中科院“變色智能標簽”引廣泛關注

中科院院士、北京大學化學與分子工程學院教授嚴純華等人主導的“變色智能標簽”相關研究，提出了一個解決方案。這是一款據稱“可指示易變質包裝產品實時質量”的“變色智能標簽”，研究人員巧妙地利用化學中常見的變色反應，實時地指示包裝產品的質量。

　　嚴純華以牛奶中的大腸桿菌繁殖為例，在通常溫度范圍內（0℃-35℃），大腸桿菌的繁殖速率隨溫度升高而加快；類似地，大多數化學反應的速率亦隨溫度升高而加快。如果能找到某個特定化學反應，使它在各個溫度下的反應速率與大腸桿菌繁殖速率均吻合，則兩者在數學上等價。“因此，若以此化學反應制備一種智能標簽，在牛奶等易變質產品出廠時將標簽綁定在包裝盒上，這可以保證兩者經歷相同的溫度歷程，即可用標簽中的化學反應跟蹤、模擬進而指示產品的質量變化過程。”嚴純華說，此外，為方便讀出相關信息，宜選用隨時間變色的化學反應。也就是說，設計智能標簽依據的是，牛奶變質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”這一化學反應。據介紹，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，生成的單質銀會沉積在金納米棒表面，形成“核殼結構”（由一種納米材料——如銀微粒，通過化學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構）。而隨著“銀殼”厚度增加，溶液會由紅色依次變為橙色、黃色、綠色甚至藍色、紫色。

　　嚴純華介紹說，室溫條件下，這一化學反應的過程所需的時間可在數分鐘到數月范圍內調節。此外，研究人員還找到了簡便易行的辦法，可調節該反應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甚至更寬的范圍內調節）。“這些參數范圍涵蓋了絕大多數易變質產品的變質動力學參數，因而可以跟蹤、模擬并指示絕大多數易變質產品的實時質量狀況。”嚴純華介紹說，研究人員以大腸桿菌為例，已在多個溫度下實現了食品變質與標簽變色的同步化，“這有望實現在任何時刻，由標簽顏色即可反推出產品質量，甚至無須打開產品包裝。”

　　嚴純華、孫聆東課題組與同學院的陳興研究員課題組以及香港中文大學物理系王建方課題組合作完成了這項研究。該項研究一經在2014年第247屆美國化學會春季大會暨博覽會上報告，就受到了學術界、產業界、媒體和公眾的廣泛關注。據透露，盡管迄今為止該項研究的后續工作仍在進行中，但已有多家國外著名企業來電來函咨詢相關成果，并商談產業化合作。

　　據了解，此前已有一些技術致力于解決易變質食品質量監測的問題，比如采用數據記錄器跟蹤并記錄產品所經歷的溫度變化。這些技術往往成本較高，且難以完全覆蓋“從生產商到消費者”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。嚴純華對它的產品化充滿希望：“這款標簽有望將目前的產品質量監控范圍拓展到‘從生產商到消費者’的所有環節，并將監控精度推進到單個包裝水平，具有很高的潛在應用價值。”