一种基于氧化石墨烯的监测材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种基于氧化石墨烯的监测材料及其制备方法和应用，具体涉及对温度和/或光照敏感的监测材料，属于易变质食品、药物或疫苗的监测技术领域，该材料为用于冷链物流仓储的基于氧化石墨烯的光照和温度监测材料。

背景技术：

目前，大量的疫苗、药品和食品都需要在低温和避光的冷链条件下进行仓储、运输和使用。若其中某个环节由于设备故障等原因，使物品脱离了冷链环境，相应的物品性状将发生改变。但现有技术中，当相应的物品性状发生变化后，因没有相应的明显提示或标识，使用者不容易发现，从而危急疫苗、药品或食品使用者的人身安全。比如，山东疫苗事件中，即使是经验丰富的医生，在进行疫苗接种时，由于疫苗没有相应的标识，也没有意识去判断疫苗是否发生了变质或失效。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于氧化石墨烯的监测材料及其制备方法和应用。

本发明的技术解决方案是：

一种基于氧化石墨烯的监测材料，该监测材料的形态为粉末、薄膜或块体，包括氧化石墨烯、光催化材料和还原剂；

所述的氧化石墨烯、光催化材料、还原剂的质量比为0.5-10:0.1-2:0.1-2；

所述的光催化材料为二氧化钛或氧化锌中的一种或两者的混合物；

所述的还原剂为葡萄糖、麦芽糖、果糖或维生素C中的一种或两种以上的混合物。

一种基于氧化石墨烯的监测材料的制备方法，步骤为：

(1)将氧化石墨烯、光催化材料加入水中，在避光、低温(1～6℃)条件下超声分散5～60分钟，得到成分均一的混合液Ⅰ；

(2)在步骤(1)得到的混合液Ⅰ中加入还原剂，超声分散1～5分钟，得到成分均一的混合液Ⅱ；

(3)将步骤(2)得到的混合液Ⅱ进行低温干燥处理，得到基于氧化石墨烯的监测材料，得到的监测材料为黄色。

所述的步骤(2)中氧化石墨烯的浓度为0.5g/L～10g/L，光催化材料的浓度为0.1g/L～2g/L，还原剂的浓度为0.1g/L～2g/L；

所述的步骤(3)中低温干燥处理的温度为1～6℃；

所述的步骤(3)中干燥处理的方式为雾化干燥、抽滤或直接干燥，得到的监测材料为粉末状、薄膜或块状。

一种基于氧化石墨烯的监测材料的应用，步骤为：所述的基于氧化石墨烯的监测材料应用于对需要避光或低温储存物品的监测；所述的避光是指避免日光照射，所述的低温是指温度不高于8℃；所述的需要避光或低温储存物品是指食品、药品或疫苗；

所述的监测材料的应用，是指将监测材料用包装材料进行封装后固定在所述的待监测物品或其外包装表面上；

所述的包装材料为透明塑料或玻璃；

所述的固定为粘贴或与待监测的物品或包装一体化塑封。

有益效果

(1)本发明的监测材料在受到光照时，氧化石墨烯在光催化材料和还原剂的作用下，发生向石墨烯的转变，颜色也相应地从黄色转变为暗黄色以致黑色；

(2)本发明的监测材料在避光、较高温度(>8℃)条件下，该材料中的氧化石墨烯也与还原剂反应而发生向石墨烯的转变，相应地，材料的颜色也从黄色转变为暗黄色以致黑色；

(3)本发明的监测材料能够同时达到光照和温度的监测效果；

(4)本发明的监测材料在受到光照或处于较高温度条件时，颜色的变化过程具有不可逆性；

(5)本发明的监测材料在受到光照或处于较高温度条件时，随光照时间或处于较高温度下的时间的增加，监测材料颜色的变深具有累加性；

(6)本发明的监测材料的原料均为无毒、无害，不挥发，易封装，且不易与待监测的物品或包装发生化学反应，对待监测的物品没有副作用；

(7)本发明的监测材料在需要避光、低温的冷链物流仓储领域具有重要的应用前景，可同时用于温度和光照监控的材料，从而满足冷链仓储、运输和使用过程中同时对温度和光照双重监控的需求。

(8)本发明的监测材料是将氧化石墨烯、光催化材料(二氧化钛和氧化锌粉末中的一种或两种的混合物)、还原剂(葡萄糖、麦芽糖、果糖和维生素C中的一种或几种的混合物)分散在水中得到混合液，将混合液充分干燥，从而获得上述三类材料的混合物。制备态下该材料呈黄色，在光照或较高温度(>8℃)条件下，材料的颜色逐渐转变为暗黄色以致黑色，颜色变化具有不可逆的特点，从而实现了一种材料同时监测光照和温度的效果，该材料在需要避光、低温的冷链物流、仓储领域具有重要的应用前景。

(9)由于现有技术中很多疫苗、药品和食品的外包装上均强调需避光、低温储存，但包装等上并没有用于光照和温度监测的指示标签；本发明的具有光照和温度监测性能的材料，将其封装在疫苗、药品或食品等的包装上，一旦物品脱离了冷链环境，监测材料将发生不可逆的颜色变化，可直观地提示仓储运输人员或使用者关注物品性状的改变，从而将大幅降低脱离冷链物品的使用风险。

附图说明

图1是实施例1中制备态的监测材料，颜色呈黄色；

图2是实施例1中监测材料在日光下照射8小时后的照片，颜色呈黑色。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

(1)将10g氧化石墨烯、0.5g二氧化钛加入1L水中，在避光、6℃条件下超声分散30分钟，得到成分均一的混合液I；进一步，在上述混合液中加入0.1g葡萄糖，超声分散5分钟，得到成分均一的混合液Ⅱ；

(2)将上述混合液Ⅱ通过抽滤法在6℃条件下得到薄膜状监测材料。在制备态下，材料的颜色为黄色，如图1所示；

(3)将得到的黄色薄膜状监测材料用塑料包装固定在待监测的疫苗的外包装表面上；

(4)将步骤(3)得到的带有黄色薄膜状监测材料的疫苗在日光下照射8小时，监测材料的颜色转变为黑色，如图2所示，表明该监测材料具有很好的光照指示效果，同时也提示疫苗已经受到了光照或温度的升高，需要进一步检查疫苗是否失效或变质。

实施例2

(1)将0.5g氧化石墨烯、0.05g二氧化钛和0.05g氧化锌加入1L水中，在避光、1℃条件下超声分散5分钟，得到成分均一的混合液I；进一步，在上述混合液中加入0.1g果糖，超声分散1分钟，得到成分均一的混合液Ⅱ；

(2)将上述混合液Ⅱ通过雾化干燥法得到粉末状监测材料。在制备态下，材料的颜色为黄色；

(3)将得到的黄色粉末状监测材料用玻璃包装固定在待监测的药品的外包装表面上；

(4)将步骤(3)得到的带有黄色粉末状监测材料的药品在避光、30℃保存24小时，颜色转变为深黄色，表明该监测材料具有很好的光照指示效果，同时也提示药品已经受到了光照或温度的升高，需要进一步检查药品是否失效或变质。

实施例3

(1)将10g氧化石墨烯、1g二氧化钛和1g氧化锌加入1L水中，在避光、4℃条件下超声分散60分钟，，得到成分均一的混合液I；进一步，在上述混合液中加入0.025g葡萄糖、0.025g麦芽糖、0.025g果糖、0.025g维生素C，超声分散5分钟，得到成分均一的混合液；

(2)将上述混合液Ⅱ通过低温干燥法得到块状材料作为温度监测材料。在制备态下，材料的颜色是黄色；

(3)将得到的黄色块状监测材料用塑料包装固定在待监测的食品的外包装表面上；

(4)将步骤(3)得到的带有黄色块状监测材料的食品在日光、25℃保存2小时，颜色转变为深黄色，表明该监测材料具有很好的光照指示效果，同时也提示食品已经受到了光照或温度的升高，需要进一步检查食品是否失效或变质。

实施例4

(1)将10g氧化石墨烯、2g氧化锌加入1L水中，在避光、6℃条件下超声分散10分钟，得到成分均一的混合液I；进一步，在上述混合液中加入2g麦芽糖，超声分散1分钟，得到成分均一的混合液Ⅱ；

(2)将上述混合液Ⅱ通过抽滤法在3℃条件下得到薄膜状监测材料。在制备态下，材料的颜色为黄色；

(3)将得到的黄色薄膜状监测材料用塑料包装固定在待监测的疫苗的外包装表面上；

(4)将步骤(3)得到的带有黄色薄膜状监测材料的疫苗在日光下照射4小时，监测材料的颜色转变为深黄色，表明该监测材料具有很好的光照指示效果，同时也提示疫苗已经受到了光照或温度的升高，需要进一步检查疫苗是否失效或变质。

实施例5

(1)将5g氧化石墨烯、0.5g二氧化钛和0.5g氧化锌加入1L水中，在避光、2℃条件下超声分散40分钟，得到成分均一的混合液I；进一步，在上述混合液中加入1g维生素C，超声分散2分钟，得到成分均一的混合液；

(2)将上述混合液Ⅱ通过低温干燥法得到块状材料作为温度监测材料。在制备态下，材料的颜色是黄色；

(3)将得到的黄色块状监测材料用塑料包装固定在待监测的食品的外包装表面上；

(4)将步骤(3)得到的带有黄色块状监测材料的食品在日光、30℃保存10小时，颜色转变为黑色，表明该监测材料具有很好的光照指示效果，同时也提示食品已经受到了光照或温度的升高，需要进一步检查食品是否失效或变质。

实施例6

(1)将2g氧化石墨烯、0.2g氧化锌加入1L水中，在避光、1℃条件下超声分散5分钟，得到成分均一的混合液I；进一步，在上述混合液中加入0.1g果糖和0.2g葡萄糖，超声分散2分钟，得到成分均一的混合液Ⅱ；

(2)将上述混合液Ⅱ通过雾化干燥法得到粉末状监测材料。在制备态下，材料的颜色为黄色；

(3)将得到的黄色粉末状监测材料用玻璃包装固定在待监测的药品的外包装表面上；

(4)将步骤(3)得到的带有黄色粉末状监测材料的药品在避光、40℃保存48小时，颜色转变为黑色，表明该监测材料具有很好的光照指示效果，同时也提示药品已经受到了光照或温度的升高，需要进一步检查药品是否失效或变质。

实施例7

(1)将8g氧化石墨烯、0.2g二氧化钛和0.1g氧化锌加入1L水中，在避光、3℃条件下超声分散10分钟，得到成分均一的混合液I；进一步，在上述混合液中加入0.5g葡萄糖、0.1g麦芽糖和0.5g维生素C，超声分散1分钟，得到成分均一的混合液Ⅱ；

(2)将上述混合液Ⅱ通过雾化干燥法得到粉末状监测材料。在制备态下，材料的颜色为黄色；

(3)将得到的黄色粉末状监测材料用塑料包装固定在待监测的疫苗的外包装表面上；

(4)将步骤(3)得到的带有黄色粉末状监测材料的疫苗在日光、35℃保存10小时，颜色转变为黑色，表明该监测材料具有很好的光照指示效果，同时也提示疫苗已经受到了光照或温度的升高，需要进一步检查疫苗是否失效或变质。