나노입자가 색깔을 만든다

원포올/iStock

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중국 연구진이 백신 병 뚜껑에 놓으면 온도 변화와 백신에 미치는 영향을 추적할 수 있는 색상이 변하는 물질을 개발했습니다.

백신 외에도 많은 식품 및 의약품은 사용 가능한 상태를 유지하기 위해 특정 온도가 필요합니다. 새로운 자료는 그러한 모든 제품의 안전성과 유용성을 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다.

예를 들어, 더운 여름날 냉장 트럭이 원격 시설에서 도심의 병원과 진료소로 코로나 백신을 배달하고 있다고 상상해 보세요. 트럭의 냉각 시스템은 경고 없이 이동 중에 몇 시간 동안 작동을 멈췄다가 자동으로 다시 시작됩니다.

이제 백신 바이알의 뚜껑에 제안된 색상 변경 물질이 있는 경우 백신의 품질과 안전성이 손상될 경우 해당 뚜껑의 색상이 변경됩니다. 그렇지 않으면 의사를 포함한 누구도 백신의 품질 변화를 알지 못할 것입니다.

무선 전자 센서 및 색상 염료와 같은 일부 옵션은 이미 식품 및 의약품의 온도를 모니터링할 수 있습니다. 그러나 이러한 기존 솔루션에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다.

예를 들어, 백신과 같은 품목은 영하의 온도에 보관됩니다. 즉, 기존 염료의 색상이 사라지고 무선 센서는 이러한 조건에서 지속적인 유지 관리가 필요합니다.

더욱이 각 제품에 무선 센서가 있다면 매년 수백만 톤의 전자 폐기물이 추가로 발생하게 될 것입니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 연구진은 구조적 색상을 연구에 사용했습니다.

무색 나노입자를 사용하여 표면이 빛을 반사하는 방식을 변경하는 염료나 구조 색상과 같은 안료 기반 재료를 사용하여 물체에 색상을 추가할 수 있습니다. 최근 센트럴 플로리다 대학의 과학자들은 구조적 색상을 기반으로 세계에서 가장 가벼운 페인트를 만들었습니다.

구조적 색상으로 코팅된 물체에 빛이 떨어지면 물체 표면의 나노입자 배열에 따라 빛이 특정 각도로 휘어지고 결국 반사되는 빛의 파장이 결정됩니다.

예를 들어, 과학자들이 물체가 빨간색으로 나타나기를 원한다면 물체가 빨간색 파장의 빛을 반사하도록 나노입자를 배열할 것입니다. 현재 연구의 저자는 구조적 색상을 사용하여 자체 파괴 가능하고 색상이 변하며 온도를 표시하는 물질을 만들었습니다.

ACS Nano 2023에서 채택됨

색상 변경 재료는 두 가지 구성 요소로 구성됩니다. 글리세롤로 코팅된 이산화규소 나노입자와 에틸렌글리콜, 물, 폴리에틸렌글리콜을 혼합하여 만든 용액입니다. SiO2 입자는 빨간색과 밝은 녹색 빛을 반사할 수 있는 반면, 용액은 다양한 녹는점에 민감했습니다.

그들은 두 가지 구성 요소를 결합하여 -70°C ~ 37.2°C(-94°F ~ 99°F) 범위의 온도 변화를 모니터링할 수 있는 재료를 만들었습니다. 그들은 재료를 유리병 뚜껑 위에 올려 놓고 테스트했습니다.

바이알을 냉동 환경에 보관했을 때 뚜껑의 물질은 녹색이었습니다. 그러나 따뜻한 기후로 이동하면 용액 성분이 녹아 재료의 미세 결정이 떨어져 나갔습니다. 시간이 지나면 물질이 무색으로 변해 온도가 권장 수준을 초과했음을 나타냅니다.

연구원들은 "이러한 시스템은 매우 민감했으며 재료가 너무 따뜻해졌을 때 성공적으로 표시되었습니다."라고 말했습니다. 현재 연구 작업은 단지 개념 증명일 뿐이지만 그들은 그들의 접근 방식이 미래에 저온 공급망에서 제품의 품질을 유지하는 유망한 방법으로 나타날 수 있다고 믿습니다.

이 연구는 ACS Nano 저널에 게재되었습니다.