DE102011075667A1

DE102011075667A1 - Verpackung

Info

Publication number: DE102011075667A1
Application number: DE102011075667A
Authority: DE
Inventors: Gerhard J. Mohr; Matthias Stich; Anna Hezinger; Sabine Trupp; Jennifer Schmidt
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2012-11-15
Also published as: WO2012152531A1

Abstract

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Verpackung mit einem Indikatorbereich, der eine Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln aufweist, an die ein Indikatorfarbstoff zum Detektieren eines Analyts unmittelbar gebunden ist.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Verpackung mit einem Indikatorbereich, z. B. auf eine Lebensmittelverpackung mit einem Indikatorbereich zum Detektieren von verdorbenen Lebensmitteln. Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Frischesensor.
In der Verpackung von Lebensmitteln, Medikamenten, Geräten und Grundstoffen können sich, z. B. während des Transports oder der Lagerung, unerwünschte Substanzen bilden, die den Gebrauch des verpackten Gutes einschränken oder unmöglich machen. Insbesondere bei Lebensmitteln und Medikamenten ist ein Verderb des verpackten Gutes durch falsche oder zu lange Lagerung hervorzuheben. Die Freisetzung von unerwünschten Substanzen kann im Falle von Lebensmitteln durch einen Verderbnisprozess stattfinden, z. B. ausgelöst durch eine Verunreinigung mit Mikroorganismen. Bei Medikamenten ist die richtige Lagerung und das Einhalten des Haltbarkeitsdatums besonders wichtig. Hierbei schreibt die Richtlinie der APV vor (APV = Arbeitsgemeinschaft der Pharmazeutischen Verfahrenstechnik), dass noch mindestens 90% des aktiven Wirkstoffs vorliegen müssen. Die Zersetzung der Wirkstoffe, aber auch der zugesetzten Hilfsstoffe kann zur Bildung von gesundheitsschädlichen Substanzen führen. Bei der Lagerung und dem Transport von Geräten kann eine Beeinträchtigung durch Übertritt von unerwünschten Substanzen aus dem Verpackungsmaterial oder dem Transportmittel auftreten, dies kann zu einer Kontamination der Probe durch Chemikalien führen. Aber auch durch Beschädigung des Gerätes, z. B. Austritt von Kühlflüssigkeit, kann eine solche Beeinträchtigung der Funktionalität, aber auch eine Gefährdung der Gesundheit des Verbrauchers vorliegen. Grundstoffe für die Lebensmittel- und pharmazeutische Industrie, aber auch für die chemische Industrie unterliegen strengen Eingangskontrollen. Auch hier kann durch falsche Lagerung, Verpackung oder Transport eine Beeinträchtigung der Qualität vorliegen, die zur Bildung von unerwünschten Substanzen oder Kontamination mit Chemikalien führen kann.
In der US 2010/0209521 A1 wird die Verwendung von metallbasierten sensorischen Pigmenten in der Verpackung von Lebensmitteln, Pharmazeutika, Papier und elektronischen Produkten beschrieben. Hierbei wird eine chemisch reaktive Polymerschicht (bis zu 500 nm dick) auf metallbasierte Partikel aufgebracht, auf die Polymerschicht werden anschließend Farbstoff tragende Nanopartikel (1–100 nm) gebunden. Bei Analytkontakt (z. B. DNA, Wasser, CO₂, organische Dämpfe und Lösungsmittel) ändert das Partikelsystem seine optischen Eigenschaften. Die Änderung der optischen Eigenschaften tritt aufgrund einer Veränderung der Eigenschaften der Polymerschicht zwischen Farbstoff-Nanopartikeln und Metallpartikeln auf. Die Änderung der optischen Eigenschaften wird mithilfe von „resonance amplified optical absorption of light” (d. t. resonanzverstärkte optische Absorption von Licht) ausgelesen.
Ferner wird in der US 6924147 B2 die selektive Erkennung von biogenen Aminen aus verdorbenen Lebensmitteln durch die Verwendung von molekular eingeprägten Polymeren beschrieben. Die Polymere werden als Teststreifen in Lebensmittelverpackungen eingebracht. Als Indikator wird hier ein Metall-Ligandkomplex des Nickels verwendet, der bei Reaktion mit biogenen Aminen eine Farbänderung zeigt.
Des Weiteren wird in der DE 10021313 A1 ein Haltbarkeitsindikator beschrieben, der in eine Lebensmittelverpackung integrierbar ist und bei Erreichen eines bestimmten pH-Wertes, einer Temperatur, eines Feuchtigkeitswertes oder nach Ablauf einer bestimmten Zeit sein Absorptionsverhalten ändert. Im Besonderen wird hier die Verwendung von pH-sensitiven Farbstoffen hervorgehoben.
Darüber hinaus wird in der US 6149952 die Bestimmung der Anwesenheit von kontaminierten Bakterien in verpackten Lebensmitteln beschrieben. Hierbei wird eine hydrophile Polymermatrix verwendet, in die Indikatoren für CO₂, CO, H₂O, SO₂, H₂ und NH₃ eingebettet werden. Diese Analyten werden von Verderbnisbakterien freigesetzt.
Die oben aufgeführte US 2010/020952 A1 bezieht sich auf metallbasierte Partikelsysteme, die mit einer speziellen Methode ausgelesen werden. Hier tritt die Änderung der optischen Eigenschaften nicht aufgrund einer strukturellen Veränderung des Farbstoffs in den Nanopartikeln auf, sondern wird durch eine Reaktion der unterlegenen Polymerschicht hervorgerufen.
Ferner beziehen sich die oben genannten US 6924147 B2 , DE 10021313 A1 und US 6149952 auf eine eingeschränkte Zahl von Analyten, auch nutzen sie Systeme, bei denen der Indikatorfarbstoff direkt in eine Polymermatrix eingebracht ist. Im Falle der US 6924147 B2 ist der Indikatorfarbstoff direkt in die Matrix einpolymerisiert, und es wird durch molekulares Prägen eine Selektivität allein gegenüber biogenen Diaminen einer bestimmten Kettenlänge erreicht. Im Gegensatz dazu verwenden die DE 100213131 A1 und die US 6149952 unspezifische Indikatormoleküle, die kaum eine Differenzierung hinsichtlich des Analyten erlauben.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Konzept zur Kontrolle eines verpackten Gutes zu schaffen, dass die oben genannten Nachteile vermeidet oder zumindest verringert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verpackung mit einem Indikatorbereich gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren zur Herstellung einer Verpackung mit einem Indikatorbereich gemäß Anspruch 20.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Verpackung mit einem Indikatorbereich, der eine Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln aufweist, an die ein Indikatorfarbstoff zum Detektieren eines Analyts unmittelbar gebunden ist.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Indikatorfarbstoff durch die unmittelbare Bindung an die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln einfach gehandhabt und vielseitig Verwendet werden. Beispielsweise ist eine einfache Aufbringung des Indikatorfarbstoffes mit der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln an die oder in die Verpackung sowohl vor als auch während der Herstellung der Verpackung möglich. Bei der Herstellung kann der Indikatorfarbstoff mit der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln z. B. als Suspension vorliegen und auf die Verpackung gesprüht, gedruckt oder gerakelt werden. Ferner kann die Suspension als Folie gezogen und die Folie auf die Verpackung aufgebracht werden. Des Weiteren führt die unmittelbare Bindung des Indikatorfarbstoffs an die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln zu einem gegenüber bekannten Systemen schnelleren Ansprechverhalten des Indikatorfarbstoffs durch kürzere Diffusionswege.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Verpackung mit einem Indikatorbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel der Vorliegenden Erfindung.
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Verpackung mit einem Indikatorbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar ist.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Verpackung 100 mit einem Indikatorbereich 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Indikatorbereich 102 weist eine Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 auf, an die ein Indikatorfarbstoff zum Detektieren eines Analyts unmittelbar gebunden ist.
Bei Ausführungsbeispielen kann durch die unmittelbare Bindung des Indikatorfarbstoffs an die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 eine Verpackung 100 mit einem einfach handhabbaren und vielseitig verwendbaren Indikatorbereich 102 geschaffen werden. Beispielsweise wird es einem Verbraucher durch die erfindungsgemäße Verpackung 100 ermöglicht, ohne Öffnen der Verpackung 100 die Güte des verpackten Gutes zu kontrollieren und gegebenenfalls, z. B. im Falle von Lebensmitteln oder Medikamenten, eine gesundheitliche Beeinträchtigung zu vermeiden. Ferner kann im Falle von Geräten oder Grundstoffen schnell und einfach eine Beeinträchtigung der Funktionalität und Qualität erkannt und eventuelle Folgeschäden durch die Verwendung vermieden werden.
Hierzu kann der Indikatorfarbstoff eine optische Eigenschaft aufweisen und ausgebildet sein, um bei Kontakt mit dem Analyt die optische Eigenschaft selektiv zu verändern. Des Weiteren kann der Indikatorfarbstoff derart ausgebildet sein, dass die optische Eigenschaft, die sich aufgrund des Kontakts mit dem Analyten selektiv ändert, eine Absorptionswellenlänge, eine Absorptionsintensität, eine Emissionswellenlänge, eine Emissionsintensität oder eine Fluoreszenzabklingzeit ist. Beispielsweise kann der Analyt ein biogenes Amin sein, welches bei einem Zersetzungsprozess von Lebensmitteln entsteht, wobei der Indikatorfarbstoff mit dem Analyt reagiert und seine Farbe wechselt.
Die Verpackung 100 kann den Indikatorbereich 102 in einer Innenseite der Verpackung 100 aufweisen. Ferner kann die Verpackung 100 in dem Indikatorbereich 100 eine Folie aufweisen. Des Weiteren kann die Verpackung 100 in dem Indikatorbereich transparent sein. Somit ist es für einen Verbraucher z. B. möglich, den Inhalt der Verpackung 100 von außen zu kontrollieren, ohne die Verpackung 100 selbst zu öffnen.
Der Indikatorfarbstoff kann mittels einer chemischen Bindung unmittelbar an die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 gebunden sein. Dabei kann die chemische Bindung z. B. eine Atombindung bzw. kovalente Bindung sein. Im Falle einer Atombindung ist der Indikatorfarbstoff fest an die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 gebunden. Dadurch kann ein Austreten des Indikatorfarbstoffs aus dem Indikatorbereich 102, der die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 aufweist, und eine damit verbundene eventuelle Kontamination des verpackten Gutes vermieden werden. Ferner kann die Verpackung 100 in dem Indikatorbereich 102 eine semipermeable Sperrschicht aufweisen, die z. B. ausgebildet sein kann, um den Analyten durchzulassen. Durch die semipermeable Sperrschicht kann darüber hinaus ein Austreten von Mikro-/Nanopartikeln 104 aus dem Indikatorbereich 102 vermieden werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104, an die der Indikatorfarbstoff zum Detektieren des Analyts unmittelbar gebunden ist, zu einem Indikatorstreifen verarbeitet werden, der auf die Verpackung 100 aufgebracht oder in die Verpackung 100 integriert werden kann. In diesem Fall weist der Indikatorbereich 102 der Verpackung 100 den Indikatorstreifen auf.
Eine Freisetzung des Analyts, z. B. eine unerwünschte und/oder schädliche Substanz, kann dabei optisch mit dem Indikatorstreifen (basierend beispielsweise auf Absorption, Reflexion, Lumineszenz, SPR (SPR = Surface Plasmon Resonance, dt. Oberflächen-Plasmon-Resonanz) oder IR (IR = infrarot Absorption oder Raman Absorption)), der z. B. in die Verpackung 100 integriert ist, nachgewiesen werden. Dies kann erreicht werden durch die Herstellung von in die Verpackung 100 integrierbaren Indikatorstreifen, die auf verschiedene Arten von Analyten, z. B unerwünschte und/oder detektierbare Substanzen, anschlagen, im Folgenden: Amine, Kohlendioxid, Alkohole, Aldehyde, Carbonsäuren, reaktive Sauerstoffspezies (inklusive Wasserstoffperoxid), Saccharide, Thiole, Diole, Stickoxide, Ketone, phosphororganische Verbindungen, Kationen, Anionen, Kohlenmonoxid und Aminosäuren. Hierfür können geeignete reversible oder irreversibel arbeitende Indikatorfarbstoffe mit entsprechenden Rezeptorfunktionalitäten verwendet werden. Diese maßgeschneiderten Indikatorfarbstoffe werden an die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 aus geeigneten organischen oder anorganischen Polymeren chemisch stabil (kovalent) gebunden. Wie bereits erwähnt, können die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 anschließend entweder direkt, oder in eine geeignete natürliche oder künstliche Polymermatrix eingebettet, zu einem Indikatorstreifen verarbeitet werden. Der Indikatorstreifen kann bei Bedarf durch eine geeignete semipermeable Sperrschicht ergänzt werden, um z. B. Lebensmittel- und Medikamenten-Verpackungsrichtlinien zu genügen. Die stabile chemische Immobilisierung der Indikatorfarbstoffe kann eine mögliche Kontamination des verpackten Gutes verhindern, des Weiteren kann die Sperrschicht eine mögliche Migration von Polymer- und Farbstoffbestandteilen in das Gut unterdrücken.
Der wichtigste Vorteil der Verpackung 100 mit dem Indikatorstreifen basierend auf Mikro-/Nanopartikeln 104 ist die einfache Handhabung und vielseitige Verwendbarkeit. Die Verwendung eines solchen Indikatorstreifens ermöglicht es dem Verbraucher, schnell und einfach ohne direkte Kontaktaufnahme eine Aussage über den Zustand des verpackten Gutes zu treffen.
Die Verwendung von der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 hat gegenüber bekannten Systemen den Vorteil von rascherem Ansprechverhalten durch kürzere Diffusionswege. Durch die kleinen Dimensionen der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104, die z. B. im Bereich von 10 bis 150 nm oder im Bereich von 3 bis 600 nm liegen können, ergibt sich eine schnellere Reaktion des eingebetteten Indikatorfarbstoffs auf den Analyten verglichen mit der Einbettung dickerer Polymermatrizes.
Ferner kann die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 porös sein. Es können somit Selektivitäten gegenüber den Analyten, und somit die Verlässlichkeit der Farbänderung durch die Porösität der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 beeinflusst werden. Hier kann je nach Porösität oder Art der Poren die Diffusion des gewünschten Analyten vorteilhaft gesteuert werden. Dadurch ist eine starke Verbesserung der Selektivität des Indikatorstreifens auf wenige Analyten möglich.
So ist bei Mikro-/Nanopartikeln auch eine Verwendung von mehreren Farbstoffen gleichzeitig, eingebettet in verschiedene Mikro-/Nanopartikel der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104, möglich. Diese können mehrere Analyten parallel erkennen. Alternativ kann bei Lumineszenzmessungen ein inerter Farbstoff zur Referenzierung des Signals zugesetzt werden. Dies erhöht die Verlässlichkeit der Aussage des Indikatorstreifens weiter.
Ferner können die Mikro-/Nanopartikel der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 einen Kern und eine Hülle aufweisen. In anderen Worten, die Mikro-/Nanopartikel können in einem Kern-Hülle-Aufbau gestaltet werden. Dabei kann der Kern des Mikro-/Nanopartikels der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 den Indikatorfarbstoff aufweisen, und die Hülle des Mikro-/Nanopartikels eine Löslichkeit des Mikro-/Nanopartikels in Polymermaterialien steuern. Somit kann der Kern als Indikatorchemie beinhalten, während die Hülle die Löslichkeit des Mikro-/Nanopartikels in Polymermaterialien steuert.
Alternativ kann der Kern des Mikro-/Nanopartikels der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 magnetisch sein, wobei ein erster Teil der Hülle des Mikro-/Nanopartikels einen Referenzfarbstoff und ein zweiter Teil der Hülle den Indikatorfarbstoff aufweist. Somit kann der Kern magnetisch sein, während die erste Hülle einen Referenzfarbstoff beinhaltet, und während die zweite Hülle den Indikatorfarbstoff aufweist.
Alternativ kann die Hülle des Mikro-/Nanopartikels der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 Poren aufweisen, wobei die Poren für ein Gas selektiv durchlässig sind, und wobei der Kern des Mikro-/Nanopartikels den Indikatorfarbstoff aufweist, wobei der Indikatorfarbstoff ausgebildet ist, um das Gas in seiner ionischen Form zu detektieren. Somit kann die Hülle eine spezielle Porösität aufweisen, welche nur Gase selektiv durchlässt, während sich in dem Kern ein Indikatorfarbstoff für Ionen befindet, der das Gas dann in seiner ionischen Form detektiert.
Alternativ kann die Hülle des Mikro-/Nanopartikels der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 ein Enzym zur chemischen Umsetzung des Analyts aufweisen, wobei bei der chemischen Umsetzung ein Produkt entsteht, und wobei der Kern des Mikro-/Nanopartikels den Indikatorfarbstoff und einen Referenzfarbstoff aufweist, wobei der Indikatorfarbstoff ausgebildet ist, um das Produkt zu detektieren. Somit kann im Kern ein Referenzfarbstoff und ein Indikatorfarbstoff vorliegen, während sich in der Hülle ein Enzym befindet, welches den zu untersuchenden Analyten chemisch umsetzt, weil diese Reaktion in der Folge ein Produkt erzeugt, welches dann vom Indikator detektiert wird.
Vor allem bietet die Verwendung der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 die Möglichkeit einer stabilen Immobilisierung des Indikatorfarbstoffs und dadurch ein Unterdrücken der Kontamination der Probe bzw. des verpackten Gutes (z. B. Lebensmittel, Medikamente etc.). Der Indikatorfarbstoff kann chemisch stabil (kovalent) in die Matrix des partikelformenden Polymers eingearbeitet werden. Somit können diese nicht mehr aus den Mikro-/Nanopartikeln austreten und das zu untersuchende Gut kontaminieren. Dies trägt stark zur Sicherheit des Indikatorstreifens für den Verbraucher bei. Die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 können wahlweise in eine Polymerschicht eingebracht, quervernetzt oder direkt auf ein Trägermaterial, wie zum Beispiel eine Folie, aufgebracht werden.
Bei der Herstellung der Verpackung ist es zum Beispiel möglich, die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 mit (geeigneten) Polymeren zu einer Folie, einem Netz oder Schaum zu extrudieren, und die Folie, das Netz oder den Schaum auf die Verpackung 100 in dem Indikatorbereich 102 aufzubringen. Darüber hinaus ist es bei der Herstellung der Verpackung 100 möglich, die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 mit (geeigneten) Polymeren zu der Verpackung 100 zu extrudieren.
Ein großer Vorteil von Mikro-/Nanopartikeln ist somit ihre deutlich verbesserte Prozessierbarkeit gegenüber anderen Formulierungen, was sich in ihrer guten Verarbeitbarkeit in Rolle-zu-Rolle-Verfahren, Ink-Jet-Drucken, Siebdrucken und Extrudieren zeigt. Dies ist ein großer Vorteil auf eine günstige großtechnische Fertigung des Indikatorstreifens.
Die an die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 angebundenen Indikatorfarbstoffe tragen spezifische Rezeptorgruppen, um eine selektive Analyterkennung zu gewährleisten. Ein Beispiel zur Erfassung von Aminen ist die Trifluoracetylgruppe-Amin-Wechselwirkung. Rezeptoren, die eine sichtbare Änderung der Kontrollfläche für reaktive Sauerstoffspezies hervorrufen, können zum Beispiel Redoxsysteme sein, wobei häufig Metall-Ligand-Komplexe verwendet werden und die Erkennungsreaktion dann am Metallzentrum stattfindet. Fluorescein-Sulfonatgruppen sind selektive Rezeptorgruppen für Wasserstoffperoxid, Maleimidfunktionen sind selektive Rezeptorgruppen für Thiole, Tricyanovinylgruppen sind selektive Rezeptorgruppen für primäre und sekundäre Amine, Pyrylium-Funktionen sind selektive Rezeptorgruppen für primäre Amine, Hydrazinfunktionen sind selektive Rezeptorgruppen für Aldehyde und Ketone, Aminogruppen sind selektive Rezeptorgruppen für Aldehyde und Ketone, Boronsäurefunktionen sind selektive Rezeptorgruppen für Diole, 1,2-Diaminobenzolgruppen sind selektive Rezeptorgruppen für Stickoxide, Aldehydfunktionen sind selektive Rezeptorgruppen für Aminosäuren. Kronenether, Calixarene und Kryptanden sind selektive Rezeptorgruppen für Kationen und Anionen, Metallpolyphyrinkomplexe sind selektive Rezeptorfunktionen für Kohlenmonoxid, Amine und Stickoxide.
Die Indikatorfarbstoffe, die an die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 unmittelbar gebunden sind können über ihre selektive Erkennungsreaktion auch zur Produkt-Authentifizierung von Lebensmitteln, Medikamenten und anderen Gütern eingesetzt werden. Die Farbänderungen und die optischen Eigenschaften des Indikatorstreifens sind dann für ein spezifisches Produkt einzigartig und können nicht gefälscht werden. Hierfür können auch unterschiedliche gefärbte Mikro-/Nanopartikel-Systeme kombiniert werden.
Die erfindungsgemäße Verpackung 100 kann zur Kontrolle der Unbedenklichkeit des verpackten Gutes (z. B. Lebensmittel oder Medikamente) durch den Verbraucher beim Kauf oder zu Hause verwendet werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Verpackung 100 für schnelle Kontrollen von Grundstoffen und Geräten während der Lagerung und dem Transport verwendet werden.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Indikatorstreifen (bzw. Sensorfolie), der in die Verpackung 100 integriert werden kann und dort die Qualitätskontrolle übernehmen kann. Der Indikatorfarbstoff des Indikatorstreifens kann dabei vor verdorbener Speise durch einen Farbwechsel warnen. Bei verpackten Lebensmitteln, wie z. B. Fisch oder Fleisch ist es für den Verbraucher kaum möglich, zwischen frischer und bereits ungenießbarer Ware zu unterscheiden. Auch das Mindesthaltbarkeitsdatum stellt keine Garantie da.
Die erfindungsgemäße Verpackung 100 mit dem Indikatorbereich 102, der eine Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 aufweist, an die ein Indikatorfarbstoff zum Detektieren eines Analyts unmittelbar gebunden ist, kann z. B. Verbraucher vor verdorbener Ware warnen.
Im Falle von Lebensmittelverpackungen kann der Indikatorstreifen (Sensorfolie) in die Innenseite der Verpackung 100 integriert werden und auf biogene Amine (Moleküle, die beim Zersetzungsprozess von Lebensmitteln, vor allem Fisch und Fleisch, entstehen) reagieren. Biogene Amine sind auch für den unangenehmen Geruch verantwortlich. Gelangen diese nun in die Luft in der Verpackung 100, so reagiert der Indikatorfarbstoff des Indikatorstreifens mit ihnen und wechselt seine Farbe, z. B. von gelb zu blau. Die Farbänderung des Indikatorstreifens kann somit eine Warnfunktion übernehmen. Dies ist nicht nur interessant, um ungenießbare Produkte zu erkennen. Viele Menschen reagieren überempfindlich auf bestimmte Amine. Eine Warnung ist für sie umso wichtiger.
Die Information der erfindungsgemäßen Verpackung 100 mit dem Indikatorbereich 102 beruht im Gegensatz zum Mindesthaltbarkeitsdatum nicht auf einer Schätzung, sondern auf der tatsächlichen Kontrolle des verpackten Gutes, z. B. Lebensmittel. Gleichzeitig ist die erfindungsgemäße Verpackung 100 mit dem Indikatorbereich im Vergleich zu anderen Lösungen, beispielsweise elektronische Sensoren, sehr kostengünstig. Darüber hinaus ist es erforderlich, dass Dinge, die direkt mit Lebensmitteln in Kontakt kommen können, hohen Anforderungen genügen. Bei der erfindungsgemäßen Verpackung 100 mit dem Indikatorbereich 102 ist die Lebensmittelsicherheit durch eine semipermeable Sperrschicht zwischen dem Indikatorstreifen und den verpackten Lebensmitteln gewährleistet. Diese Sperrschicht kann z. B. ausgebildet sein, um nur gasförmige Amine durchzulassen. Der Indikatorfarbstoff (Indikatorchemikalien) können nicht passieren.
Darüber hinaus kann der Indikatorbereich 102 der Verpackung 100 mit einem Messmodul ausgelesen werden. Mitarbeiter der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie können damit das verpackte Gut direkt kontrollieren, um z. B. dessen Frische zu testen. Das Messmodul kann dabei die Farbreaktion objektiv auswerten und ein genaueres Ergebnis liefern als das menschliche Auge. Des Weiteren können mit dem Messmodul Farbzwischenstufen exakt bestimmt werden.
Im folgenden soll ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verpackung 100 mit dem Indikatorbereich 102, der eine Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 aufweist, an die ein Indikatorfarbstoff zum Detektieren eines Analyts unmittelbar gebunden ist, beschrieben werden.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Verpackung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem ersten Schritt 130 wird eine Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 bereitgestellt, an die ein Indikatorfarbstoff zum Detektieren eines Analytes unmittelbar gebunden ist. In einem zweiten Schritt 132 werden die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln 104 auf die Verpackung in einem Indikatorbereich 102 aufgebracht.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Verpackung 100, kann ferner eine Suspension bereitgestellt werden, die die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln aufweist, wobei bei dem zweiten Schritt 132 die Suspension auf die Verpackung in dem Indikatorbereich aufgebracht wird. Ferner kann die Suspension als Indikatorstreifen auf die Verpackung 100 aufgebracht oder in die Verpackung 100 integriert werden.
Die Suspension kann dabei auf den Indikatorbereich 102 der Verpackung 100 gesprüht, gerakelt oder gedruckt weden. Alternativ kann die Suspension als Folie gezogen und die Folie in dem Indikatorbereich 102 der Verpackung 100 aufgebracht werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2010/0209521 A1 [0003]
US 6924147 B2 [0004, 0008, 0008]
DE 10021313 A1 [0005, 0008]
US 6149952 [0006, 0008, 0008]
US 2010/020952 A1 [0007]
DE 100213131 A1 [0008]

Claims

Verpackung (100) mit einem Indikatorbereich (102), wobei der Indikatorbereich (102) eine Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln (104) aufweist, an die ein Indikatorfarbstoff zum Detektieren eines Analyts unmittelbar gebunden ist.
Verpackung (100) nach Anspruch 1, wobei der Indikatorfarbstoff mittels einer chemischen Bindung unmittelbar an die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln (104) gebunden ist.
Verpackung (100) nach Anspruch 2, wobei die chemische Bindung eine Atombindung ist.
Verpackung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Indikatorfarbstoff eine optische Eigenschaft aufweist und ausgebildet ist, um bei Kontakt mit dem Analyt die optische Eigenschaft selektiv zu verändern.
Verpackung (100) nach Anspruch 4, wobei der Indikatorfarbstoff derart ausgebildet ist, dass die optische Eigenschaft, die sich aufgrund des Kontakts mit dem Analyt selektiv ändert, eine Absorptionswellenlänge, eine Absorptionsintensität, eine Emissionswellenlänge, eine Emissionsintensität oder eine Fluoreszenzabklingzeit ist.
Verpackung (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Analyt ein Amin, ein Kohlendioxid, ein Aldehyd, eine Carbonsäure, eine reaktive Sauerstoffspezies, ein Wasserstoffperoxid, ein Saccharid, ein Thiol, ein Diol, ein Stickoxid, ein Keton, eine phosphororganische Verbindung, ein Kation, ein Anion, ein Kohlenmonoxid oder eine Aminosäure ist.
Verpackung (100) nach Anspruch 6, wobei der Indikatorfarbstoff eine Rezeptorgruppe für den Analyt aufweist, wobei die Rezeptorgruppe eine Trifluoracetylgruppe für das Amin; ein Redoxsystem für die Sauerstoffspezies; eine Fluorescein-Sulfonatgruppe für das Wasserstoffperoxid; eine Maleimidfunktion für das Thiol; eine Tricyanovinylgruppe für das Amin; eine Pyryliumfunktion für das Amin; eine Hydrazinfunktion für das Aldehyd oder Keton; eine Aminogruppe für das Aldehyd oder Keton; eine Borsäurenfunktion für das Diol; eine 1,2-Diaminobenzolgruppe für das Stickoxid; eine Aldehydgruppe für die Aminosäure; eine Kronenethergruppe für das Kation oder Anion; eine Calixarengruppe für das Kation oder Anion; eine Kryptandengruppe für das Kation oder Anion; oder eine Metallpolyphyrinkomplexgruppe für das Kohlenmonoxid, Amin oder Stickoxide ist.
Verpackung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln (104) Polymere sind und in eine Polymermatrix eingebettet sind.
Verpackung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln (104) porös sind.
Verpackung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Mikro-/Nanopartikel der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln (104) einen Kern und eine Hülle aufweisen.
Verpackung (100) nach Anspruch 10, wobei der Kern des Mikro-/Nanopartikels der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln (104) den Indikatorfarbstoff aufweist, und wobei die Hülle des Mikro-/Nanopartikels eine Löslichkeit des Mikro-/Nanopartikels in Polymermaterialien steuert.
Verpackung (100) nach Anspruch 10, wobei der Kern des Mikro-/Nanopartikels der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln (104) magnetisch ist, und wobei ein erster Teil der Hülle des Mikro-/Nanopartikels einen Referenzfarbstoff und eine zweiter Teil der Hülle den Indikatorfarbstoff aufweist.
Verpackung (100) nach Anspruch 10, wobei die Hülle des Mikro-/Nanopartikels der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln (104) Poren aufweist, wobei die Poren für ein Gas selektiv durchlässig sind, und wobei der Kern des Mikro-/Nanopartikels den Indikatorfarbstoff aufweist, wobei der Indikatorfarbstoff ausgebildet ist, um das Gas in seiner ionischen Form zu detektieren.
Verpackung (100) nach Anspruch 10, wobei die Hülle des Mikro-/Nanopartikels der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln (104) ein Enzym zur chemischen Umsetzung des Analyts aufweist, wobei bei der chemischen Umsetzung ein Produkt entsteht, und wobei der Kern des Mikro-/Nanopartikels den Indikatorfarbstoff und einen Referenzfarbstoff aufweist, wobei der Indikatorfarbstoff ausgebildet ist, um das Produkt zu detektieren.
Verpackung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Verpackung (100) den Indikatorbereich (102) in einer Innenseite der Verpackung (100) aufweist.
Verpackung (100) nach Anspruch 15, wobei die Verpackung (100) in dem Indikatorbereich (102) eine Folie aufweist.
Verpackung (100) nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Verpackung in dem Indikatorbereich (102) transparent ist.
Verpackung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Verpackung (100) in dem Indikatorbereich (102) eine semipermeable Sperrschicht aufweist.
Verpackung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Verpackung (100) eine Verpackung für Lebensmittel, Medikamente, Geräte oder Grundstoffe ist.
Verfahren zur Herstellung einer Verpackung mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln, an die ein Indikatorfarbstoff zum Detektieren eines Analyts unmittelbar gebunden ist; und Erzeugen der Verpackung, so dass die Verpackung einen Indikatorbereich aufweist, wobei der Indikatorbereich die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln aufweist, an die der Indikatorfarbstoff zum Detektieren des Analyts unmittelbar gebunden ist.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner mit folgendem Schritt: Bereitstellen einer Suspension, die die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln aufweist; wobei bei dem Erzeugen der Verpackung die Suspension auf die Verpackung in dem Indikatorbereich aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei bei dem Aufbringen der Suspension in dem Indikatorbereich der Verpackung die Suspension in dem Indikatorbereich auf die Verpackung gesprüht, gerakelt oder gedruckt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei bei dem Aufbringen der Suspension in dem Indikatorbereich der Verpackung die Suspension als Folie gezogen und die Folie in dem Indikatorbereich auf die Verpackung aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner mit folgendem Schritt: Extrudieren der Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln mit Polymeren zu einer Folie, einem Netz oder Schaum; wobei bei dem Erzeugen der Verpackung die Folie, das Netz oder der Schaum auf die Verpackung in dem Indikatorbereich aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei bei dem Erzeugen der Verpackung die Mehrzahl von Mikro-/Nanopartikeln mit Polymeren zu der Verpackung extrudiert werden.