ナノ粒子が色を生み出す

ワンフォーオール / iStock

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中国の研究者チームは、ワクチン瓶の蓋に置くと温度変化とそのワクチンへの影響を追跡できる色が変化する素材を開発した。

ワクチンとは別に、多くの食品や医薬品は使用可能な状態に保つために一定の温度を必要とします。 新しい材料は、そのようなすべての製品の安全性と使いやすさを確認するのに役立ちます。

たとえば、暑い夏の日に、冷蔵トラックが遠隔施設から市中心部の病院や診療所に新型コロナウイルスワクチンを配達していると想像してみてください。 トラックの冷却システムは、走行中に何の警告もなく数時間動作を停止し、その後自動的に再起動します。

ワクチンバイアルの蓋に提案されている色が変化する材料が含まれている場合、ワクチンの品質と安全性が損なわれた場合、それらの蓋の色は変化します。 そうでなければ、医師を含め誰もワクチンの品質の変化を知ることはできません。

ワイヤレス電子センサーやカラー染料などの一部のオプションは、すでに食品や医薬品の温度を監視できます。 ただし、これらの既存のソリューションにはいくつかの制限があります。

たとえば、ワクチンなどの品目は氷点下で保管されます。従来の染料の色は褪色し、ワイヤレス センサーはそのような条件下では継続的なメンテナンスが必要になります。

さらに、各製品にワイヤレス センサーが搭載されている場合、おそらく毎年さらに数百万トンの電子廃棄物が発生することになります。 このような制限を克服するために、研究者らは研究に構造色を使用しました。

表面の光の反射方法を変更する無色のナノ粒子を使用する染料や構造色などの顔料ベースのマテリアルを使用して、オブジェクトに色を追加できます。 最近、セントラルフロリダ大学の科学者たちは、構造色に基づいて世界で最も軽い塗料を作成しました。

構造色でコーティングされた物体に光が当たると、物体の表面のナノ粒子の配置によって光が特定の角度で曲がり、最終的に反射光の波長が決まります。

したがって、たとえば、科学者が物体を赤く見せたい場合、物体が赤色の波長の光を反射するようにナノ粒子を配置します。 今回の研究の著者らは、構造色を使用して、自己破壊可能で色が変化し、温度を示す物質を作成した。

ACS Nano 2023 から適応

色変化材料は 2 つの成分から構成されます。 グリセロールでコーティングされた二酸化ケイ素ナノ粒子と、エチレングリコール、水、およびポリエチレングリコールを混合して作られた溶液。 SiO2 粒子は赤色と明るい緑色の光を反射することができましたが、溶液は異なる融点に敏感でした。

彼らは 2 つのコンポーネントを組み合わせて、-70°C ～ 37.2°C (-94°F ～ 99°F) の範囲の温度変化を監視できる材料を作成しました。 彼らは材料をバイアルの蓋の上に置いてテストしました。

バイアルを凍結環境に保管すると、蓋の材料の色が緑色になりました。 しかし、温暖な気候に移ると、溶液成分が溶けて材料中の微結晶がバラバラになってしまいました。 しばらくすると、材料は無色になり、温度が推奨レベルを超えたことを示しています。

研究者らは、「これらのシステムは非常に高感度であり、材料が熱くなりすぎたことをうまく知らせてくれた」と述べている。 現時点では、この研究作業は概念実証にすぎませんが、彼らは、このアプローチが将来、低温サプライチェーンで商品の品質を維持するための有望な方法として現れる可能性があると考えています。

この研究はジャーナルACS Nanoに掲載されました。