用天然褐藻提取物制作的微球，直徑僅有幾百微米，卻是一個神奇的“條形碼”，暗藏上億種編碼組合……
近日，南京林業大學黃超伯教授團隊與美國哈佛大學醫學院科學家合作，使用天然褐藻提取物海藻酸鈉，創新地設計出一種“微球條形碼”。
在“碼上經濟”大行其道的今天，打開手機掃一掃已成為許多人的習慣，一維條形碼、二維條形碼也成為許多商品防偽溯源的手段。
但是在食品、藥物領域，條形碼不能直接印制在商品表面，印刷在包裝盒上又不能很好地起到防偽的作用，同時依然存在化學聚合物污染的可能。
而利用天然生物材料制作的新型條形碼，可以讓食品、藥物等實現無污染、安全、綠色的防偽掃碼。目前，該成果的相關論文已在線發表于國際權威期刊《Small》上。
理論上有數億種可能的信息組合
在條形碼、二維碼的制備過程中，不可避免地要使用到化學光引發劑、交聯劑、表面活性劑或其他未經國家市場監督管理總局批準的聚合物，考慮到安全問題，這些條形碼無法應用于食品或藥品行業。
而這種微球采用生物材料制備，安全性非常高?！八梢杂煤芏喾N生物基聚合物材料制備，目前我們使用的是海藻酸鈉，這是一種生物可相容、環境友好的聚合物，可以直接用在藥物片劑的表面或疫苗玻璃瓶中。”黃超伯告訴科技日報記者。
據介紹，海藻酸鈉是一種天然多糖，大多是由海藻酸的鈉鹽組成，可以從天然褐藻中提取出來。十九世紀末，科學家首次提取出了海藻酸鈉并對其進行研究；到了上個世紀三十年代，海藻酸鈉在美國被應用于工業生產當中。人類從幾百年前就將海藻酸鈉當作食物了，1983年，美國食品和藥物管理局正式允許把海藻酸鈉添加到食品當中。海藻酸鈉不僅可以作為食品添加劑，改善食品色、香、味等品質，還具有保健功能，可以降低血壓、血脂，改善腸胃功能，防止便秘。現如今，海藻酸鈉以其良好的生物降解性和生物相容性，被廣泛應用于化學、生物、醫藥、食品等領域。
這種微球直徑約幾百微米，由10個腔室組成。科研人員通過微流控技術和微加工手段，在微球的制備過程中可以精確地控制多面異向微球每個腔室的組成?！懊總€腔室相連，就構成了一個類似橘瓣的形狀?！闭撐牡谝蛔髡摺⒛暇┝謽I大學博士生唐國勝介紹說，利用紅、綠、藍三基色可構建出肉眼能識別的7種熒光編碼的原理，用含有這3種不同熒光納米粒子的預凝膠溶液可程序化地調整10面微球每個腔室的顏色。
“目前我們做的微球有10個腔室，只要微球尺寸增大，20個腔室都有可能做出來。這種‘微球條形碼’理論上有數以億計種可能的信息組合，如果提高腔室的數量，組合可以幾何級倍增?！秉S超伯說。
用熒光顯微鏡讀取編碼信息
目前，基于各種新技術的“微型條形碼”已經在信息存儲、檢測和防偽等領域中發揮良好作用。那么，這種新穎的生物“微球條形碼”能用手機掃一掃嗎？答案是否定的。
“一個硬幣都有兩面，防偽技術不能太低端，不然太容易造假了。我們的防偽技術是給監管機構用來檢測的，不是供普通消費者用的?！秉S超伯告訴記者，監管機構利用熒光顯微鏡就可以讀取編碼信息，再把所得編碼信息輸入到廠家的數據庫，進行自動比對得出產品真假、生產日期、生產廠家等信息。
唐國勝說，他們還引入四氧化三鐵磁性納米粒子作為條形碼的讀取起點，對微球每個腔室進行顏色編碼。磁性納米粒子的引入不僅鎖定了“微球條形碼”讀取的方向、方便編碼信息的獲取，而且進一步提高了信息的安全性。
常用的一維條形碼和二維條形碼是基于計算機圖像識別技術發展而來，目前大多是印刷在物品表面，一旦受到污染損毀就難以讀取。而生物“微球條形碼”是融入藥物或食品中，不易受損。
同時，制備微球的全過程都沒有有機溶劑的參與，具有良好的生物相容性，進一步增加了“微球條形碼”在食品、藥物行業中應用的可行性。
據介紹，一個微球就是一組編碼。在一個疫苗瓶里可以放數個不同的微球，組成一個編號陣列，讓防偽更立體。
“眼下，世界各國都在加速研發新冠肺炎疫苗。由于我們制備的編碼微球有很好的生物相容性，可直接加入液體藥物中進行防偽，具有分離和讀取方便等優勢，可用于疫苗溯源?！痹撜撐墓餐谝蛔髡?、南京林業大學化學工程學院大三學生陳龍說。
