中科院“變色智能標簽”引廣泛關(guān)注

中科院院士、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授嚴純?nèi)A等人主導(dǎo)的“變色智能標簽”相關(guān)研究，提出了一個解決方案。這是一款據(jù)稱“可指示易變質(zhì)包裝產(chǎn)品實時質(zhì)量”的“變色智能標簽”，研究人員巧妙地利用化學(xué)中常見的變色反應(yīng)，實時地指示包裝產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　嚴純?nèi)A以牛奶中的大腸桿菌繁殖為例，在通常溫度范圍內(nèi)（0℃-35℃），大腸桿菌的繁殖速率隨溫度升高而加快；類似地，大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的速率亦隨溫度升高而加快。如果能找到某個特定化學(xué)反應(yīng)，使它在各個溫度下的反應(yīng)速率與大腸桿菌繁殖速率均吻合，則兩者在數(shù)學(xué)上等價。“因此，若以此化學(xué)反應(yīng)制備一種智能標簽，在牛奶等易變質(zhì)產(chǎn)品出廠時將標簽綁定在包裝盒上，這可以保證兩者經(jīng)歷相同的溫度歷程，即可用標簽中的化學(xué)反應(yīng)跟蹤、模擬進而指示產(chǎn)品的質(zhì)量變化過程。”嚴純?nèi)A說，此外，為方便讀出相關(guān)信息，宜選用隨時間變色的化學(xué)反應(yīng)。也就是說，設(shè)計智能標簽依據(jù)的是，牛奶變質(zhì)過程與標簽變色過程在任意溫度下均同步。

　　為了尋找標簽材料，研究人員選定了“金納米棒外延銀殼生長”這一化學(xué)反應(yīng)。據(jù)介紹，金納米棒水溶液呈紅色，向其中引入銀源（硝酸銀）及還原劑（維生素C）后，生成的單質(zhì)銀會沉積在金納米棒表面，形成“核殼結(jié)構(gòu)”（由一種納米材料——如銀微粒，通過化學(xué)鍵或其他作用力將另一種納米材料包覆起來形成的納米尺度的有序組裝結(jié)構(gòu)）。而隨著“銀殼”厚度增加，溶液會由紅色依次變?yōu)槌壬ⅫS色、綠色甚至藍色、紫色。

　　嚴純?nèi)A介紹說，室溫條件下，這一化學(xué)反應(yīng)的過程所需的時間可在數(shù)分鐘到數(shù)月范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。此外，研究人員還找到了簡便易行的辦法，可調(diào)節(jié)該反應(yīng)對溫度變化的敏感程度（即表觀活化能，其表觀活化能可在50-190kj/mol甚至更寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)）。“這些參數(shù)范圍涵蓋了絕大多數(shù)易變質(zhì)產(chǎn)品的變質(zhì)動力學(xué)參數(shù)，因而可以跟蹤、模擬并指示絕大多數(shù)易變質(zhì)產(chǎn)品的實時質(zhì)量狀況。”嚴純?nèi)A介紹說，研究人員以大腸桿菌為例，已在多個溫度下實現(xiàn)了食品變質(zhì)與標簽變色的同步化，“這有望實現(xiàn)在任何時刻，由標簽顏色即可反推出產(chǎn)品質(zhì)量，甚至無須打開產(chǎn)品包裝。”

　　嚴純?nèi)A、孫聆東課題組與同學(xué)院的陳興研究員課題組以及香港中文大學(xué)物理系王建方課題組合作完成了這項研究。該項研究一經(jīng)在2014年第247屆美國化學(xué)會春季大會暨博覽會上報告，就受到了學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、媒體和公眾的廣泛關(guān)注。據(jù)透露，盡管迄今為止該項研究的后續(xù)工作仍在進行中，但已有多家國外著名企業(yè)來電來函咨詢相關(guān)成果，并商談產(chǎn)業(yè)化合作。

　　據(jù)了解，此前已有一些技術(shù)致力于解決易變質(zhì)食品質(zhì)量監(jiān)測的問題，比如采用數(shù)據(jù)記錄器跟蹤并記錄產(chǎn)品所經(jīng)歷的溫度變化。這些技術(shù)往往成本較高，且難以完全覆蓋“從生產(chǎn)商到消費者”的整個過程，而且消費者很難直觀讀取其中所記錄的信息。

　　相比較而言，“變色智能標簽”性能更可靠，安全性高，并且其原料也并無毒副作用。嚴純?nèi)A對它的產(chǎn)品化充滿希望：“這款標簽有望將目前的產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控范圍拓展到‘從生產(chǎn)商到消費者’的所有環(huán)節(jié)，并將監(jiān)控精度推進到單個包裝水平，具有很高的潛在應(yīng)用價值。”