CN110375878A - 一种不可逆热致变色指示液、含有其的温度监控器及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度监控技术领域，具体公开了一种不可逆热致变色指示液、含有其的温度监控器及应用。所述变色指示液由式(I)所示的变色指示剂溶于有机溶剂中而得到，该变色指示液利用溶液的相变来监控环境温度变化，原料成本较低，配制方法简单，且温度超过阈值后的变色状态不可逆。所述变色指示液在使用前在常温环境下存放即可，无需苛刻的保存条件。利用本发明提供的变色指示液制备的温度监控器，可制成口服胶囊大小，与疫苗、药品、食物等一起封装，且适用于小包装独立封装，可精确监控单个独立包装在存贮、运输过程中是否有突破的温度上限的情况发生，并可长期对目标环境监控，不会失效。

Description

一种不可逆热致变色指示液、含有其的温度监控器及应用

技术领域

本发明涉及温度监控技术领域，具体地说，涉及一种不可逆热致变色指示液、含有其的温度监控器及应用。

背景技术

医学规定疫苗需在2℃-8℃保存，超出这一范围活性会下降或丧失。因此，疫苗的存贮和运输(冷链)对温度的要求很高。接种失效或效力不足的疫苗，不仅起不到防疫作用还可能引发不良反应，产生负作用。为确保疫苗的活性，在建立完备的控温设施的同时，精准的温度监控也必不可少。目前，冷链温度监控主要以电子温度计为主，它可以提供实时、远程的数据，但电子温度计依赖电源工作，有一定风险性，且只能对大空间进行监控，无法反映每个独立包装的温度情况。

已有的非电子型的温度监控器，有的是基于气体或液体扩散，需要低温保存；有的是基于生物酶的催化反应，需要在使用前将两种反应物混和；有的则只有几天的有效期。种种不利因素限制了非电子型的温度监控器的推广。

因此，开发一种简单、廉价、精确、能独立工作的温度监控器对疫苗的安全性具有重要的医学意义和社会意义。除此之外，还可对一些对储藏温度有一定要求的药品或食品进行有效的温度监控。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种不可逆热致变色指示液、含有其的温度监控器及应用。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种不可逆热致变色指示液，所述变色指示液由变色指示剂溶于有机溶剂中而得到；

所述变色指示剂为式(I)所示的化合物；

式(I)中，R₁选自H、C1～C6烷基、C1～C6烷氧基，R₂选自-NO₂、-CN；

所述有机溶剂选自环己烷、C6～C25的烷烃中的一种或两种的混合。

作为优选，所述C6～C25的烷烃为直链烷烃，即正己烷(C6)～正二十五烷(C25)。

进一步地，所述变色指示剂与所述有机溶剂的用量比为质量体积比，具体为1mg∶1mL～10mg∶1mL。

本发明所述变色指示液的工作原理为：所述变色指示剂的分子主体为螺吡喃构形，无色，在紫外光照射下螺吡喃发生异构生成步花青构形，步花青显蓝色(图1)。避开紫外光后布花青构形会自动恢复为螺吡喃构形，同时褪色。如果将上述指示剂溶在有机溶剂中制备成指示液，并用紫外光照射，再将溶液冷冻凝固，步花青就被封存在溶剂的晶格中无法向螺吡喃转化，保持蓝色。如果环境温度高于所选溶剂的熔点，固相融化，步花青得以自发向螺吡喃转化，溶液褪色。没紫外光照射，螺吡喃不会异构，因此，即使溶液再次凝固，也不会显色。有机溶剂的熔点精确，可以准确地监控环境温度。另外，根据依数性原理，将两种溶剂混合可调制出不同熔点的溶剂。

例如，当目标环境的监控温度阈值为-95℃时，采用正己烷作为溶剂；当目标环境的监控温度阈值为-90℃时，采用正庚烷作为溶剂；当目标环境的监控温度阈值为-51℃时，采用壬烷作为溶剂；当目标环境的监控温度阈值为-9.6℃时，采用正十二烷作为溶剂；当目标环境的监控温度阈值为-5.4℃时，采用十三烷作为溶剂；当目标环境的监控温度阈值为-6℃时，采用十四烷作为溶剂；当目标环境的监控温度阈值为9.9℃时，采用正十五烷作为溶剂；当目标环境的监控温度阈值为36.8℃时，采用正二十烷作为溶剂；当目标环境的监控温度阈值为53℃时，采用二十五烷作为溶剂。

同时，当目标环境的监控温度阈值与单一成分溶剂的熔点难以相对应时，可采用两种有机溶剂相混合的方法使混合后的溶剂熔点达到监控温度阈值。例如，当目标环境的监控温度阈值为8℃时，可采用正十五烷与正十四烷以1∶0.06的体积比混合作为有机溶剂，制备所述变色指示液。

本发明所述变色指示液的温度监控范围可为-95℃至+53℃，温度高于阀值后指示液完全褪色时间在1分钟至10分钟范围。

作为一个具体应用例，当应用所述变色指示液对疫苗进行温度监控时，根据疫苗的保存温度为2℃～8℃，所述变色指示液采用R₁为-OCH₃，R₂为-NO₂的式(I)化合物作为变色指示剂，同时采用正十五烷与正十四烷作为有机溶剂，将二者以体积比1∶0.06的用量比混合制成所述变色指示液，即可适于对疫苗的温度监控。

第二方面，本发明提供了所述变色指示液在监控温度，以及在制备温度监控产品或温度指示产品方面的应用。

所述温度监控产品或温度指示产品包括但不限于现有技术中出现的感温变色标签、温感指示器、温控指示器、温度监控器等。应当理解的是，凡是采用本发明所述的变色指示液、并利用其是否变色来表征温度是否超过某阈值的温度监控方法或温度监控产品，均属于本发明的保护范围。

例如，一种感温变色标签，所述标签变色层和其他必要结构，当所述标色层采用本发明所述变色指示液，该感温变色标签即属于本发明的保护范围。

本发明所提供的变色指示液可在常温下储存，无需现用现配，该变色指示液可在紫外光照射下呈现出蓝色，当冷冻凝固后，将进入不可逆的热致变色状态。当其所监控的环境温度超过阈值时，蓝色将变为无色。

本发明所提供的变色指示液便于人们直观地了解到物体在运输和存储过程中的温度是否高于过阀值，避免物品温度在偶然高于阀值后又低于阀值，使人们错误判断物品的存储环境的情况发生，便于对物品存储和运输环境的无人监控。

在本发明的具体实施方式中，上述变色指示液的应用具体体现为一种不可逆热致变色温度监控器。

第三方面，本发明提供了一种不可逆热致变色温度监控器，所述温度监控器包括前述变色指示液。

其中，所述温度监控器为封装有所述变色指示液的透明容器，封装量不低于1mL。

基于上述变色指示液的特点，所述温度监控器也可在常温下保存。

当将所述温度监控器应用于环境温度的监控中，具体的使用方法为：将所述温度监控器置于紫外光下照射，使所述变色指示液显蓝色，保持紫外光照射的同时将所述温度监控器置于所述有机溶剂的凝固温度下使所述变色指示液完全凝固，移入待监控温度的环境中。

读识及判别方法为：若在监控期内所述变色指示液保持蓝色，说明环境温度不曾高于阀值或高于阀值时间超过10分钟；如果指示液褪色变白，说明环境温度曾高于阀值超过10分钟；所述阈值为所述有机溶剂的凝固点。

本发明涉及到的原料或试剂均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的变色指示液，利用溶液的相变来监控环境温度变化，原料成本较低，配制方法简单，且温度超过阈值后的变色状态不可逆。所述变色指示液在使用前在常温环境下存放即可，无需苛刻的保存条件。

利用本发明提供的变色指示液制备的温度监控器，可制成口服胶囊大小，与疫苗、药品、食物等一起封装，且适用于小包装独立封装，可精确监控单个独立包装在存贮、运输过程中是否有突破的温度上限的情况发生，并可长期对目标环境监控，不会失效。

附图说明

图1是本发明所述变色指示剂的分子结构异构化机制。

图2是本发明实施例2所述的变色指示液中在10℃下的褪色速率曲线。

图3是本发明对比例中采用不同有机溶剂的变色指示液在紫外光照射后的变色情况。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1变色指示液

1、原料

(1)变色指示剂：R₁为H，R₂为-NO₂的式(I)化合物；

(2)有机溶剂：正十五烷(熔点9.9℃)。

2、制备方法

将2mg的变色指示剂溶于2mL有机溶剂中，即得。

实施例2变色指示液

1、原料

(1)变色指示剂：R₁为-OCH₃，R₂为-NO₂的式(I)化合物；

(2)有机溶剂：正十五烷与正十四烷的混合溶剂(熔点8℃)，正十烷与正十四烷的体积比为1∶0.06。

2、制备方法

将2mg的变色指示剂溶于1mL有机溶剂中，即得。

3、本实施例所述的变色指示液在10℃下的褪色速率曲线如图2所示，由此可见，当超过监控温度阈值大于10min时，变色指示液的颜色褪色为肉眼见无色状态。

实施例3变色指示液

1、原料

(1)变色指示剂：R₁为H，R₂为-NO₂的式(I)化合物；

(2)有机溶剂：正庚烷(熔点-90℃)。

2、制备方法

将2mg的变色指示剂溶于2mL有机溶剂中，即得。

实施例4变色指示液

1、原料

(1)变色指示剂：R₁为-OCH₃，R₂为-NO₂的式(I)化合物；

(2)有机溶剂：正十二烷(熔点-9.6℃)。

2、制备方法

将2mg的变色指示剂溶于2mL有机溶剂中，即得。

实施例5变色指示液

1、原料

(1)变色指示剂：R₁为-OCH₃，R₂为-CN的式(I)化合物；

(2)有机溶剂：正二十烷(熔点36.8℃)。

2、制备方法

将2mg的变色指示剂溶于2mL有机溶剂中，即得。

实施例6温度监控器

将实施例1制得的变色指示液移入直径1cm、高4cm的透明玻璃瓶，加盖拧紧，温度监控器制备完毕。

实施例7温度监控器

将实施例2制得的变色指示液移入内径1cm，长2cm，壁厚0.5mm的透明玻璃管，玻璃管两端热封，监控器制备完毕。

实验例1温度监控器的应用

1、温度监控器的激活：

将实施例6制备的温度监控器置于紫外灯(波长365nm)下曝光，待溶液变蓝色且稳定后(约需2分钟)，将温度监控器浸入冰水浴中并保持紫外照射；

待温度监控器中的溶液全部凝固，形成蓝色固体，取出，快速转移至要监控的环境中放置，监控期内温度监控器不要离开所监控的环境。

2、温度监控器的监控：

在监控期内，采用目测判断：

若温度监控器内为蓝色固体说明所监控环境温度不曾长时间高于9.9℃，若温度监控器内为白色固体说明所监控环境温度曾长时间高于9.9℃。

实验例2温度监控器的应用

1、温度监控器的激活：

将实施例7制备的温度监控器置于紫外灯(波长365nm)下曝光，待溶液变蓝色且稳定后(约需2分钟)，将温度监控器浸入冰水浴中并保持紫外照射；

待温度监控器中的溶液全部凝固，形成蓝色固体，取出，与疫苗一起封装。

2、温度监控器的监控：

疫苗使前，从冰箱疫苗快速拆封，目测温度监控器：

若温度监控器内为蓝色固体说明该包装疫苗不曾长时间高于8℃，若温度监控器内为白色固体说明该包装疫苗曾长时间高于8℃。

对比例

本对比例用于展示本发明在有机溶剂的选择方面所作出的研究结果，并用于比较采用不同有机溶剂的变色指示液在紫外光照射后的变色情况。

本对比例通过采用本领域常用的1,2-二溴乙烷、十五烷、甲酰胺、甲酸、DMSO和乙二胺分别作为有机溶剂，以R₁为H，R₂为-NO₂的式(I)化合物作为变色指示剂，按照实施例1所述方法制备变色指示液。

将所制得的6种变色指示液经紫外光照1分钟后，对比其变色情况如图3所示：

采用1,2-二溴乙烷作为有机溶剂的变色指示液的颜色变化不明显；采用甲酰胺、及采用DMSO作为有机溶剂的变色指示液几乎没有变色；采用甲酸、及采用乙二胺作为有机溶剂的变色指示液的未经紫外光照时，变色指示液本身就显色，且颜色分别为淡黄色和黄棕色，与紫外光照射后的颜色几乎没有明显变化。

只有采用十五烷作为有机溶剂的变色指示液在未经紫外光照射时无色，经紫外光照射1min后出现明显的颜色变化，且呈现出鲜明的天蓝色，利于观察者进行颜色判断与监控。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种不可逆热致变色指示液，其特征在于，所述变色指示液由变色指示剂溶于有机溶剂中而得到；

所述变色指示剂为式(I)所示的化合物；

式(I)中，R₁选自H、C1～C6烷基、C1～C6烷氧基；R₂选自-NO₂、-CN；

所述有机溶剂选自环己烷、C6～C25的烷烃中的一种或两种的混合。

2.根据权利要求1所述的变色指示液，其特征在于，所述变色指示剂与所述有机溶剂的用量比为1mg∶1mL～10mg∶1mL。

3.根据权利要求2所述的的变色指示液，其特征在于，所述C6～C25的烷烃为直链烷烃。

4.权利要求1～3任一项所述的变色指示液在监控温度，以及在制备温度监控产品或温度指示产品方面的应用。

5.一种不可逆热致变色温度监控器，其特征在于，所述温度监控器包括权利要求1～3任一项所述的变色指示液。

6.根据权利要求5所述的温度监控器，其特征在于，所述温度监控器为封装有所述变色指示液的透明容器，封装量不低于1mL。

7.根据权利要求5或6所述的温度监控器，其特征在于，所述温度监控器可在常温下保存。

8.权利要求5～7任一项所述的温度监控器在监控环境温度中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将所述温度监控器置于紫外光下照射，使所述变色指示液显蓝色，保持紫外光照射的同时将所述温度监控器置于所述有机溶剂的凝固温度下使所述变色指示液完全凝固，移入待监控温度的环境中。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，若在监控期内所述变色指示液保持蓝色，说明环境温度不曾高于阀值或高于阀值时间超过10分钟；如果指示液褪色变白，说明环境温度曾高于阀值超过10分钟；

所述阈值为所述有机溶剂的凝固点。