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  安全有效的疫苗是預(yù)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(cái)產(chǎn)損失，而新冠疫苗的出現(xiàn)為全球?qū)挂咔樘峁┝擞辛ΡＵ�。根�?jù)聯(lián)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(dá)目標(biāo)人群，疫苗必須在符合嚴(yán)格的溫度要求下進(jìn)行運(yùn)輸、配送和存儲(chǔ)，例如，常規(guī)疫苗需要在2~8 ℃下儲(chǔ)存，而mRNA疫苗需超低溫儲(chǔ)存（如-20 ℃，-70 ℃等）。然而，由于操作失誤或事故，疫苗會(huì)不可避免地暴露在高溫下，而一旦暴露的溫度和時(shí)間偏離目前的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，即會(huì)導(dǎo)致疫苗迅速變質(zhì)、功能喪失，甚至?xí)谧⑸浜螽a(chǎn)生嚴(yán)重副作用。因此，時(shí)間溫度監(jiān)測(cè)在確�？煽康囊呙绻⿷�(yīng)鏈方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。雖然現(xiàn)有時(shí)間溫度指示標(biāo)簽在冷鏈監(jiān)測(cè)中取得系列進(jìn)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(guān)鍵挑戰(zhàn)。

  針對(duì)該挑戰(zhàn)，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院杜學(xué)敏研究員團(tuán)隊(duì)與加州大學(xué)河濱分校殷亞東教授團(tuán)隊(duì)合作，構(gòu)建了一種基于自毀型結(jié)構(gòu)色液體的新型智能時(shí)間溫度指示標(biāo)簽- P-TTIs（Photonic crystal-based Time-Temperature Indicators），該智能標(biāo)簽通過肉眼可見的顏色變化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋疫苗、離體器官等對(duì)溫度敏感的生物醫(yī)藥熱暴露信息。該工作不僅有望促進(jìn)下一代新型智能標(biāo)簽的研究，而且還有望拓展相關(guān)技術(shù)到醫(yī)藥、食品等冷鏈的可視化監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，相關(guān)技術(shù)已申請(qǐng)、授權(quán)多項(xiàng)發(fā)明專利。 

論文上線截圖

  該智能標(biāo)簽（P-TTIs）由兩個(gè)核心元素構(gòu)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(xiàn)，調(diào)整指示劑中膠體顆粒尺寸、濃度及組裝時(shí)環(huán)境濕度，即可獲得鮮艷結(jié)構(gòu)色，且在室溫下穩(wěn)定維持6個(gè)月。 

圖1. 自毀型結(jié)構(gòu)色液體（SCLs）設(shè)計(jì)。

  通過研究P-TTIs變色機(jī)理發(fā)現(xiàn)，冷凍固化的觸發(fā)劑在熱作用下融化并擴(kuò)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(huì)不可逆地?cái)_亂液態(tài)光子晶體的周期性結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致液態(tài)光子晶體產(chǎn)生肉眼可見的顏色變化，通過智能標(biāo)簽的顏色變化即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋異常溫度暴露歷史。值得強(qiáng)調(diào)的是，這類智能標(biāo)簽呈現(xiàn)出特有的不可逆溫度響應(yīng)、優(yōu)異的靈敏度、靈活可調(diào)的自毀時(shí)間（分鐘~天）、寬的跟蹤溫度范圍（-70 ℃~ 37 ℃）。 

圖2. SCLs自毀機(jī)理。

  基于SCLs優(yōu)越的性能，可將其制備成智能標(biāo)簽，這類標(biāo)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(cè)，而且這類標(biāo)簽還可以設(shè)計(jì)成二維碼，通過手機(jī)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(cè)。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c00467

通訊作者簡介

杜學(xué)敏，博士，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)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(xué)基金優(yōu)秀青年基金獲得者；入選中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)會(huì)員、廣東省“特支計(jì)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(xué)會(huì)青年委員、中國微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)微納執(zhí)行器與微系統(tǒng)分會(huì)理事、中國復(fù)合材料學(xué)會(huì)智能復(fù)合材料專業(yè)委員會(huì)委員；擔(dān)任Research期刊Associate Editor，The Innovation等期刊青年編委。近年來，以負(fù)責(zé)人身份主持國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題”課題、基金委國際合作、廣東省重點(diǎn)、深圳市杰青等項(xiàng)目多項(xiàng)，相關(guān)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(quán)專利20余項(xiàng)。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(qū)動(dòng)器）研究。

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