淺談時(shí)間-溫度指示器在溫敏型軍隊(duì)藥品質(zhì)控工作中的應(yīng)用

王伯陽，李 杰，高 錦，王子?xùn)|,2 （.中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)藥品儀器監(jiān)督檢驗(yàn)總站，北京 0007；2.軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院衛(wèi)生勤務(wù)與血液研究所，北京 00039）

藥品是軍隊(duì)供應(yīng)保障的重要戰(zhàn)略物資，在運(yùn)輸、攜行和存儲(chǔ)過程中，可能受到高溫、高壓、潮濕等特殊環(huán)境因素的影響。在軍隊(duì)藥品質(zhì)量控制工作中，藥品的效期管理尤為重要，直接影響到相關(guān)藥品的供給時(shí)間、調(diào)配周期以及質(zhì)量穩(wěn)定性。然而，僅以藥品外包裝上標(biāo)注的保質(zhì)期來判定藥品效期是不準(zhǔn)確的。保質(zhì)期是指包裝完好的藥品在適當(dāng)溫度下儲(chǔ)存可實(shí)現(xiàn)的貨架壽命，但在藥品的運(yùn)輸、存儲(chǔ)過程中，外部環(huán)境對(duì)其質(zhì)量的影響具有不可預(yù)測(cè)性，標(biāo)注的保質(zhì)期并不能準(zhǔn)確顯示藥品的實(shí)際質(zhì)量。為了保證溫度敏感型軍隊(duì)藥品的穩(wěn)定性，監(jiān)視其從生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、分發(fā)到使用全過程的溫度變化十分必要。時(shí)間-溫度指示器（timetemperature indicator，TTI）可以隨時(shí)間和溫度的增加發(fā)生不可逆的顯色反應(yīng)，指示外環(huán)境的溫度變化情況，將時(shí)間和溫度要素與溫度敏感型藥品的穩(wěn)定性聯(lián)系起來，對(duì)藥品的儲(chǔ)運(yùn)溫度進(jìn)行全程監(jiān)控，保障藥品使用的安全性和有效性。

1 TTI研究現(xiàn)狀

TTI具有時(shí)間、溫度的累積記憶效應(yīng)，在藥品包裝領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。早在20世紀(jì)60年代，國外就進(jìn)行了相關(guān)研究并開始商業(yè)化應(yīng)用，到了20世紀(jì)70年代，美國政府就將TTI應(yīng)用于某些特殊藥品。目前，國外相關(guān)領(lǐng)域已相繼開發(fā)出較成熟的商業(yè)化TTI，如瑞典Vitsab公司的Vitsab Check Point，美國 Lifelines公司的 Fresh Check，DeltaTRAK公司的WarmMark，3M公司的Monitor Mark 和 Freshness Check，TEMPTIME 的VVM、 FREEZEmarker、 LIMITmarker I和LIMITmarker F[1-2]。近年來，針對(duì) TTI的研究主要集中于擴(kuò)散型、聚合型、酶型和微生物型4個(gè)類別[3-4]。

擴(kuò)散型TTI的原理較簡(jiǎn)單，該項(xiàng)技術(shù)也較成熟，其基本原理是利用物質(zhì)的擴(kuò)散特性，如有色酯質(zhì)染料，其指示范圍和指示效期取決于酯質(zhì)類型。當(dāng)環(huán)境溫度低于指示劑熔點(diǎn)時(shí)，TTI無響應(yīng)；隨著環(huán)境溫度的升高，TTI的熱熔性指示劑開始熔化，并沿毛細(xì)纖維擴(kuò)散，且溫度越高，擴(kuò)散速度越快，以此來判斷藥品的剩余效期。擴(kuò)散型TTI可在低溫環(huán)境下長(zhǎng)期保存，世界衛(wèi)生組織（WHO）曾將其用于船運(yùn)冷凍疫苗的監(jiān)測(cè)，是最早研發(fā)的TTI之一。在商業(yè)化 TTI中，美國3M公司的 Monitor Mark和 Freshness Check 是典型的擴(kuò)散型 TTI[5]，Monitor Mark的擴(kuò)散劑為酯質(zhì)染料，可用于藥品、疫苗和血液制品的儲(chǔ)存溫度監(jiān)測(cè)，使用前需存儲(chǔ)于低于酯質(zhì)熔點(diǎn)的環(huán)境下；Freshness Check則根據(jù)無定型材料沿多孔基質(zhì)擴(kuò)散，改變了多孔基質(zhì)的透光率的原理制成，可用于食品的儲(chǔ)存溫度檢測(cè)，可存儲(chǔ)于室溫環(huán)境下。艾志錄等[6]研制了一種采用水楊酸甲酯、γ-己內(nèi)酯和著色劑作為指示劑的擴(kuò)散型TTI，通過調(diào)節(jié)水楊酸甲酯和γ-內(nèi)酯的配比即可改變指示器的臨界溫度，以適應(yīng)不同使用需求，但混合指示劑的凝固需要在-80 ℃下進(jìn)行，制作難度較大。謝新華等[7]在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，采用月桂酸乙酯、ε-己內(nèi)酯和著色劑作為擴(kuò)散指示劑，有效提高了指示精確度。

聚合型TTI是利用聚合單體發(fā)生聚合反應(yīng)，生成有色固態(tài)聚合物，在反應(yīng)過程中，顏色逐漸加深至可識(shí)別，指示時(shí)間-溫度變化。最常見的是以丁二炔為指示劑的聚合型TTI，當(dāng)外界環(huán)境溫度變化時(shí)，指示劑激活，開始聚合反應(yīng)，形成聚合物，指示區(qū)隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行，顏色逐漸變深[8]。美國Lifelines公司的Fresh Check就是一款商業(yè)化的聚合型TTI，活性中心的無色雙取代丁炔單體，隨時(shí)間-溫度變化發(fā)生聚合反應(yīng)，生成聚合物而逐漸變黑[9]。Lee 等[8]把 4,4′-雙 (2-苯并唑基)二苯乙烯引入到乙烯和降冰片烯中形成共聚物，溫度升高至共聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時(shí)，發(fā)生相分離，染料隨即聚集變色。王斌等[10]研制的一種聚合型TTI，其反應(yīng)活化能與軍用食品的質(zhì)變活化能相近，反應(yīng)速度較慢，可用于指示保質(zhì)期較長(zhǎng)的食品效期。

酶型TTI實(shí)質(zhì)是一種pH值指示器，通過酶促反應(yīng)產(chǎn)生酸，致使整個(gè)體系的pH值變化，致使pH指示劑的顏色改變，且溫度越高，體系反應(yīng)速率越快，通過指示劑顏色變化即可判斷產(chǎn)品的剩余效期[5,11]。瑞典 Vitsab 公司的 Vitsab Check Point就是一種基于酶促水解反應(yīng)的TTI。馮欽等[12]研制出了以碘為指示劑，基于淀粉酶促反應(yīng)的TTI。吳秋明[13]研制出了基于脲酶反應(yīng)的TTI。寧鵬等[14]研制出了基于堿性脂肪酶的TTI。谷雪蓮等[15]研制出了用于預(yù)測(cè)牛乳貨架期的TTI。王琳等[16]研究了一種固定化糖化酶TTI，并將其應(yīng)用于酸奶的質(zhì)量監(jiān)測(cè)。Kim等[17]還研究了一種基于漆酶的酶型TTI。

微生物型TTI的產(chǎn)酸原理則是基于無害細(xì)菌的新陳代謝，亦是由pH值的降低發(fā)生指示劑顏色變化。由于食品腐敗主要由微生物的新陳代謝引起，因此，微生物型TTI就是模仿食物的變質(zhì)過程，常用于指示食品效期，能夠更加真實(shí)地反映食品的質(zhì)量[18]。法國Cryolog公司的eO和TRACEO是典型的微生物型TTI，主要用于食品質(zhì)量監(jiān)測(cè)[12]，eO是一種比色標(biāo)簽，利用乳酸菌分解培養(yǎng)基中的碳源，產(chǎn)生乳酸致使pH值下降，致使指示劑變色的原理制成；TRACEO則是一種條形碼標(biāo)簽，隨時(shí)間-溫度變化標(biāo)簽透明處逐漸變色至條形碼被遮住，指示食品過期。常用于該類型TTI的微生物包括乳酸菌、弧菌、芽孢桿菌和清酒乳酸桿菌等[19]，閆文杰等[20]采用大腸桿菌、美藍(lán)指示劑和液體培養(yǎng)基研制了一種微生物型TTI，用于食品在冷鏈流通過程中的質(zhì)量監(jiān)測(cè)。盧立新等[21]采用乳酸菌、甲基紅和溴甲酚綠研制了一種低溫TTI。張小栓等[22]采用副干酪乳桿菌、溴甲酚綠和肉湯培養(yǎng)基研制了一種用于指示鮮食葡萄品質(zhì)的微生物型TTI。

2 疫苗熱標(biāo)簽（VVM）的性能用途

一些溫度敏感型軍隊(duì)藥品如疫苗、血清、注射液等，在運(yùn)輸和存儲(chǔ)過程中對(duì)環(huán)境溫度有著更加嚴(yán)格的要求。以疫苗類藥品為例，其主要成分為滅活病毒、蛋白類或多糖類物質(zhì)，從疫苗生產(chǎn)企業(yè)到疫苗接種現(xiàn)場(chǎng)之間的每一環(huán)節(jié)，都有可能因溫度過高致使疫苗失效。為了保證疫苗在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過程中的安全，確保接種疫苗的有效性，可在疫苗標(biāo)簽上印刷或粘貼時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽，全程監(jiān)控其質(zhì)量穩(wěn)定性[23]。

2007年，在日內(nèi)瓦聯(lián)合會(huì)議上，WHO和聯(lián)合國兒童基金會(huì)（UNICEF）推薦所有成員國將時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽最大程度地用于疫苗管理。TTI技術(shù)現(xiàn)已得到各國政府大力支持，如印度明確要求政府采購的疫苗必須使用時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽，我國成都生產(chǎn)的乙腦疫苗也使用了時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽[24]。在衛(wèi)生部和國家食品藥品監(jiān)督管理局印發(fā)的《疫苗儲(chǔ)存和運(yùn)輸管理規(guī)范（2017年版）》中明確要求，對(duì)招標(biāo)的疫苗制品加貼溫度控制標(biāo)簽[25]。目前，美國TEMPTIME公司是唯一能符合WHO嚴(yán)格規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽生產(chǎn)商，其研制的疫苗熱標(biāo)簽 (vaccine vial monitor，VVM)廣泛運(yùn)用于各國疫苗的包裝運(yùn)輸中。2010年，WHO發(fā)表了白皮書草案，即“對(duì)WHO資格預(yù)認(rèn)證候選疫苗的計(jì)劃適應(yīng)性評(píng)估”，其中VVM被作為資格預(yù)認(rèn)證的關(guān)鍵特性。

VVM是一款典型的聚合性時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽，利用經(jīng)取代的丁二炔單體固態(tài)聚合反應(yīng)，發(fā)生不可逆的顏色變化來指示時(shí)間-溫度變化，顏色隨聚合反應(yīng)的進(jìn)行由淺變深。如圖1所示，指示器中間的方框是含有熱敏性物質(zhì)的活性部分，未激活前顏色很淺，隨時(shí)間-溫度的變化顏色不可逆的逐漸變深（從左至右），且溫度越高顏色變得越快。當(dāng)方框內(nèi)顏色與圓環(huán)參照顏色一致時(shí)到達(dá)終點(diǎn)，指示藥品至效期，疫苗不可用[26]。該過程可根據(jù)阿列紐斯聚合化學(xué)反應(yīng)方程式（arrhenius equation）來實(shí)現(xiàn)。

式中，k: 變化數(shù)值；A0: 頻率因子；e: 自然常數(shù)；Ea:活 化力 (J/mol)；R: 通用氣體常數(shù) (8.314 × 10-3kJ/mol·K)；T: 絕對(duì)溫度 (K)

圖 1 疫苗瓶溫度指示標(biāo)簽

VVM系列包括 VVM2、VVM7、VVM14和VVM30共4種類型，后綴數(shù)字代表了在37 ℃時(shí)指示效期終點(diǎn)所需的最高天數(shù)，幾乎涵蓋了不同熱穩(wěn)定性疫苗，如VVM2適用于熱穩(wěn)定性最敏感的口服脊髓灰質(zhì)炎病毒活疫苗（OPV）[27]，而VVM30則適用于熱穩(wěn)定性最強(qiáng)的乙肝疫苗和破傷風(fēng)疫苗[28]，具體參數(shù)詳見表1。

表 1 不同溫度條件下不同種類VVM的性能參數(shù)

3 WarmMark 的性能用途

美國DeltaTRAK公司的WarmMark時(shí)間溫度標(biāo)簽是一種擴(kuò)散型時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽，用于指示藥品所處環(huán)境溫度是否高于適宜保存溫度，并顯示出高溫存放情況持續(xù)的時(shí)間。如圖2所示，當(dāng)標(biāo)簽暴露于指示溫度以上的環(huán)境時(shí)，墊片內(nèi)的紅色化學(xué)劑開始融化，并沿內(nèi)管下流；當(dāng)環(huán)境溫度低于指示溫度時(shí)，指示劑停止移動(dòng)。

圖 2 WarmMark 時(shí)間溫度標(biāo)簽

WarmMark根據(jù)指示溫度的不同分為-18、0、5、8、10、20、25、30和 37 ℃ 共 9種類型，指示精確度在（標(biāo)識(shí)溫度±1）℃內(nèi)，且溫度記錄不可逆。每張標(biāo)簽設(shè)計(jì)有3個(gè)顯示窗口，用于指示響應(yīng)暴露時(shí)間，具體參數(shù)詳見表2。

WarmMark的可指示溫度范圍較廣，顯示的反應(yīng)時(shí)間也更明確，適用于大部分對(duì)儲(chǔ)運(yùn)溫度有明確要求的藥品包裝，如需陰涼條件下（不超過20 ℃）儲(chǔ)存的注射液等，為不同軍隊(duì)溫敏型藥品的質(zhì)量監(jiān)控提供了更多選擇。

4 臨界溫度指示器

相對(duì)于長(zhǎng)期暴露于高溫環(huán)境中造成的藥品效期縮短問題，短期暴露于極端溫度環(huán)境中的藥品質(zhì)量安全同樣不容忽視。美國TEMPTIME公司針對(duì)此類問題相繼開發(fā)了一系列臨界溫度指示器，用于顯示藥品短期暴露于極端溫度環(huán)境情況，包括FREEZEmarker冷凍指示器、LIMITmarker I過熱立即反應(yīng)指示器和LIMITmarker F延時(shí)高溫指示器。

FREEZEmarker冷凍指示器用于顯示藥品是否曾暴露于冷凍環(huán)境中，以識(shí)別低溫導(dǎo)致的藥品變質(zhì)、失效問題。如圖3所示，當(dāng)指示器所在環(huán)境溫度高于指示溫度時(shí)，可以看見綠色圓圈中的白色勾號(hào)；當(dāng)暴露在低于指示溫度的環(huán)境時(shí)，綠色圓圈將呈現(xiàn)白色不透明狀。FREEZEmarker根據(jù)指示溫度分為 0、-1和-6 ℃ 3種類型，反應(yīng)時(shí)間均在30 min 內(nèi)。

表 2 不同種類 WarmMark 的性能參數(shù)

圖 3 FREEZEmarker 冷凍指示器

LIMITmarker I過熱立即反應(yīng)指示器（圖 4）和LIMITmarker F 延時(shí)高溫指示器（圖 5），均用于顯示藥品是否曾暴露于超高溫環(huán)境中，以識(shí)別超高溫導(dǎo)致的藥品質(zhì)量安全問題。兩種指示器都是基于熱熔性材料在指定溫度下融化，產(chǎn)生顏色變化的原理。當(dāng)暴露于高于指示溫度的環(huán)境時(shí)，LIMITmarker I顏色從灰色變?yōu)楹谏?；LIMITmarker F顏色從無色變?yōu)榧t色。其中，LIMITmarker I根據(jù)指示溫度分為 40、44和 50 ℃ 3種類型，反應(yīng)立即發(fā)生，時(shí)間在 15 s內(nèi)；LIMITmarker F 根據(jù)指示溫度分為 9、17.5、25和 31 ℃ 共 4種類型，反應(yīng)時(shí)間均為2 h。

圖 4 LIMITmarkerI 過熱立即反應(yīng)指示器

圖 5 LIMITmarker F 延時(shí)高溫指示器

5 結(jié)語

目前，酶型和微生物型TTI因反應(yīng)時(shí)間較短，多用于指示食品效期，擴(kuò)散型和聚合型TTI指示時(shí)間與藥品效期較為接近，在藥品效期判定方面更有優(yōu)勢(shì)，適用于不同種類溫敏型軍隊(duì)藥品的效期控制。軍隊(duì)藥材保障是衛(wèi)生勤務(wù)的重要組成部分，應(yīng)符合衛(wèi)生勤務(wù)保障規(guī)律。在溫敏型軍隊(duì)藥品外包裝上加貼時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽，可通過標(biāo)簽上承載的效期信息，對(duì)溫敏型軍隊(duì)藥品在生產(chǎn)、流通、儲(chǔ)存過程中各關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控和管理，通過了解藥品的溫度暴露情況，區(qū)分失效藥品與有效藥品，掌握相應(yīng)藥品的保障情況，減少藥品報(bào)廢數(shù)量，及時(shí)進(jìn)行調(diào)配和補(bǔ)給，實(shí)現(xiàn)溫敏型軍隊(duì)藥品的精準(zhǔn)保障及質(zhì)量安全問題的預(yù)警溯源。