安全有效的疫苗是预防传染病最有力的武器。如过去三年，新冠疫情给全球各国造成巨大生命财产损失，而新冠疫苗的出现为全球对抗疫情提供了有力保障。根据联合国疫苗战略，全球至少需要110亿剂疫苗才有望抵抗新冠的肆虐。为确保疫苗安全有效抵达目标人群，疫苗必须在符合严格的温度要求下进行运输、配送和存储，例如，常规疫苗需要在2~8 ℃下储存，而mRNA疫苗需超低温储存（如-20 ℃，-70 ℃等）。然而，由于操作失误或事故，疫苗会不可避免地暴露在高温下，而一旦暴露的温度和时间偏离目前的监管标准，即会导致疫苗迅速变质、功能丧失，甚至会在注射后产生严重副作用。因此，时间温度监测在确保可靠的疫苗供应链方面发挥着至关重要的作用。虽然现有时间温度指示标签在冷链监测中取得系列进展，但因核心材料限制而面临无法适用于超低温、跟踪温度范围窄或易光漂白等关键挑战。

  针对该挑战，中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏研究员团队与加州大学河滨分校殷亚东教授团队合作，构建了一种基于自毁型结构色液体的新型智能时间温度指示标签- P-TTIs（Photonic crystal-based Time-Temperature Indicators），该智能标签通过肉眼可见的颜色变化实时监测反馈疫苗、离体器官等对温度敏感的生物医药热暴露信息。该工作不仅有望促进下一代新型智能标签的研究，而且还有望拓展相关技术到医药、食品等冷链的可视化监测应用中，相关技术已申请、授权多项发明专利。 

论文上线截图

  该智能标签（P-TTIs）由两个核心元素构成：触发剂（聚乙二醇或乙二醇水溶液）、指示剂（以甘油为溶剂的液态光子晶体，SCLs）；研究发现，调整指示剂中胶体颗粒尺寸、浓度及组装时环境湿度，即可获得鲜艳结构色，且在室温下稳定维持6个月。 

图1. 自毁型结构色液体（SCLs）设计。

  通过研究P-TTIs变色机理发现，冷冻固化的触发剂在热作用下融化并扩散至具高度吸水特性的液态光子晶体中，触发剂中分子与指示剂中甘油分子及胶体颗粒间的相互作用，会不可逆地扰乱液态光子晶体的周期性结构，从而导致液态光子晶体产生肉眼可见的颜色变化，通过智能标签的颜色变化即可实时监测反馈异常温度暴露历史。值得强调的是，这类智能标签呈现出特有的不可逆温度响应、优异的灵敏度、灵活可调的自毁时间（分钟~天）、宽的跟踪温度范围（-70 ℃~ 37 ℃）。 

图2. SCLs自毁机理。

  基于SCLs优越的性能，可将其制备成智能标签，这类标签可以广泛用于普通疫苗（2~8 ℃）和mRNA疫苗（-20 ℃，-70 ℃）热暴露历史的可视化监测，而且这类标签还可以设计成二维码，通过手机扫描即可获得离体器官热暴露历史信息。 

图3. P-TTIs用于疫苗、离体器官等冷链可视化监测。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c00467

通讯作者简介

杜学敏，博士，中国科学院深圳先进技术研究院智能医用材料与器械研究中心主任、研究员，国家自然科学基金优秀青年基金获得者；入选中国科学院青年创新促进会会员、广东省“特支计划”科技创新青年拔尖人才、深圳市杰青；被遴选为国际仿生工程学会青年委员、中国微米纳米技术学会微纳执行器与微系统分会理事、中国复合材料学会智能复合材料专业委员会委员；担任Research期刊Associate Editor，The Innovation等期刊青年编委。近年来，以负责人身份主持国家自然科学基金优秀青年基金、国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”课题、基金委国际合作、广东省重点、深圳市杰青等项目多项，相关成果以第一及通讯作者（含共同）发表于Science Advances、Matter、Advanced Materials、ACS Nano、Advanced Functional Materials、National Science Review等期刊，已获授权专利20余项。主要从事智能高分子材料、生物界面、穿戴/植入生物器件（如组织工程支架、生物电子、柔性传感与驱动器）研究。

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