 10wt％时， 经过 48h 也未变色 ；
在 50℃时， 当 F68 浓度为 40、 30、 25、 20、 15、 10、 5wt％时， 经过 5min 指示器开始由 蓝色转红， 随着时间的延长颜色由棕红变为深红 ( 如浓度大于 5％时 5min 后颜色已完全成为红色 ) ； 当 L35 浓度小于 5wt％时， 经过 48h 也未变色 ；
由图 4 我们可以看到， F68 和 L35 对 PDA 囊泡的颜色影响显示 PDA/F68 和 PDA/ L35 都能够发生可见的温度、 聚合物浓度依赖的颜色变化， 聚合物浓度越高， 颜色转变温度 越低 ； 从 PDA/F127 到 PDA/F68 到 PDA/L35， 颜色转变的时间依赖性逐步减弱， 这可能因为 PEG-PPG-PEG 插入到 PDA 中与分子量有关， 分子量越大， 插入到 PDA 中的速度越慢， 从而 PDA 的颜色变化也越慢。
如图 5 所示 ：
在 0℃下， 当 Tween-20 浓度为 50wt％时， PDA/Tween-20 指示器经过 48h 颜色由蓝 色开始转红 ；
在 10℃时， 当 Tween-20 浓度为 40wt％时， 指示器经过 4h 颜色由蓝色开始转红 ； 当 Tween-20 浓度为 50wt％时， 指示器经过 30min 颜色由蓝色开始转红 (48h 时仍为棕红 ) ； 当 Tween-20 浓度小于 40wt％时， 经过 48h 也未变色 ；
在 20℃时， 当 Tween-20 浓度为 50wt％时， 指示器经过 5min 颜色由蓝色开始转红 (20min 时变为深红 ) ； 当 Tween-20 浓度为 40wt ％时， 指示器经过 30min 颜色由蓝色开始 转红 (2h 时变为深红 ) ； 当 Tween-20 浓度为 30wt％时， 指示器经过 2h 颜色由蓝色开始转 红 (48h 时变为深红 ) ； 当 Tween-20 浓度为 20wt％时， 指示器经过 24h 颜色由蓝色开始转 红 (48h 时仍为棕红 ) ； 当 Tween-20 浓度为 15wt％时， 指示器经过 48h 颜色由蓝色开始转红 (48h 时仍为棕红 ) ； 当 Tween-20 浓度小于 15wt％时， 经过 48h 也未变色 ；
在 30℃时， 当 Tween-20 浓度为 50、 40、 30wt％时， 指示器经过 5min 颜色由蓝色开 始转红 (5min 时变为深红 ) ； 当 Tween-20 浓度为 20wt％时， 指示器经过 30min 颜色由蓝色 开始转红 (1h 时变为深红 ) ； 当 Tween-20 浓度为 15wt％时， 指示器经过 1h 颜色由蓝色开始 转红 (2h 时变为深红 ) ； 当 Tween-20 浓度为 10wt％时， 指示器经过 2h 颜色由蓝色开始转红 (8h 时变为深红 ) ； 当 Tween-20 浓度为 5wt％时， 指示器经过 4h 颜色由蓝色开始转红 (48h 时仍为棕红 ) ； 当 Tween-20 浓度小于 5wt％时， 经过 48h 也未变色 ；
在 40℃时， 当 Tween-20 浓度为 50、 40、 30、 20、 15、 10、 5wt％时， 指示器经过 5min 颜 色由蓝色开始转红 (10min 时变为深红 ) ； 当 Tween-20 浓度为 5、 1wt％时， 指示器经过 2h 颜 色由蓝色开始转红 (48h 后仍为深红 ) ； 当 Tween-20 浓度小于 1wt％时， 经过 48h 也未变色 ；
在 50℃时， 当 Tween-20 浓度为 0.5wt％时， 指示器经过 5min 颜色由蓝色开始转红 ( 浓度大于 1％时， 5min 时变为深红 ) ； 当 Tween-20 浓度小于 0.5wt％时， 经过 48h 也未变 色；
由 图 5 我 们 可 以 看 到， PDA/Tween-20 的 颜 色 变 化 也 明 显 依 赖 于 温 度、 时间和 Tween-20 的浓度 ； 尽管 Tween-20 的分子量是 1226， 低于 L35 的 1900， 但在 10 ～ 30 ℃时， PDA/Tween-20 的颜色变化表现出明显的时间依赖性 ； 这就提示两亲性聚合物的分子结构 也对 PDA/ 两亲性聚合物水性基质的颜色有重要的影响。 具体实施方式
本发明提供了一种时间 - 温度变色指示器， 它包括聚丁二炔 (PDA) 囊泡和两亲性 聚合物水溶液， 其中， PDA 囊泡是由丁二炔类物质自组装后聚合形成。
其 中， 上 述 两 亲 性 聚 合 物 选 自 伯 洛 莎 姆， 聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯(Tween-20)， Tween-80， 烷基酚聚氧乙烯醚 (OP-10)， 聚己内酯 - 乙二醇 (PCL-PEG) 或聚乙 烯吡咯烷酮 (PVP) 中的一种 ； 其中， 泊洛沙姆为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物。
其中， 上述丁二炔类物质为 10， 12- 二十三烷基二炔酸 (PCDA)、 2， 4- 二十一烷基二 炔酸 (HCDA)、 2， 4- 十五烷基二炔酸 (PDDA) 或 2， 4- 二十三烷基二炔酸 (TCDA)。
优选的， 本发明的 PDA 囊泡的平均粒度为 80 ～ 300nm， 该范围的 PDA 囊泡方便制 备。
本发明 PDA 囊泡浓度对 PDA/ 两亲性聚合物水溶液时间 - 温度指示器监测物品时 颜色变化影响不大， 通常 PDA 的浓度在 0.05mg/mL-10mg/mL 内即可 ； 该 TTI 主要随着两亲性 聚合物水溶液的浓度的变化， 其颜色对时间 - 温度产生响应， 适于 0 ～ 50℃温度范围内 TTI 的两亲性聚合物的浓度优选范围为 0.001 ～ 50wt％ ( 重量百分比 )。
本发明还指出了上述时间 - 温度变色指示器用于监测 0 ～ 50℃温度范围内的温度 变化和 / 或时间变化。
本发明的时间 - 温度指示器可用于监测易腐坏物品运输过程中的温度和 / 或时间 变化， 优选用于监测疫苗、 生物药品运输过程中的温度和 / 或时间变化。也可用于监测环境 温度变化和 / 或时间变化， 如科研中用于监测实验过程中的温度变化和时间变化情况等。 本发明时间 - 温度指示器用于指示环境温度变化和 / 或时间变化或指示被监测物 品超过适宜保存条件， 具体为 ： 如某一实验需控制在 10℃下反应 30min， 那么可将 PDA 囊泡 与浓度为 50wt％的 Tween-20 共混物放置在该反应环境中 (20℃时 5min 时即会变色 )， 一 旦发现该指示器变色， 则表明该反应环境处于 20℃超过了 5min。又例如 ： 某物品如疫苗要 在 20℃下保存 24h， 那么可将 PDA 囊泡与浓度为 20wt％的 Tween-20 共混物 (20℃时 24h 时 即会变色 )、 PDA 囊泡与浓度为 40wt％的 L35 共混物 (30℃时 5min 时即会变色 )、 PDA 囊泡 与浓度为 15wt％的 Tween-20 共混物 (30℃时 1h 时即会变色 )、 PDA 囊泡与浓度为 15wt％ 的 F68 共混物 (40℃时 5min 时即会变色 ) 四种指示器与疫苗放置在一起， 根据指示器的变 色状况， 可判断疫苗储存过程中经历过哪些温度时间历史， 如若 PDA 囊泡与浓度为 15wt％ 的 F68 共混物指示器变色， 则表明储存中经历过 40℃且该温度超过了 5min， 那么这样就可 以选择性的确定疫苗是否可以继续使用还是已经失效。
又比如， 存储或运输过程中发生意外， 如某时温度突然升高， 指示器中会在有某个 设定超过该温度发生颜色变化的监测物颜色变红， 说明该待检测物已经出现异常， 不宜使 用。 如果存储时间过长， 超过了设定的保质期， 则监测器中也会有某时间颜色变化的历史记 录， 因为这种颜色变化是不可逆的。
本发明还提供了上述时间 - 温度变色指示器的使用方法， 具体步骤为 ：
(1) 分别配置所需浓度的两亲性聚合物水溶液和 PDA 囊泡备用 ；
(2) 将配置好的两亲性聚合物水溶液与 PDA 囊泡共混， 共混物与物品放置在一起 ；
(3) 上述步骤 2 中的混合物颜色变化指示环境温度变化和 / 或时间变化 ； 或指示 被监测物品超过适宜保存的温度和 / 或时间。
上述使用方法中的步骤 1 可根据表 1- 表 4 选用两亲性聚合物水溶液的浓度 ：
表 1 50℃下 PDA/ 两亲性聚合物体系变色时两亲性聚合物的浓度 (wt％ )
注： 表 1 变色是指 PDA/ 两亲性聚合物水溶液体系由可见的蓝色变为红色， 下表同； 表 1 中第二行中的 “/” 代表 ： 当浓度小于 0.5wt％时， 50℃下 PDA 囊泡 /F127 混合 物经过 1h、 3h 均没有变色 ； 第三行中的 “/” 代表 ： 当浓度小于 10wt％时， 50℃下 PDA 囊泡 / F68 混合物经过 10min、 1h、 3h 均没有变色 ； 第四行中的 “/” 的代表 ： 当浓度小于 5wt％时， 50℃下 PDA 囊泡 /L35 混合物经过 10min、 1h、 3h 均没有变色 ； 第五行中的 “/” 的代表 ： 当浓 度小于 0.5wt％时， 50℃下 PDA 囊泡 /Tween-20 混合物经过 10min、 1h、 3h 均没有变色。
表 2 40℃下 PDA/ 两亲性聚合物体系变色时两亲性聚合物的浓度 (wt％ )
注： 表 2 中第二行中的 “/” 代表 ： 当浓度小于 0.5wt％时， 40℃下 PDA 囊泡 /F127 混合物经过 2h 没有变色 ； 第三行中的 “/” 代表 ： 当浓度小于 15wt％时， 40℃下 PDA 囊泡 /F68 混合物经过 30min、 1h、 2h 均没有变色 ； 第四行中的 “/” 的代表 ： 当浓度小于 10wt％时， 40℃下 PDA 囊泡 /L35 混合物经过 30min、 1h、 2h 均没有变色 ； 第五行中的 “/” 的代表 ： 当浓 度小于 5wt％时， 40℃下 PDA 囊泡 /Tween-20 混合物经过 30min、 1h、 2h 均没有变色。
表 3 30℃下 PDA/ 两亲性聚合物体系变色时两亲性聚合物的浓度 (wt％ )
注： 表 3 中第二行中的 “/” 代表 ： 当浓度小于 10wt％时， 30℃下 PDA 囊泡 /F127 混 合物经过 1h、 2h 均没有变色 ； 第三行中的 “/” 代表 ： 当浓度小于 30wt％时， 30℃下 PDA 囊泡 /F68 混合物经过 30min、 1h、 2h、 4h 均没有变色 ； 第四行中的 “/” 的代表 ： 当浓度小于 40wt％ 时， 30℃下 PDA 囊泡 /L35 混合物经过 30min、 1h、 2h、 4h 均没有变色 ；
表中 “-” 表示 “未测” ， 下表同。
表 4 20℃下 PDA/ 两亲性聚合物体系变色时两亲性聚合物的浓度 (wt％ )
注： 表 4 中第二行中的 “/” 代表 ： 当浓度小于 15wt％时， 20℃下 PDA 囊泡 /F127 混 合物经过 24h 没有变色 ； 第五行中的 “/” 的分别代表 ： 当浓度小于 40wt％时， 20℃下 PDA 囊 泡 /Tween-20 混合物经过 1h 没有变色 ； 及当浓度小于 30wt％时， 20℃下 PDA 囊泡 /Tween-20 混合物经过 4h 没有变色。
另外， 用于监测 10℃下保存不超过 2h 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与 浓度为 40wt％的 Tween-20 共混物 ； 用于监测 10℃下保存不超过 30min 的物品的时间 - 温度 指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 50wt％的 Tween-20 共混物。用于监测 0℃下保存不超过 48h 的物品的时间 - 温度指示器为 ： PDA 囊泡与浓度为 50wt％的 Tween-20 共混物 ；
因二炔单体的炔基一侧连接长链烷烃， 另一侧的烷烃链末端为极性基团， 所以类 似于双亲性分子， 二炔单体能在水中自组装， 形成具有双层结构的囊泡， 再经紫外光照聚 合， 使得原有的囊泡具有更高的机械强度。 聚丁二炔 (PDA) 是一种 π 共轭的聚合物， 双键和 三键交替出现聚合物主链中， 一般呈现出蓝色 ； 通常， PDA 囊泡在 50oC 以下为蓝色， 当温度 达到或超过大约 60oC 时， 能在很短的时间内由蓝色变成红色 ( 因为 PDA 囊泡熔点为 61oC)。 另外， 由上述可知， PDA 囊泡具有疏水段和亲水段。
而两亲性聚合物同时具有亲水性基团和亲油性基团的物质， 比如伯洛莎姆， 一种
PEG-PPG-PEG 三嵌段共聚物， 其亲油性基团能够插入到上述 PDA 囊泡表面的脂质单分子层 中， 随着温度或时间的变化， 插入到上述囊泡表面的脂质单分子层中的 APP 的亲油性基团 与 PDA 中的疏水部份发生疏水作用， 改变 PDA 的构象， 从而导致 PDA 的变色， 由蓝色变成红 色。因此， PDA 囊泡和两亲性聚合物混合物随着温度和时间的变化， 将产生肉眼可见的由蓝 色变为红色， 并且这种变色是不可逆的 ； 可见， PDA/ 两亲性聚合物可以作为时间 - 温度指示 器， 来监测疫苗等易腐物质运输链中的时间 - 温度变化历史。
以下通过具体实施例的形式对本发明做进一步详述， 但不应理解为是对本发明的 限制。
实施例 1 监测储存条件为 40℃下 1 小时的物品
1、 PDA 囊泡的制备和表征
将 40 毫克 PCDA 溶于 CH2Cl2， 随后将溶剂挥干， 加入 20 毫升水后， 在 75 ℃的温度 下， 超声 10 分钟。然后降温， 在 4℃过夜保存， 使得脂性膜结晶。聚合反应在 254nm 波长紫 外光照射下， 在冰浴中进行 5 分钟。最后， 得到的 PDA 囊泡保存在 4℃备用。通过激光粒度 仪测试， PDA 囊泡的平均粒度为 128.5±4.8nm。结果为三次测试的平均值。
2、 F127 水溶液的制备
制备浓度为 0.5wt％的 F127 水溶液。F127 的分子结构为 PEG99-PPG67-PEG99， 分 子量为 12700。
3、 利用 PDA 囊泡 /F127 监测 40℃下 1 小时下变色的物品
将制备好的 PDA 囊泡和浓度为 0.5wt％的 F127 溶液分别置于独立盛装瓶中， 当待 监测物品发货时， 将 PDA 囊泡分与 0.5wt％的 F127 混合， 将混合物与需运输物品放在一起， 发货 ； 到达该运输链终端时， 如果发现某个 PDA 囊泡 /F127 混合物颜色发生变化， 即由蓝色 变为红色时， 说明已经超过设定的储存温度、 时间， 不能食用或使用。
实施例 2 监测储存条件为 20℃下 4 小时的物品
将实施例 1 中 F127 的制备浓度改为 15wt％， 用 HCDA 代替 PCDA 制备 PDA 囊泡， 其 他步骤同实施例 1。
当待监测物品发货时， 将 PDA 囊泡与浓度为 15％的 F127 混合， 将混合物与需运输 物品放在一起， 发货 ； 到达该运输链终端时， 如果发现某个 PDA 囊泡 /F127 混合物颜色发生 变化， 即由蓝色变为红色时， 说明已经超过设定的储存温度、 时间， 不能食用或使用。
实施例 3 监测储存条件为 20 度温度下 2 天
将实施例 1 中用 PDDA 代替 PCDA 制备 PDA 囊泡， 用 Tween-20 代替 F127， 制备浓度 为 15wt％的 Tween-20 溶液， 其他步骤同实施例 1。
PDA/Tween-20( 浓度为 15wt％ ) 用于监测储存条件为 20 度温度下 2 天的物品 ： 当 待监测物品发货时， 将 PDA 囊泡与浓度为 15％的 Tween-20 混合， 将混合物与需运输物品放 在一起， 发货， 为了保证准确性， 可同时放置多组混合物 ； 到达该运输链终端时， 如果发现某 个 PDA 囊泡 /Tween-20 混合物颜色发生变化， 即由蓝色变为红色时， 说明已经超过设定的储 存温度、 时间， 不能食用或使用。
实施例 4 监测储存条件为 20 温度下 1 天
将实施例 1 中用 TCDA 代替 PCDA 制备 PDA 囊泡， 用 Tween-20 代替 F127， 制备浓度 为 25wt％的 Tween-20 溶液， 其他步骤同实施例 1。PDA/Tween-20( 浓度为 20wt％ ) 用于监测储存条件为 20 度温度下 1 天的物品 ： 当 待监测物品发货时， 将 PDA 囊泡与浓度为 20％的 Tween-20 混合， 将混合物与需运输物品放 在一起， 发货， 为了保证准确性， 可同时放置多组混合物 ； 到达该运输链终端时， 如果发现某 个 PDA 囊泡 /Tween-20 混合物颜色发生变化， 即由蓝色变为红色时， 说明已经超过设定的储 存温度、 时间， 不能食用或使用。
上述 F127 的分子结构为 PEG99-PPG67-PEG99， 分子量为 12700 ； F68 的分子结构为 PEG76-PPG29-PEG76， Mn ＝ 8400 ； L35 的分子结构为 PEG11-PPG16-PEG11， Mn ＝ 1900。
具体使用本发明的时间 - 温度指示器监测物品运输链中时间 - 温度历史并不限于 上述实施例， 可以根据表 1 中的时间 - 温度变化点灵活选用 PDA 囊泡和两亲性聚合物 ； 使用 方式也不仅限于实施例提及的先独立盛装两种物质， 可设计如采用一种带有若干分室的盒 子， 分别盛装 PDA 和两亲性聚合物溶液， 待物品即将运输时抽开分室挡板使 PDA 和两亲性聚 合物溶液混合， 来监测相应的易腐产品的温度时间变化情况。另外， 本发明的时间 - 温度指 示器还可以用来监测 0 ～ 50℃温度范围内的温度变化和 / 或时间变化， 如科研中用于监测 实验过程中的温度变化和时间变化情况等。