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Dec 18, 2023

Neuigkeiten zu Optik und Photonik

Meeri Kim erscheint grün auf einem Fläschchendeckel (links), dem strukturfarbenen Material

Meeri Kim

Das strukturfarbene Material erscheint auf einem Fläschchendeckel grün (links) und wird bei Erwärmung farblos (rechts). [Bild: Angepasst von ACS Nano 2023, doi: 10.1021/acsnano.3c00467]

Impfstoffe, die in zu kalten oder zu heißen Umgebungen gelagert werden, verlieren an Wirksamkeit, sodass ihr weltweiter Transport oft eine Kette genau koordinierter Vorgänge erfordert. Die Zeit-Temperatur-Überwachung kann Aufschluss darüber geben, ob ein Impfstoff an einem bestimmten Punkt der Kühlkette ungewöhnlichen Temperaturen ausgesetzt war.

Jetzt haben Forscher in den Vereinigten Staaten und China eine Klasse von Strukturfarbmaterialien entwickelt, die vielversprechend für die Entwicklung der nächsten Generation von Zeit-Temperatur-Indikatoren sind (ACS Nano, doi: 10.1021/acsnano.3c00467). Die Proof-of-Concept-Studie demonstriert den großen Tracking-Temperaturbereich, die hohe Empfindlichkeit und die hervorragende Stabilität.

Von der Herstellung bis zur Injektion müssen Impfstoffe innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs aufbewahrt werden. Herkömmliche Impfstoffe erfordern Lagertemperaturen von 2 °C bis 8 °C, während Impfstoffe mit Boten-Ribonukleinsäure (mRNA) bei Temperaturen unter Null eingefroren werden müssen, um eine Zersetzung zu verhindern.

Aktuelle materialbasierte Zeit-Temperatur-Indikatoren weisen jedoch eine eingeschränkte Zuverlässigkeit und Stabilität auf. Einige verfügen über enge Tracking-Temperaturbereiche, während andere bei Minustemperaturen nicht anwendbar sind. Elektronische Zeit-Temperatur-Indikatoren hingegen erfordern menschliches Eingreifen und erzeugen erhebliche Mengen an Abfall.

Xuemin Du und seine Kollegen wollten neue Materialien für eine verbesserte Zeit-Temperatur-Überwachung von Impfstoffen und anderen Medikamenten erforschen. „Wir haben eine Klasse von Strukturfarbmaterialien entwickelt, die als selbstzerstörende Strukturfarbflüssigkeiten bezeichnet werden und die Vorteile sowohl der Fluidität als auch der Strukturfarbe nutzen“, sagte Studienautor Du, Professor an den Shenzhen Institutes of Advanced Technology der Chinese Academy of Wissenschaften.

Die selbstzerstörenden Strukturfarbflüssigkeiten bestehen aus zwei Komponenten: ungiftigen wässrigen Lösungen von Polyethylenglykol (PEG) oder Ethylenglykol (EG) und brillanten flüssigen kolloidalen photonischen Kristallen. Die wässrigen PEG- oder EG-Lösungen, die eine hohe Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Temperaturen aufweisen und zur Herstellung von Flüssigkeiten mit variablen Schmelzpunkten gemischt wurden, fungieren als Auslöser, während die kolloidalen photonischen Kristalle als Indikator fungieren.

Die photonischen Kristalle erscheinen normalerweise hellgrün oder rot, aber wenn die selbstzerstörerischen Strukturfarbflüssigkeiten ihren Schmelzpunkt erreichen, brechen die Kristalle auseinander und verursachen einen irreversiblen Farbverlust.

Die photonischen Kristalle erscheinen normalerweise hellgrün oder rot, aber wenn die selbstzerstörerischen Strukturfarbflüssigkeiten ihren Schmelzpunkt erreichen, brechen die Kristalle auseinander und verursachen einen irreversiblen Farbverlust. Dadurch sind die Materialien in der Lage, den Zeit-Temperatur-Verlauf anzuzeigen, mit einem breiten Tracking-Temperaturbereich (–70 °C bis +37 °C) und einer weitgehend einstellbaren Selbstzerstörungszeit (40 Minuten bis 5 Tage).

Die Forscher testeten die Materialien in Form von Zeit-Temperatur-Indikatoren an konventionellen Impfstoffen (Lagertemperatur: 8 °C), mRNA-Impfstoffen (−20 °C und −70 °C) und transportierten Organen (0 °C). Die Technologie zeigte eine hohe Empfindlichkeit und zeigte erfolgreich an, wenn die Produkte zu warm wurden.

„Die allmählichen Farbänderungen und die Verschiebung der Reflexionsspektren bieten eine synergistische Strategie zur qualitativen und quantitativen Offenlegung des genauen Zeit-Temperatur-Verlaufs verschiedener Impfstoffe“, sagte Du. „Unsere selbstzerstörenden Strukturfarbflüssigkeiten überwinden die Nachteile herkömmlicher Zeit-Temperatur-Indikatoren und bringen sie der Kühllieferkette einen Schritt näher.“

Veröffentlichungsdatum: 08. Juni 2023