Zmieniające barwy, “inteligentne” wskaźniki zaprezentowane przez naukowców z Chin pod kierunkiem Chao Zhanga z Peking University poinformują konsumentów, czy mleko w kartonie nie skwaśniało i czy fasolka szparagowa w puszce się nie zepsuła. Znaczniki doklejane do opakowania, umożliwią kontrolę nawet bez otwierania pojemnika. Mogą być również wykorzystane do ustalenia przydatności leków i innych, łatwo psujących się produktów spożywczych.
Ponad 90% produktów rynkowych, a w szczególności artykułom w branży spożywczej potrzebne są opakowania. Przemysł opakowaniowy rozwija się bardzo intensywnie i jest to związane ze zmianą oraz uszlachetnianiem konwencjonalnych materiałów. Postęp ma na celu poprawę zabezpieczenia jakości produktów, wydłużenie czasu przydatności do spożycia oraz zwiększenie atrakcyjności marketingowej. Jednak nawet zmodyfikowane pojemniki nie są w stanie zastopować działania niekorzystnych czynników. Produkty takie jak żywność, napoje i środki farmaceutyczne ulegają zepsuciu w czasie na skutek wzrostu mikroorganizmów oraz biodegradacji chemicznej. Dlatego termin ważności do spożycia jest istotną informacją dla konsumentów. Obecnie, czas przydatności dla wielu pakietów produktów powszechnie szacuje się na podstawie kilku, uproszczonych założeń. Jednym z nich jest norma, że łatwo psujące się artykuły są przechowywane w przypuszczalnej, stałej temperaturze (zazwyczaj około 4°C dla żywności). Nie zawsze te szacunki są prawidłowe, ponieważ w rzeczywistych sytuacjach (magazynowanie, dystrybucja i konsumpcja) zmiany temperatury są nieuchronne. W rezultacie, co nie jest zaskakujące, już na półkach sklepowych często można znaleźć produkty o pogorszonych właściwościach. W związku z tym, stosowanie wskaźników temperatury i czasu (z ang. Time Temperature Indicator, TTI) w praktyczny i wizualny sposób pozwala obserwować zmiany świeżości artykułów w trakcie ich łańcucha dystrybucji.
Używane od kilku lat elektroniczne indykatory TTI (reprezentowane przez rejestratory danych oraz układy RFID), są ograniczone względnie wysokimi kosztami i słabymi możliwościami zaprogramowania. Rozmieszczone e-czujników na produktach podczas tranzytu daje możliwość śledzenia i dokumentowania historii zmian temperatury, a następnie konwersji na ewentualne straty w jakości. Jednakże cyfrowe TTI ze względu na cenę nie są dodawane do każdej sztuki z osobna. Drugi typ TTI, opiera się na rejestracji reakcji fizykochemicznych takich jak dyfuzja barwnika, enzymatyczna hydroliza i polimeryzacja.
Rozwiązanie przedstawione przez badaczy z Chin bazuje na wykorzystaniu plazmonicznych nanokryształów złota. Wskaźniki o wielkości ziarna kukurydzy i żelowej konsystencji można w odpowiedni sposób “zaprogramować”, aby naśladowały niemal wszystkie procesy psucia się produktów w określonej temperaturze. Indykatory w kolorze czerwonym lub czerwono-pomarańczowym, oznaczały świeżość. Natomiast z biegiem czasu, zmiana koloru na pomarańczowy, żółty i zielony informowała o zepsuciu pożywienia. Przykładowo, jeżeli etykieta zawiadamia o 14 dniach przydatności w warunkach chłodniczych, a znacznik jest pomarańczowy, to oznacza, że produkt jest w przybliżeniu tylko “połowicznie” świeży. W takim przypadku konsument będzie wiedział, że artykuł jest zdatny do jedzenia jeszcze tylko przez siedem dni.
Naukowcy do badań wykorzystali bakterie E.coli znajdujące się w mleku. Pogorszenie właściwości mleka jest związane z szybszym rozrostem koloni w wyższych temperaturach. Analogicznie do zmian zachodzących w tym procesie zaprojektowano znaczniki z nanoprętami złota reagującymi na zmiany temperatury. Oprócz nanoprętów Au (o średnicy 12 nm i długości 60 nm) we wskaźnikach zatopiono m.in. AgNO3 oraz kwas askorbinowy (witaminę C). Początkowy, czerwony kolor to zasługa czystych nanoprętów. Wraz ze zmianą temperatury, nanopręty pokrywane były warstwą atomów srebra pochodzących z rozkładu azotanu srebra. Synchronizując kinetykę reakcji substratów w znaczniku ze wzrostem bakterii w mleku w funkcji temperatury uzyskano “programowalny”, tani i bezpieczny indykator TTI.
Naukowcy podkreślają, że pomimo użycia złota i srebra, wskaźniki będą kosztować mniej niż 1 cent. Ponadto, wszystkie reagenty są nietoksyczne, a niektóre z nich (takie jak witamina C, kwas mlekowy i agar) są również jadalne. Obecnie zespół zajmuje się poszukiwaniem inwestora zainteresowanego wprowadzeniem produktu na rynek.
Źródło:
[1] Chao Zhang, An-Xiang Yin, Ruibin Jiang, Jie Rong, Lu Dong, Tian Zhao, Ling-Dong Sun, Jianfang Wang, Xing Chen, Chun-Hua Yan. Time–Temperature Indicator for Perishable Products Based on Kinetically Programmable Ag Overgrowth on Au Nanorods. ACS Nano, 2013; 7 (5): 4561 DOI: 10.1021/nn401266u
[2] http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn401266u [02.04.2014]
[3] http://www.researchgate.net/publication/236579594 [02.04.2014]
[4] Tetra Brick 1960s by Tetra Pak, flickr.com, CC BY-SA 2.0