Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist daher, neue Temperaturgeschichte-Indikatoren
zur Verfügung zu
stellen, welche die genannten Probleme vermeiden und darüber hinaus
weitere Vorteile aufweisen.
Allgemeine Beschreibung
der Erfindung
Es
wurde nun überraschend
gefunden, dass auf Basis der nachfol gend im einzelnen beschriebenen Erfindung
ein Anzeigeelement zum optischen Erkennbarmachen von Überschreitungen
bestimmter Temperaturen zur Verfügung
gestellt werden kann, das erst durch das Unterschreiten einer bestimmten
Temperatur (beispielsweise der optisch erkennbar zu machenden Auftautemperatur
eines Produktes) aktiviert wird. Dies ermöglicht in bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung die Aufbewahrung des Anzeigeelementes oberhalb dieser
bestimmten Temperatur (beispielsweise bei Raumtemperatur) ohne das
zwingende Erfordernis der Lagerung oder Anbringung bei Temperaturen
unterhalb dieser Temperatur. Als Folge treten erst beim erneuten Überschreiten
dieser Temperatur Änderungen
ein, die es ermöglichen,
dass das Überschreiten
optisch erkennbar wird, und zwar auch unabhängig davon, ob abschließend wieder
unter diese Temperatur abgekühlt
wird, wie es gerade bei einer vorübergehenden Unterbrechung der
Kühlkette
geschieht. Die erfindungsgemäßen Anzeigeelemente
ermöglichen
eine produktspezifische, dauerhafte und eindeutige Anzeige einer
Unterbrechung der Kühlkette
(insbesondere auch tief-)gekühlter
Produkte.
Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
Die
Erfindung betrifft vor allem Anzeigeelemente zum optischen Erkennbarmachen
von Überschreitungen
bestimmter Temperaturen, insbesondere von Auftautemperaturen, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anzeigeelemente
- (i)
Substanzen und/oder
- (ii) Reaktionskomponenten zur Bildung solcher Substanzen
beinhalten,
die jeweils in sie mindestens teilweise umgebende molekulare Hüllen, die
in einer oberhalb dieser Temperaturen flüssigen Phase gelöst und/oder
emulgiert sind, eingeschlossen sind, wobei die Einschließung sowie
die Substanzen und/oder Reaktionskomponenten derart ausgebildet
sind, dass die entsprechenden Substanzen und/oder Reaktionskomponenten
erst nach dem Unterschreiten, insbesondere unter Erstarren des sie
umgebenden Mediums, und anschließenden Überschreiten, insbesondere
unter Schmelzen des sie umgebenden Mediums, der besagten bestimmten
(insbesondere Auftau-)Temperaturen mindestens teilweise aus der
eingeschlossenen Form in die oberhalb dieser Temperaturen flüssige Phase
freisetzbar sind und dort zu einer dauerhaften optisch, insbesondere
visuell, erfassbaren Veränderung
des Anzeigeelementes führen.
Die
Erfindung betrifft auch Herstellungsverfahren für derartige Anzeigeelemente,
dadurch gekennzeichnet, dass man die genannten Substanzen (i) und/oder
Reaktionskomponenten (ii) derartiger Substanzen (a) in sie mindestens
teilweise umgebende molekulare Hüllen
einschließt
und, falls nicht bei diesem Schritt bereits geschehen, (b) in einer
oberhalb einer bestimmten Temperatur flüssigen Phase löst oder
emulgiert, und (c), falls nicht bereits während des Schrittes (a) und/oder
(b) geschehen, in ein Anzeigebehältnis
füllt.
Die
Erfindung betrifft auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Anzeigeelemente
zum optischen Erkennbarmachen, insbesondere Visualisieren, von Unterbrechungen
der Kühlkette
bei Produkten, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechende Anzeigeelemente
vor oder nach dem Beginn des Kühlens
an den entsprechenden Produkten befestigt werden.
Sie
betrifft ferner die Verwendung von zur Herstellung von Einschlussverbindungen
geeigneten Stoffen als Komponenten A zur Umhüllung von jeweils vor- und
nachstehend definierten Substanzen (i) oder Reaktionskomponenten
(ii), wobei die Komponenten (A) und die Substanzen (i) oder die
Reaktionskomponenten (ii) gemischt werden, und deren Weiterverwendung
zur Herstellung von erfindungsgemäßen Anzeigeelementen.
Schließlich werden
neue Herstellungsverfahren für
neue Komponenten der genannten Anzeigeelemente gezeigt.
Die
vor- und nachstehend genannten allgemeinen Begriffe haben, soweit
nicht anders angegeben, vorzugsweise die nachfolgend genannten Bedeutungen,
wobei unabhängig
voneinander jeweils ein oder mehrere oder alle allgemeinen Ausdrücke bei
den nachfolgend genannten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
durch die spezifischeren Definitionen ersetzt werden können, was
jeweils zu weiter bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
führt:
Anzeigeelemente
sind in erster Linie in fertiger Gebrauchsform geschlossene Anzeigebehältnisse
(Umhüllungen
oder Behälter),
wie mindestens an einer Stelle oder insgesamt transparente (insbesondere
durchsichtige) Beutelchen, Ampullen, Patronen, Tuben, Fläschchen,
Dosen, Blistern oder dergleichen, die vorzugsweise flach (beispielsweise
mit einer möglichen
bevorzugten Dicke von nicht mehr als 5, wie insbesondere von 1 bis 2
mm) aus transparenten Materialien, wie Glas oder vorzugsweise Kunststoffen,
beispielsweise aus formsteifen Thermoplasten oder insbesondere aus
Kunststofffolie(n) vor allem in (beispielsweise vorzugsweise abgeflachter)
Beutelform, aus üblichen
Kunststoffen, wie Polyvinylalkohol, Poly((vinylalkohol)70-co(ethylen)30), Polyvinylchlorid, Copolymere aus Vinylidenchlorid
und Vinylchlorid und/oder Acrylnitril, wie Saran®, oder
Polyamid 6 (biaxial orientiert), Polyethylen, Polypropylen, Polyethylen(terephthalat),
Polystyrol, Polycarbonat, Poly(methyl(meth)acrylat, Poly(hydroxybutyrat-co-valerat,
Polyetherimid, oder vorzugsweise aus nachwachsenden Rohstoffen herstellbare
Folien, etwa aus Zellglas, oder insbesondere entsprechende biologisch
abbaubare Folien, beispielsweise basierend auf Stärke (gewonnen
beispielsweise aus Kartoffeln oder Mais), Chitosan (gewonnen aus
Chitinpanzern von Insekten), Casein (gewonnen aus Milch), Zein (aus
Mais) oder Polyhydroxybutyrat (= PHB – gewonnen aus Bakterien),
wie Maisfolien, erforderlichenfalls lackiert oder beschichtet; falls nötig oder
erwünscht,
jeweils mit üblichen
Zusatzstoffen, wie Weichmachern (bei biologisch abbaubaren Folien beispielsweise
Polyalkohole wie Propantriol und/oder Sorbitol), Licht- und UV-Stabilisatoren,
Sensibilisatoren (für
biologischen Abbau) oder dergleichen; welche die genannten Substanzen
(i), Reaktionskomponenten (ii), eine oder mehrere oberhalb einer
bestimmten Temperatur flüssige
Phasen und gegebenenfalls weitere Komponenten, insbesondere wie
unten näher
definiert, beinhalten. Die Behältnisse
werden durch übliche
Methoden verschlossen, beispielsweise durch Verschweißen, Verkleben,
verschrauben, Abklemmen oder dergleichen.
Liegen
zwei oder mehrere (beispielsweise geschichtete) Phasen im selben
Behältnis
nebeneinander vor, so können
die Behältnisse
vorzugsweise hart ausgebildet sein, um ein Mischen der Schichten,
beispielsweise durch Walken, während
der Lagerung vor dem Anbringen an Produkten und während des
Anbringens im ungekühlten
Zustand zu vermeiden; und/oder die Schichten können durch geeignete für nach Kühlen und Erwärmen freigesetzte
Substanzen (i) oder Reaktionskomponenten (ii) permeable Sperrschichten
voneinander getrennt sein, die ein makroskopisches Vermischen der
Schichten verhindern (beispielsweise poröse, insbesondere nur für die Substanzen
(i) oder Reaktionskomponenten (ii) in nach dem „Auftauen" freigesetzter, aber nicht in eingeschlossener
Form permeable Folien oder Membranen, beispielsweise aus transparenten Materialien
wie Nylonfiltermaterialien oder Ultrafiltrationsmaterialien, oder
auch Gelsperren, beispielsweise aus Agar, Agarose, Pektin, Gelatine,
Polyacrylamid, Polstyrol-Divinylbenzol-Kopolymeren oder Polyvinylacetat.
Diese wirken als Mischungs-, wie Konvektions- und oder -Diffu sionssperren.
Alternativ oder ergänzend kann
zum selben Zweck beispielsweise die Schicht, in der sich die eingeschlossenen
Substanzen (i) oder Reaktionskomponenten (ii) befinden, durch viskositätserhöhende Zusätze oder
dergleichen stabilisiert sein (beispielsweise durch Zusatz löslicher
Polymere, wie Polyether, und/oder Silikone). Auch durch Abklemmen
bei entsprechend nachgiebigen Behältnissen kann ein vorzeitiges
Vermischen verhindert werden (die entsprechenden Abklemmvorrichtungen
können
dann bei oder nach dem Anbringen der Anzeigevorrichtung an die Produkte
entfernt werden). Bevorzugt sind Umhüllungen oder Behältnisse
ohne derartige Sperren.
Diese
optional einsetzbaren Barrieren fehlen vorzugsweise, insbesondere
bei solchen Anzeigeelementen, die nur in ausreichend gekühlter Form
gelagert und an die Produkte angebracht werden und/oder bei denen
nach Aktivierung durch „Einfrieren" (Erstarren) und „Auftauen" (Verflüssigung,
Schmelzen) eine optisch erkennbare Änderung derart eintritt, dass
eine Bildung beispielsweise von Schichten nicht erforderlich ist.
Das
optische Erkennbarmachen geschieht beispielsweise durch spektrale
Veränderungen,
wie Farbänderungen, Änderungen
der Transparenz, Auftreten oder Fehlen von Leuchterscheinungen,
wie Photolumineszenz oder Chemilumineszenz, beispielsweise Entstehen
oder Aufheben von Trübungen,
oder dergleichen. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um farbliche Änderungen,
beispielsweise das Auftreten einer Färbung (wie Blaufärbung),
eine Farbänderung
(beispielsweise von blau nach rot) oder eine Entfärbung (beispielsweise
von blau nach farblos), oder auch die Änderung des relativen Anteils
einer auftretenden oder sich abschwächenden/verschwindenden Färbung im
Vergleich zu einer nicht gefärbten,
anders gefärbten
oder anfänglich
gefärbten
Region im Anzeigeelement. Eine andere bevorzugte Variante bezieht
sich auf das Auftreten, Ändern
(beispielsweise hinsichtlich der Farbe) oder das Löschen (Quenchen)
von Leuchterscheinungen, wie Phosphoreszenz oder Fluoreszenz. „Dauerhaft" bedeutet, dass die
entsprechende optische Veränderung
irreversibel ist oder (beispielsweise bei nur kürzer möglichen Leuchtreaktionen, wie
Chemilumineszenzen) mindestens eine gewisse Zeit andauert, beispielsweise
einige Minuten oder Stunden, wie 1 min bis 24 Stunden, was beispielsweise
für Transporte
gekühlter
Produkte, beispielsweise für
Forschung oder Transplantation, von einem Gebäude oder dergleichen zu einem
anderen ausreichen kann.
„Bestimmte
Temperaturen" sind
vorzugsweise diejenigen Temperaturen, deren Überschreiten durch die Anzeigeelemente
dauerhaft angezeigt werden soll und oberhalb derer gewünschte oder
erforderliche Produkteigenschaften, beispielsweise eine vorab ermittelte
Haltbarkeitsdauer und/oder Qualität der mit den Anzeigeelementen überwachbaren
Produkten, nicht mehr gewährleistet
werden kann. Hierbei kann es sich im Falle von Tiefkühlwaren
um die Temperatur handeln, bei der das zu überwachende Produkt auftaut,
oder um tiefere Temperaturen, oberhalb derer (beispielsweise im
Falle von biochemischen Produkten, wie Enzymen, Mikroorganismen
oder dergleichen) gewünschte
oder erforderliche Produkteigenschaften nicht mehr sicher gewährleistet
werden können.
Bei möglichen
bevorzugten Anzeigeelementen liegen diese Temperaturen im Bereich
zwischen –25
und + 20 °C,
beispielsweise zwischen –18 °C und 7 °C. Die nachfolgend
verwendeten Begriffe „Auftauen" oder „Schmelzen" beziehen sich dabei
nicht notwendigerweise auf die Ware selbst, sondern in erster Linie
auf die Temperatur, bei der die Medien/Phasen innerhalb des Anzeigeelements
vom festen in einen verflüssigten
Zustand übergehen.
Vorzugsweise handelt es sich um die „Schmelztemperaturen" oder „Erstarrungstemperaturen" oder die jeweils
entsprechenden Temperaturbereiche der entsprechenden Medien, d.h.,
Bedingung ist in erster Linie ein Übergang aus der erstarrten
in eine flüssige
Form (von fest nach flüssig).
Zu
den Substanzen (i), die einschließbar und mindestens teilweise
aus der eingeschlossenen Form in die oberhalb dieser Temperaturen
flüssige
Phase freisetzbar sind, gehören
insbesondere
- – Farbstoffe,
wie Bromphenolblau, Luxol Fast Blue, Nitroblautetrazolium, Thymolblau,
m-Kresolpurpur, 4-Diethylamino-4'-nitro-azobenzol
(als Beispiel für
Farbstoffe, die einer Solvatochromie unterliegen, die ebenfalls
ausgenutzt werden kann), Methylorange, Chrysoidin, Kongorot, Bromkresolgrün, Methylrot, Bromkresolpurpur,
Bromphenolrot, Bromthymolblau, Phenolrot, Neutralrot, m-Kresolpurpur,
Thymolblau, Phenolphthalein, Thymolphthalein, Alizaringelb GG, Epsilonblau,
Amidoschwarz 10B, Pararot, Diamantgrün, Fuchsin, Methylviolett,
Kristallviolett, Malachitgrün,
Alizarin, Indanthrenblau RS, Indigo, 6,6'-Dibromindigo, Thioindigo, Anthocyane,
wie Cyanidin, Flavan, Kaliumcyaniidinat, Genistein, Carotin, Lycopin, β-Carotin,
Phenthiazin, Methylenblau oder dergleichen wobei amphiphile Farbstoffe
und/oder solche Farbstoffe, die durch Zusätze (beispielsweise Säuren oder
Basen, die bei pH-Indikatoren eine Farbänderung bewirken) in dem sie
umgebenden Medium nach der Freisetzung aus der Einschließung eine
Farbänderung erfahren
, besonders bevorzugt sind;
- – Fluoreszenzfarbstoffe,
wie Fluoreszein, Eosin, Rhodamin, Hydroxycumarin, Benzofuran, Texas-Rot,
Biman, Phycoerythrine, Cyanin-Fluorophore Cy3TM,
Cy5TM oder deren Derivate (Amersham Biosciences
Europe GmbH, Freiburg, Germany), oder ferner Metallchelatkomplexe
(beispielsweise von Lanthaniden oder Ruthenium), insbesondere solche,
die durch Zusätze
(beispielsweise Säuren
oder Basen, die bei pH-abhängigen
Fluoreszenzfarbstoffen (wie Fluorescein, das im Alkalischen Fluoreszenz
zeigt) eine Änderung der
Fluoreszenzintensität
bewirken) in dem sie umgebenden Medium nach der Freisetzung aus
der Einschließung
eine Änderung
der Fluoreszenzintensität
oder -farbe erfahren;
- – Lumineszenzfarbstoffe,
wie Luminol oder Cumarin, insbesondere solche, die erst durch Zusätze in dem sie
umgebenden Medium nach der Freisetzung aus der Einschließung aktiviert
werden;
- – (insbesondere
zum Einschluss in Liposomen geeignetes) Grün-fluoreszierendes Protein
(GFP) oder mutierte Varianten davon;
- – (insbesondere
in Liposomen eingeschlossen) phosphoreszierende Stoffe, wie solche
der Formel AB + Me, worin AB ein Sulfid, Selenid, Oxid oder Carbonat
eines Metalls beispielsweise Ca, Ba, Sr, Mg, Be, Na, Pb oder Zn
bedeutet und Me ein in Spuren beigemengtes weiteres Metall ausgewählt aus
Al, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mn, Ag, Sn, Sb, Tl, Pb und Bi bedeutet,
insbesondere Zinksulfid-basierte phosphoreszierende Stoffe, oder
solche auf Strontium-Aluminat-Basis; insbesondere solche derartige
phosphoreszierende Stoffe, deren Leuchtreaktion durch Zusätze in dem
sie umgebenden Medium nach der Freisetzung aus der Einschließung unterdrückt (gequencht)
werden, wobei als Zusätze
Quencher wie z.B. 2,4,6-Trinitrotoluol, Nitroltoluol, negativ geladene
Quencher wie gelbes oder rotes Blutlaugensalz oder dergleichen in
Frage kommen;
- – Oligopeptidsubstrate,
beispielsweise N- oder C-terminal markierte Oligopeptide mit spezifischen
Spaltstellen für
Proteasen oder Peptidasen, z.B. o-Aminobenzoyat- GFSPFR-N-(2,4-dinitrophenyl)ethylendiamin als
spaltbares Peptid für
Thimet-Oligopeptidase (EC 3.4.24.15) oder Neurolysin (EC 3.4.24.16),
oder kurze fluorogene Peptide wie Adamantan-acetyl-(6-aminohexanoyl)-(3)leucinyl-(3)-vinyl-(methyl)-sulfon
als Spaltsubstrat für
Proteasomen; oder solche mit anderen funktionellen Gruppen, wobei
die Oligopeptidsubstrate oder ferner deren Spaltprodukte fluoreszierende
oder phosphoreszierende Eigenschaften zeigen, beispielsweise mit
p-Isothiocyanatophenyl-Derivaten
von Platin(II)-coproporphyrin I (vgl. O'Sullivan et al., Nucleic Acids Res.
30, e144 (2002), Kessler et al., Chem. Biol. 8, 913–29 (2001);
Oliveira et al., Biochemistry 40, 4417–4425 (2001);
Es
sei angemerkt, dass zu Leuchtreaktionen führende Substanzen oder Reaktionskomponenten
vorzugsweise für
kurzzeitig funktionierende Anzeigeelemente Einsatz finden, beispielsweise
für Waren
oder Produkte, die in der Forschung Einsatz finden sollen.
Zu
den Reaktionskomponenten (ii), die einschließbar und mindestens teilweise
aus der eingeschlossenen Form in die oberhalb dieser Temperaturen
flüssige
Phase freisetzbar sind, gehören
insbesondere Kombinationen aus 2 (oder mehr) Reagentien, von denen
mindestens eines zum Einschließen
in wie unten definierte mindestens teilweise die Substanzen (i)
und/oder Reaktionskomponenten (ii) umschließenden molekularen Hüllen geeignet
ist, während
mindestens eine weitere Komponente im oberhalb der Erstarrungstemperatur
flüssigen
Medium gelöst
oder dispergiert vorliegen, so dass die Komponenten erst nach einem
Einfrier- und Auftauvorgang
miteinander reagieren können
und so zum optischen Erkennbarmachen einer Unterbrechung der Kühlkette
führen.
Teilweise wurden derartige Mehrkomponentensysteme be reits vorstehend
erwähnt;
darüber
hinaus kommen folgende Reaktionskomponenten in Frage, wobei jeweils
eine oder mehrere geeignete der Komponenten in vor dem Einfrieren
und Auftauen eingeschlossener Form vorliegen:
Enzym/Substratkombinationen:
- – Luciferase
(z.B. aus Glühwürmchen oder
aus Bakterien) gekoppelt mit Substrat Luciferin; möglich ist
auch Kombination mit zusätzlicher
Alkalischer Phosphatase (AP) für
eine gekoppelte Reaktion mit Alkalischer Phosphatase und D-Luciferin-O-Phosphat
als AP-Substrat, dann Umwandlung des gebildeten D-Luciferins in
Anwesenheit von ATP, O2 und Mg2+-Ionen.
unter Lichtaussendung in Oxyluciferin; oder mit Glucose-6-phosphatoxidoreduktase
und (beispielsweise bakterieller) Luciferase – das aus dem Substrat FMN durch
die Redoxreaktion gebildete FMNH2 wird in
Anwesenheit von Decanal und Sauerstoff unter Lichtaussendung oxidiert;
- – Renilla-Luciferase
aus Seeanemone mit Coelenterazin, in Gegenwart von optionalem weiterem
Zusatz von Grünfluoreszierendem
Protein kommt es zu grüner
Sekundärfluoreszenz;
oder
- – Kombination
von Peroxidase (insbesondere Meerettich-Peroxidase) und Luminol (führt zur
Oxidation von Luminol, bestimmte Zusätze wie Phenole (z.B. p-Iodphenol),
Naphthole (z.B. 1-Brom-2-chlornaphthol), Amine (z.B. p-Anisidin) oder Cumarine
erhöhen
die Chemilumineszenz.
Nicht-leuchtend: - – Alkalische
Phosphatase (beispielsweise aus Rinds- oder Kalbsdarmmukosa, Bakterien,
Rinderleber, Rinderplacenta oder dergleichen) plus PNPP (p-Nitrophenylphosphat)
oder plus Kombination aus BCIP (5-Brom-4-chlor-3'-indolylphosphat-p-Toluidinsalz)
und NBT (Nitroblue- Tetrazoliumchlorid);
oder plus Fast Red TR/AS-MX-Substratgemisch;
- – Peroxidasen
wie Meerettich-Peroxidase, Soyabohnen-Peroxidase, plus TMB (Tetramethylbenzidin),
AEC (3-Amino-9-ethylcarbazol),
5AS (5-Aminosalicylsäure),
DAB (3,3'-Diaminobenzidin),
Guaiacol, ABTSD (2,2'-Azinobis[3-ethylbenzothiazolin-6-sulfonsäure], ABTS
(2,2-Azino-di(3-ethyl)-benzthiazolinphosphat, OPD (o-Phenylendiamin),
Pyrogallol, CN (4-Chloronaphthol) oder TMB (3,3',5,5'-Tetramethylbenzidin),
jeweils in Gegenwart von Peroxiden, wie Wasserstoffperoxid oder
ferner organischen Peroxiden;
- – β-Galactosidase
plus o-NPG (ortho-Nitrophenyl-β-D-Galactopyranosid);
oder
- – Peptidasen
oder Proteasen wie Thimet-Oligopeptidase oder Neurolysin, welche
die oben genannten Oligopeptidsubstrate an spezifischen Stellen
spalten können
und auf diese Weise als Quencher, in anderen Fällen als Aktivatoren für fluorogene
oder phosphoreszierende Substrate oder Chromophore dienen können.
Ferner
ist auch eine Kombination aus elektronenabgebenden Farbstoffkomponenten
als erster Komponente, beispielsweise
- – Leukofarbstoffen
wie Triphenylmethan-, Fluoran-, Phenothiazin-, Auramin- oder Spiropyranverbindungen oder
Indolinophthalid und dergleichen, die mit Akzeptoren Farbigkeit
ergeben, plus als zweiter Komponente korrespondierenden elektronenaufnehmenden
Verbindungen (Akzeptoren), die es ermöglichen, dass die erwähnten elektronenabgebenden
Farbstoffkomponenten sich färben
(beispielsweise bei schlechter Löslichkeit
der bei Kombination der Komponenten zu Komplexen in der sie umgebenden
Phase), beispielsweise die in DE
199 11 484 genannten, welche hier diesbezüglich durch
Bezugnahme inkorporiert wird, wie 2,2-Bis(hydroxyphenyl)propan;
Möglich ist
auch eine Kombination von Quenchern für Fluoreszenzfarbstoffe als
einer Reaktionskomponente, wie z.B. TRMRA (Tetramethylrhodamin,
geignet z.B. als Quencher für
Fluorescein) oder „Black
Hole Quenchers" (geeignet
insbesondere für
Metallchelatkomplexe), mit Fluoreszenzfarbstoffen als zweiter Komponente
(hier ist dann fehlende Fluoreszenz der Nachweis für einen
Frier-/Auftauzyklus innerhalb einer Kühlkette);
oder es können Farbstoffe
(wie oben genannt) als die eine und entfärbende Substanzen, wie Oxidationsmittel, als
zweite Komponente kombiniert werden;
alternativ können auch
(beispielsweise in Kronenether oder dergleichen einschließbare) Ionen
als erste Komponente (insbesondere Metallkationen, wie Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Al3+, Fe2+, Al3+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+) und mit diesen farbige Komplexe bildende
Komplexbildner (die, falls die Ionen in freier Form vorliegen sollen,
auch einschließbar
sein können,
wie Eriochromschwarz T, Murexid, Metallphthalein, Brenzcatechinviolett,
1-[2-Pyridazo]-resorcin, Calconcarbonsäure, Xylenylorange, Cibalan
(Ciba Spezialitätenchemie),
Irgalan (Ciba Spezialitätenchemie)
oder Ortolan (BASF)) als zweite Komponente als Reaktionspartner
verwendet werden, oder
es können
mittels gegenüber
der zweiten Komponente stärkeren
und/oder in größerer Menge
vorhandenen Komplexbildnern (wie Nitriloessigsäure, Diaminocyclohexantetraessigsäure oder
Ethylendiamintetraeessigsäure
als erster Komponente farbige Metall-Komplexe (beispielsweise von
Eriochromschwarz T, Murexid, Metallphthalein, Brenzcatechinviolett,
1-[2-Pyrida zo]-resorcin, Calconcarbonsäure, Xylenylorange oder dergleichen)
als zweite Komponente verwendet werden, die durch Entziehung ihrer
Metallionen (insbesondere wie gerade genannt) beispielsweise entfärbt oder
umgefärbt
werden.
Die
mindestens teilweise die Substanzen (i) und/oder Reaktionskomponenten
(ii) umschließenden molekularen
Hüllen
umfassen insbesondere Coronanden, Spheranden, Cavitanden, Carcevanden,
Kryptanden, Podanden, Calixarene oder Liposomen, welche die Eigenschaft
haben, bei Einfrier- und anschließenden Schmelz(= Auftau-)vorgängen ihre
Eigenschaften so zu ändern,
dass dabei eingeschlossene Moleküle
freigesetzt werden. Vorzugsweise handelt es sich um
- (a) Kronenether (geeignet insbesondere für die Bindung von Kationen)
- (b) mindestens teilweise geschlossene, wie helikale, Strukturen
bildende Oligo- oder Polysaccharide oder deren Derivate (beispielsweise
an einzelnen oder mehreren Hydroxygruppen alkyliert mit Niederalkylresten,
wie Methyl oder Ethyl, oder Epichlorhydrin-modifizierte Derivate,
oder verzweigtkettige Derivate, beispielsweise Glucosyl- oder Maltosyl-Derivate),
insbesondere Cyclodextrine, in erster Linie α-Cyclodextrin, γ-Cyclodextrin
oder insbesondere β-Cyclodextrin,
oder Derivate von Cyclodextrinen, wie alkylierte Formen, z.B. Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin,
Heptakis-(2,6-di-O-methyl)-β-Cyclodextrin, Diethyl-β-Cyclodextrin, Triethyl-β-Cyclodextrin
oder dergleichen, verzweigte Derivate, wie Maltosyl-, Glucosyl-
oder Di-Maltosyl-β-Cyclodextrin,
oder β-Cyclodextrin-Epichlorhydrin-Polymere;
- (c) Cathenane
- (d) Rotaxane
- (e) cyclische Peptide
- (f) Diazapolyoxamakrobicyclen
- (g) Tetraglyme
- (h) Komplexone
- (i) Chelatkomplexe, beispielsweise von Ethylendiamintetraessigsäure, oder
- (j) Liposomen, welche aus einer Doppelschicht aus Stoffen mit
gleichzeitig hydrophilen und hydrophoben Eigenschaften bestehen,
wobei als hydrophile (polare) Gruppen Phosphat, Carboxy (-COOH),
Sulfat (-SO4H), Amino, Hydroxy, eine Cholingruppe,
oder dergleichen, als hydrophobe (nicht-polare) Gruppe ein Kohlenwasserstoffrest,
beispielsweise Alkyl, Alkenyl oder Alkinyl, jeweils mit aromatischen
oder cycloaliphatischen Resten substituierte derartige Reste, oder
dergleichen, in Frage kommen. Vorzugsweise bestehen sie aus einer
Phospholipiddoppelschicht, wobei sich als Verkapselungsmaterialien
beispielsweise Lecithin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidinsäure oder
dergleichen, wie auch Gemische von zwei oder mehr derartigen Komponenten,
eignen. Gewünschtenfalls
können
die Liposomen durch UV- oder Lichtbestrahlung brüchiger gemacht werden.
Die
unter (b) und (j) genannten molekularen Hüllen sind besonders bevorzugt.
Dass
die Einschließung
sowie die eingeschlossenen oder einzuschließenden Substanzen und/oder Reaktionskomponenten
derart ausgebildet sind, dass diese erst nach dem Unterschreiten,
insbesondere unter Erstarren des sie umgebenden Mediums, und anschließenden Überschreiten,
insbesondere unter Schmelzen des sie umgebenden Mediums, der besagten
bestimmten (insbesondere Auftau-)Temperaturen mindestens teilweise
aus eingeschlossenen Form in die oberhalb dieser Temperaturen flüssige Phase
freisetzbar sind und dort zu einer dauerhaften optisch, insbesondere
visuell, erfassbaren Veränderung
des Anzeigeelementes führen,
besagt insbesondere, dass vor einem Verfestigen (Erstarren) durch
Abkühlen
(z.B. „Gefrieren") eines flüssigen Mediums
(= einer Phase), in dem (der) die eingeschlossene(n) Verbindungen)
vorliegen, und dessen anschließendem
Verflüssigen
durch Erwärmung
(„Auftauen", „Schmelzen") keine oder keine
optisch erkennbare Freisetzung der entsprechenden Substanzen und/oder
Reaktionskomponenten erfolgt, sondern eine Freisetzung aus der Einschlussverbindung
(Begriff hier im weitesten Sinne verwendet) erst durch das Verfestigen
und Erwärmen
und stattfinden kann.
Zu
den oberhalb einer bestimmten Temperatur flüssigen Phasen (= Medien) zählen solche
Lösungsmittel
oder Lösungsmittelgemische,
die unterhalb einer wie oben definierten bestimmten Temperatur oder
innerhalb eines um diese Temperatur liegenden Temperaturbereichs
beim Abkühlen
erstarren bzw. beim Erwärmen „auftauen" = schmelzen. Hierzu
zählen
in erster Linie hydrophobe Medien, insbesondere ausgewählt aus hydrophoben
Fetten oder Ölen,
wie insbesondere Triglyzeriden; Wachsen; Fettalkoholen, wie insbesondere gesättigten
oder ein- oder mehrfach ungesättigten,
verzweigten oder unverzweigten aliphatischen Fettalkoholen mit 8
oder mehr Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit bis zu 26 Kohlenstoffatomen,
wie Laurinalkohol, Myristinalkohol, Cetylalkohol oder Cerylalkohol;
und Fettsäuren,
wie insbesondere gesättigten
oder ein- oder mehrfach ungesättigten,
verzweigten oder unverzweigten aliphatischen Monocarbonsäuren, vorzugsweise
mit 6 bis 26 Kohlenstoffatomen, wie Capron-, Capryl-, Caprin-, Laurin-,
Myristin-, Palmitin-, Stearin-, Öl-,
Linol- oder Linolensäure;
oder Gemischen von zwei oder mehr dieser Komponenten.
Sofern
diese nicht bereits direkt die entsprechenden Verflüssigungs-
bzw. umgekehrt Erstarrungstemperaturen aufweisen, kann durch Mischung
je nach Zusammensetzung gezielt ein spezifischer Schmelzpunkt oder
-bereich eingestellt werden.
Daneben
sind jedoch auch hydrophile, insbesondere wässrige Medien (insbesondere,
sofern es sich bei den umschließenden
molekularen Hüllen
um Liposomen handelt) möglich,
deren Schmelzpunkt durch Zusatz geeigneter schmelzpunkterniedrigender
Substanzen, beispielsweise von Alkoholen, wie Ethylenglykol, Glycerin,
Sorbit oder Mannitol, Dimethylsulfoxid, oder Antigefrierpeptiden,
-proteinen oder -glykoproteinen, eingestellt werden kann.
Insbesondere
sofern die Anzeigeelemente essbare Komponenten beinhalten oder nur
aus solchen bestehen können
sie auch beispielsweise Geschmacks-, Aroma- und/oder ferner Farbstoffe,
oder dergleichen, enthalten, beispielsweise zur Verwendung als Speisewürze für die Produkte
oder als zusätzlichen
besonderen Werbegag oder Kniff beispielsweise für Kinder.
Als
weitere Komponenten können
beispielsweise
- (1) Netzmittel, oberflächenaktive
Substanzen, Phasenvermittler oder Emulgatoren, beispielsweise anionische,
wie Gallensäuren,
Dioctylbernsteinsäuredieester
(z.B. als Na-Salz), Laurylschwefelsäure (z.B. als Na-Salz), Stearylschwefelsäure (z.B.
als Na-Salz) Stearyltartrat oder -citrat, kationische, wie quaternäre Ammoniumverbindungen,
z.B. Cetyltrimethylammoniumbromid oder Lauryldimethylbenzylammoniumchlorid,
nichtionische, wie Glykolmonoester, Polyoxyethylenfettsäureester,
Propylenglykolfettsäureester,
Mono- oder Diglyceride bei spielsweise von Essigsäure, Milchsäure, Bernsteinsäure oder
Diacetylweinsäure,
Polyoxyethylenester von Fettsäure
(z.B. Cremophor A®), Polymerisationsprodukte
aus Ethylenoxid und Propylenoxid bzw. Propylenglykol (wie Pluronics®),
oder amphiphile, wie Ampholytseifen, wie waschaktive Aminosäuren mit
höherem
Molekulargewicht und amphoterem Charakter, wobei der lipophile Rest
aus einer Alkylkette, der hydrophile Rest aus eine Polyaminoessigsäure besteht,
- (2) Lösungsvermittler,
wie Alkohole, z.B. Ethanol, Glykol oder Glycerin, oder Dimethylsulfoxid;
- (3) Mittel zum Haltbarmachen, wie Antioxidantien, z.B. α-Tocopherol, Butylhydroxyanisol
(BHA) oder Butylhydroxytoluol (BHT), Sterisch gehinderte Amine (HALS),
Proteine, wie Collagen oder Rinderserumalbumin,
- (4) Stabilisatoren, wie lösliche
(z.B. künstliche)
Polymere, wie Polyvinylpyrrolidon oder Polyvinylacetat, Desinitiatoren,
Peroxid-Desaktivatoren (sofern nicht gerade Peroxide relevant sind
für eine
Anzeige),
- (5) Lichtschutzmittel, wie UV-Absorber, z.B. o-Hydroxybenzophenon,
oder Vorstufen, wie Phenylsalicylat,
- (6) Puffer, wie sie beispielsweise für Enzyme benötigt werden;
- (7) Säuren,
wie HCl oder Schwefelsäure,
oder Basen, wie Alkalimetallhydroxide, z.B. Natriumhydroxid, zur Einstellung
eines niedrigen bzw. hohen pH-Wertes, beispielsweise, um die Färbung freigesetzter
Säureindikatoren
oder die Leuchtkraft von Fluoreszenzfarbstoffen zu beeinflussen;
- (8) Oxidationsmittel oder Reduktionsmittel,
- (9) oder anderes zugesetzt sein.
Bei
allen vorstehend genannten Komponenten (einzuschließende Verbindungen,
umhüllende
Moleküle,
oberhalb einer bestimmten Temperatur flüssigen Phasen, weitere Komponenten
usw.) können
jeweils auch Mischungen von zwei oder mehr der genannten Bestandteile
vorliegen, soweit diese kompatibel sind.
Vorzugsweise
werden einzelne oder insbesondere alle Bestandteile so ausgewählt, dass
sie ökologisch
unbedenklich (beispielsweise aus nachwachsenden Rohstoffen und/oder
biologisch abbaubar), vorzugsweise auch essbar sind.
Die
Erfindung betrifft auch Herstellungsverfahren für derartige Anzeigeelemente,
dadurch gekennzeichnet, dass man die genannten Subtanzen (i) und/oder
Reaktionskomponenten (ii) derartiger Substanzen (a) in sie mindestens
teilweise umgebende molekulare Hüllen
einschließt
und, falls nicht bei diesem Schritt bereits geschehen, (b) in einer
oberhalb einer bestimmten Temperatur flüssigen Phase löst oder
emulgiert, und, falls nicht bereits während des Schrittes (a) und/oder
(b) geschehen, in ein Anzeigebehältnis
füllt.
Die
Herstellung entsprechender „Einschlussverbindungen" aus einzuschließenden Verbindungen
und sie umschließenden
molekularen Hüllen
erfolgt dabei beispielsweise durch Lösung in geeigneten Lösungsmitteln
und erforderlichenfalls thermische oder Ultraschallbehandlung, wobei
erforderlichenfalls anschließend nicht
eingeschlossene Komponenten durch geeignete Trennmethoden (beispielsweise
chromatographisch, etwa durch Gelfiltration, durch Filtration, durch
Zentrifugation oder durch Ultrafiltration, z.B. im Falle von Liposomen),
abgetrennt werden.
Die
Erfindung betrifft auch die Verwendung der erfindungsgemäßen, durch
einen Einfrier- und Auftaucyclus aktivierbaren Anzeigeelemente zum
optischen Erkennbarmachen, insbesondere Visualisieren, von Unterbrechungen
der Kühlkette
bei Produkten, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechende Anzeigeelemente vor
oder nach dem Beginn des Kühlens
an den entsprechenden Produkten befestigt werden. Teil der Erfindung ist
die Verwendung von Substanzen (i) oder Reaktionskomponenten (ii),
wie oben und unten genannt, insbesondere von in Cyclodextrinen eingeschlossenen
Substanzen oder Substanzkomponenten, zur Herstellung von entsprechenden
Anzeigeelementen und/oder zur Anzeige von Überschreitungen bestimmter
Temperaturen, wie insbesondere oben definiert.
Zu
den Produkten, an denen erfindungsgemäße Anzeigeelemente befestigt
werden können,
zählen unter
anderem Arzneimittel, Lebensmittel, zu transplantierende Gewebe
oder Organe, Kulturen, beispielsweise von Zellen, wie Mikroorganismen
oder Geweben (wie Haut, Knochen oder Knorpel), Blutkonserven, Blutpräparate,
wärmeempfindliche
Substanzen, wie Nukleinsäuren
oder Proteine, Kits für
analytische, diagnostische oder therapeutische Zwecke, empfindliche
Chemikalien und dergleichen sowie jeweils deren Verpackungen, ohne
dass diese Aufzählung
als abschließend
zu verstehen ist.
Schließlich werden
neue Herstellungsverfahren für
neue Komponenten der genannten Anzeigeelemente beschrieben.
Besonders
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung finden sich vor- und nachstehend und auch in den (hier
durch Bezugnahme aufgenommenen) Unteransprüchen, insbesondere in den nachfolgend
genannten Beispielen.