中科院“變色智能標(biāo)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(yán)純?nèi)A等人主導(dǎo)的“變色智能標(biāo)簽”相關(guān)研究，提出了一個(gè)解決方案。這是一款據(jù)稱(chēng)“可指示易變質(zhì)包裝產(chǎn)品實(shí)時(shí)質(zhì)量”的“變色智能標(biāo)簽”，研究人員巧妙地利用化學(xué)中常見(jiàn)的變色反應(yīng)，實(shí)時(shí)地指示包裝產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　嚴(yán)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(lèi)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(gè)特定化學(xué)反應(yīng)，使它在各個(gè)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(jià)。“因此，若以此化學(xué)反應(yīng)制備一種智能標(biāo)簽，在牛奶等易變質(zhì)產(chǎn)品出廠(chǎng)時(shí)將標(biāo)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(biāo)簽中的化學(xué)反應(yīng)跟蹤、模擬進(jìn)而指示產(chǎn)品的質(zhì)量變化過(guò)程。”嚴(yán)純?nèi)A說(shuō)，此外，為方便讀出相關(guān)信息，宜選用隨時(shí)間變色的化學(xué)反應(yīng)。也就是說(shuō)，設(shè)計(jì)智能標(biāo)簽依據(jù)的是，牛奶變質(zhì)過(guò)程與標(biāo)簽變色過(guò)程在任意溫度下均同步。

　　為了尋找標(biāo)簽材料，研究人員選定了“金納米棒外延銀殼生長(zhǎng)”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(huì)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(guò)化學(xué)鍵或其他作用力將另一種納米材料包覆起來(lái)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(huì)由紅色依次變?yōu)槌壬ⅫS色、綠色甚至藍(lán)色、紫色。

　　嚴(yán)純?nèi)A介紹說(shuō)，室溫條件下，這一化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程所需的時(shí)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(jiǎn)便易行的辦法，可調(diào)節(jié)該反應(yīng)對(duì)溫度變化的敏感程度（即表觀(guān)活化能，其表觀(guān)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(dòng)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(shí)時(shí)質(zhì)量狀況。”嚴(yán)純?nèi)A介紹說(shuō)，研究人員以大腸桿菌為例，已在多個(gè)溫度下實(shí)現(xiàn)了食品變質(zhì)與標(biāo)簽變色的同步化，“這有望實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)刻，由標(biāo)簽顏色即可反推出產(chǎn)品質(zhì)量，甚至無(wú)須打開(kāi)產(chǎn)品包裝。”

　　嚴(yán)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(xiàng)研究。該項(xiàng)研究一經(jīng)在2014年第247屆美國(guó)化學(xué)會(huì)春季大會(huì)暨博覽會(huì)上報(bào)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(xiàng)研究的后續(xù)工作仍在進(jìn)行中，但已有多家國(guó)外著名企業(yè)來(lái)電來(lái)函咨詢(xún)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(cè)的問(wèn)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(fèi)者”的整個(gè)過(guò)程，而且消費(fèi)者很難直觀(guān)讀取其中所記錄的信息。

　　相比較而言，“變色智能標(biāo)簽”性能更可靠，安全性高，并且其原料也并無(wú)毒副作用。嚴(yán)純?nèi)A對(duì)它的產(chǎn)品化充滿(mǎn)希望：“這款標(biāo)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(fèi)者’的所有環(huán)節(jié)，并將監(jiān)控精度推進(jìn)到單個(gè)包裝水平，具有很高的潛在應(yīng)用價(jià)值。”