专利名称：状态变化指示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种指示装置和制造方法。更具体地，本发明涉及一种通过产生颜色改变来指示状态变化的装置，及其制造方法。
背景技术：
在生熟食品的制备和存储中，需要有一些方式来表示冷冻产品先前是否解冻过。这在家庭及商业(如杂货店、超市，或餐馆)放置中都是很有效的。这些信息从健康、安全和营养角度来说是很有用的。
在保健行业，众所周知，一些疫苗、血液及各种药品等都是对温度敏感的。由于这些原料如果经过冷冻再解冻就无法正常发挥作用，因此，不仅需要、而且必须了解这些原料是否预先冷冻。类似地，了解冷冻存储的原料是否可以解冻随后再冷冻也是很有用的。
具有最大最小值的温度计可以用来表示商品陈列的温度范围。然而，要在杂货店或超市冷冻食品部的每个商品上、或疫苗、血液、药物的每个容器上，或其他对热敏感的商品上使用该装置既是不现实的也是成本惊人的。
冷冻解冻指示器是已知的。例如，申请人的在先专利，在此全部包含供参考的美国专利第4163427号公开了一种装置，其中在解冻颜色指示的产生中，使用了融化的冰来激发染料的形成。本发明采用了色素而不是染料来表示冷冻到解冻的转变。色素的使用可以使指示更清楚，误差机率更小，制造成本更低。
另一种已知装置在市场上名为“冷标冷冻指示器(ColdMark FreezeIndicators)”。该装置包含三种液体，在低于某特定温度下持续陈列时产生一种颜色变化，在高于该温度持续陈列时产生另一种颜色变化。然而，该装置与本发明的装置相比，更大也更昂贵。

发明内容
本发明的第一个目的是提供一种指示状态变化的装置。
本发明的第二个目的是提供一种指示从冷冻状态到解冻状态的转换的装置。
本发明的第三个目的是提供一种指示在时间上变化的装置。
本发明的第四个目的是提供一种改进的指示装置。
本发明的第五个目的是提供一种可靠的指示装置。
本发明的第六个目的是提供一种便宜的指示装置。
本发明的第七个目的是提供一种采用色素指示器的指示装置。
本发明的第八个目的是提供一种可采用单个脆性胶囊的指示装置。
本发明的第九个目的是提供一种可用来监控一小商品，如单个疫苗瓶的指示装置。
本发明的第十个目的是提供一种在冷冻到解冻过程中产生鲜明颜色的指示装置。
本发明的装置用两种结合能产生色素的反应剂来指示冷冻到解冻的状态。色素不会溶解在其所施加到的介质中，而染料是可溶的。色素的使用要优于染料的使用，因为，例如，色素可以用更小量的反应剂来产生更鲜明的颜色。此外，色素反应剂不太可能与补充反应剂以外的任何物质发生颜色变化。
提供了一个外壳。在外壳内具有一个或多个胶囊。正如在此所用的，“胶囊”指的是任何封闭的容器，且包括微胶囊。胶囊内提供了第一反应剂和一种液体。液体选择成能在冷冻时膨胀。胶囊设计成当液体冷冻和膨胀时，胶囊破裂。在外壳内提供了第二反应剂。第二反应剂的位置及其连接到外壳的方法(如果有的话)可采用多种形式。例如，第二反应剂可采取在外壳上涂层的形式。第二反应剂还可与粘接剂混和，把第二反应剂结合到外壳上。第二反应剂还可采取在胶囊外侧涂层的形式。第二反应剂可结合到一块材料，如纸上，再把该材料放置在外壳内。
当胶囊及处于其中的液体冷冻，液体则膨胀。由于胶囊在冷冻时不会膨胀，液体的膨胀就会使胶囊破裂。当胶囊随后再解冻时，液体溶化，释放出第一反应剂。第一和第二反应剂于是结合在一起形成色素。该色素是选择的一种与外壳颜色不同的鲜明色彩，能使人观察冷冻-解冻指示装置，从而迅速方便地了解该装置是否预先冷冻和解冻了。
本发明的装置放在任意数量的商品中，用来确定商品是否冷冻并解冻过。用来监控的商品的优选例子包括，但不限于，疫苗、其他药物、食品和其他对温度敏感的商品。
本发明的装置还可人工地启动。和冷冻下膨胀所引起的破裂不同，本发明的装置还可以人工地弄破胶囊，从而使装置用作时间-温度指示器。


本发明将参考附图进行描述，其中相同的参考标记指代相同元件，其中图1是本发明指示器的第一优选实施例的前视图；图2是图1指示器表示安全状态时的顶视图；图3是图1指示器表示从冷冻状态向解冻状态转换时的顶视图；图4是图1指示器沿线4-4剖开的截面图；图5是本发明指示器的第二优选实施例的截面图；图6是本发明指示器的第三优选实施例的截面图；图7是本发明指示器的第四优选实施例的截面图；图8是本发明指示器的第五优选实施例的截面图；优选实施例的具体描述图1是本发明指示器的第一优选实施例的前视图。只是出于示例性目的，来讨论冷冻-解冻指示器的例子；然而，其他例子也可同样地采用。装置10包括一外壳20和一胶囊30。外壳20构成一内腔22。内腔22由第一表面24和第二表面27所包围(见图4)。外壳20内供有第一反应剂26。反应剂26可以通过多种方式放置在外壳20中。例如，反应剂26可直接施加到表面24，或者反应剂26可施加到一块材料，如滤纸中，再把该材料放置在外壳20内。除了滤纸，本发明也可使用其他载体。
胶囊30位于外壳20内。胶囊30包含第二反应剂32。胶囊30还包含液体34。液体34这样选择，它在冷冻时可膨胀。液体的优选形式是水溶液。在破裂之后，反应剂32可脱离胶囊30，与反应剂26混和。然而，这在装置10处于冷冻状态时不会发生。当装置10进入解冻状态时，液体34溶化/解冻，释放反应剂32。反应剂32于是与反应剂26想混合，形成色素，表示装置10发生了从冷冻状态到解冻状态的转换。注意外壳20的硬度可用作保护并防止胶囊30被压碎的一种手段。
图2是图1的冷冻-解冻指示器表示安全状态时的顶视图。装置10或者是尚未冷冻，或者是冷冻了但尚未解冻。人们可以通过第二表面27看见第一表面24。在这种情况下，表面24具有第一颜色40。
图3是图1的冷冻-解冻指示器表示从冷冻状态向解冻状态转换的顶视图。装置10已经冷冻，胶囊30已经破裂。反应剂32和26已结合并形成色素。该色素使表面24鲜明地变色为第二颜色42，颜色42不同于颜色40。另外，如果反应剂26放置在一块材料上，该材料和不是必需的表面24在反应剂26、32混合后会发生变色。这样，人们就可很容易确定装置10-以及装置10所附着的任何商品-预先冷冻或解冻过了。
图4是图1冷冻-解冻指示器沿线4-4剖开的截面图。在一个优选实施例中可以看出，外壳20可具有两层46、48。层46的至少一部分是透明的，使得人们可以看见外壳20内部。层48的至少一部分包含粘接剂，使装置10可连接到其检测的商品上。外壳20的一种优选材料是泡沫板。该材料易于获得且价格便宜。外壳20的另一优选材料是软木。软木也是易于获得，且比泡沫板更不易破碎，这有利于制造过程。然而，外壳20可由任何适当的材料制成。
只是起到示意性目的，优选的制造过程将使用软木作为外壳20的材料来进行描述。装置10可通过首先提供一定数量的软木，最好是桶状形式，来制造。软木于是可以通过已知方式加工，形成内腔22。几个内腔22可同时形成。更好地，软木在各侧已经用粘接剂处理过。另外，粘接剂也可随后施加到软木加工的内腔22。一旦内腔22形成，就加入第一反应剂26。反应剂26可施加到一块材料，如纸尚，该材料被放置到内腔22中。再把预先制造、且其中放置了第二反应剂32和液体34的胶囊30加入到内腔22中。透明层46和粘接层48接着可加到外壳20的任一侧，建立内腔22的封闭容积。连接的一个优选方法是层压方式。完成的装置10于是能够连接到要监控的商品上。应该注意，上述过程的步骤顺序可以改变。例如，透明层46或粘接层48可以在加入第一反应剂26之前施加到外壳20。在这种方式下，第一反应剂26可直接施加到透明层46或粘接层48。
上面讨论的反应剂在混和后可相互作用形成色素。由于某些原因，使用色素作为指示器要比使用染料更好。首先，色素不溶于水，是固体颗粒而不是溶液。染料则完全溶解于水，因此是溶液。这样，建立一个可靠的用色素的指示器比用染料的指示器只需要更少量的反应剂。这使得用色素反应剂的指示器可采用更少的胶囊，并比用染料反应剂的指示器更小巧。在本发明甚至可以只使用单个胶囊。较小的指示器可以比较大的指示器更有可能放在更多的商品上——如单个接种疫苗瓶。
第二，可以获得比进入染料更多的进入色素的“颜色”。因此，色素颜色可能比基于染料的颜色更鲜明更灿烂。而对于冷冻-解冻指示器，正需要更灿烂鲜明的颜色，来提高可读性并降低错误读出的可能性。因此，具有色素反应剂的指示器比具有染料反应剂的指示器更可靠。
第三，色素反应剂更不容易与除基本反应剂以外的任何其他物质发生反应。这样，具有色素反应剂的指示器就比具有染料反应剂的指示器更可靠。
最后，染料中的分子会扩散，因此容易褪色。色素中的分子彼此相距较近，因此不易于褪色。如果激活了的指示器(即已经表示了冷冻和解冻的指示器)中的颜色褪去，人们可能错误地被引导，认为指示器所属商品是持续冷冻的。如前所述，这可能会导致严重的结果。因而，具有色素反应剂的指示器比具有染料反应剂的指示器更可靠。
反应剂的优选例子包括水解丁二酮肟钠，以及水解镍盐，氯化镍。丁二酮肟钠可在胶囊内，镍盐在胶囊外，或相反。这些反应剂相结合形成鲜红、固态、胶状的晶体。这些反应剂是非常特殊的，不太可能与其他物质形成这种颜色。本发明的指示器还可使用其他色素反应剂，并在冷冻-解冻转换时产生其他色素颜色。一旦反应剂结合形成色素，即使装置随后重新冷冻了，该色素也会一直保持。
本发明使用的胶囊通过美国专利第3389194号描述的装置来制造，其公开内容在此整体包含。利用了三种胶囊壳材料。第一种壳组分由固体石蜡制成。第二种壳组分由混合了烃树脂的固体石蜡制成。第三种壳组分由混合了烃树脂和聚乙烯的固体石蜡制成，piccolyte S-115是优选的烃树脂。所有胶囊都用5％的丁二酮肟水溶液制备，且填充物对壳的比率在50/50到60/40的范围。经过测试，发现第三种壳组分在冷冻时可使胶囊更完全地破裂。
更好的组分包括40％的固体石蜡，50％的piccolyte S-115(烃树脂)和10％的聚乙烯，具有60％填充物对40％壳的比率。可以发现，该组分会在冷冻时产生适当的脆度，以提高胶囊破裂的把握。
尽管胶囊内填充了5％的丁二酮肟钠溶液，而其共同反应剂位于胶囊外部，该反应剂的位置也可以反过来。此外，胶囊可装载还原剂，如10％的亚硫酸氢钠溶液，或酸性溶液，或碱性溶液，并放置到彩色的阵列上，该阵列在还原、酸化或碱化时，从一种颜色变化成另一种。
在制造装置10之前，还需要确定胶囊30是否适用。要做到这，可将胶囊30浸入包含有胶囊内所包括的补充反应剂的溶液中。例如，如果丁二酮肟钠用作胶囊30内的反应剂，溶液就可包含氯化镍溶液。优选的溶液在水中包含5％的氯化镍，加入了20％分量的丙三醇。如果胶囊已经破裂，则因此不适用，当胶囊浸入溶液中时，反应剂会结合，产生亮丽的颜色。那些不会产生颜色变化的胶囊则适合使用，可分出来随后在本发明中使用。
在本发明的测试中发现，按照上述过程测试的胶囊，当从溶液中将其取出并使其变干时，胶囊30的外边面上保留有反应剂的一层涂层。当测试为适合使用的胶囊随后破裂时，胶囊30内的反应剂与胶囊30外表面上的反应剂相结合，形成亮丽色彩。这表示可在胶囊30上涂有第二反应剂层，并在本发明的装置10中使用，而无需在外壳20的内部22另外再包含一种反应剂。
图5是本发明冷冻-解冻指示器的第二优选实施例的截面图。装置110包括一外壳20和一胶囊30(如前所述)。外壳20包括层46、48，并构成一容积22。胶囊30具有第一反应剂26和包含在其中的液体34。液体34这样选择，在冷冻时它可膨胀。装置110进一步包含一块材料120。材料120可注入第二反应剂32。另外，反应剂也可局部施加到材料120。材料120可采用任何希望的形式，只要它能够包含反应剂32。材料120的优选形式包括但不限于纸(如滤纸)和棉。在液体34冷冻并膨胀时，反应剂26从胶囊30释放，这样它就与材料120和反应剂32相接触。反应剂26和32共同作用，形成亮丽的色素，通知观察者，装置110以及装置110所连接的任何商品已经在先前冷冻和解冻过了。
图6是本发明冷冻-解冻指示器的第三优选实施例的截面图。装置210包括一胶囊30(如前所述)以及一薄膜包装220。薄膜包装220是已知的，并常用于包装，例如非处方药。薄膜包装220包括一封面222和一背衬224。封面222基本上是透明的，使人们可看到装置210内侧。背衬224包括一第一表面225。粘接剂可施加到表面225，来连接装置210和要监控的商品。第一反应剂包含在胶囊30内。第二反应剂可施加到一块材料230中，材料在薄膜包装220内沿胶囊30封闭。另外，第二反应剂也可用例如粘接剂，如乳胶，来施加到背衬224的第二表面226。优选的粘接剂是聚醋酸乙烯乳胶；优选的反应剂-乳胶混合物包括10-20％体积的乳胶。另外，第二反应剂还可施加到胶囊30的外表面。用后两种替换方法就不需要材料230了。如前所述，当胶囊30在冷冻并随后解冻时破裂，反应剂结合形成色素，通知观察者装置210所连接的商品已经过冷冻-解冻的转变。
图7是本发明冷冻-解冻指示器的第四实施例的截面图。装置310包括一外壳320和一胶囊30。外壳320基本上是圆柱形，并具有一外表面330。外壳320的纵端可通过任何已知方式弯边或密封。装置310可通过任何已知方式连接到要监控的商品，如通过向表面330施加粘接剂。反应剂通过上述任何方式包含在内。在冷冻-解冻转变时，反应剂如前所述混和，产生一鲜明色彩，使人轻松确定装置310所连接的商品是否先前冷冻并解冻过。
图8是本发明冷冻-解冻指示器的第五实施例的截面图。图8的装置410类似于图7的装置310，但还包括一附加的外壳420。外壳420和外壳320一起构成容积430。容积430作为气室，是一种绝缘体。该绝缘体可防止得到解冻状态的过早指示。绝缘体的量可根据需要，通过改变外壳320、420的相关直径(从而可以改变容积430的大小)来改变。
对于图7和8的实施例，包含第二反应剂的优选方法是如前所述地制备一反应剂-乳胶混合物。反应剂-乳胶混合物接着可引入外壳320中，如通过抽吸。反应剂-乳胶混合物可从外壳320中移走，如借助重力流出。混合物薄膜将保留在外壳320的内表面340。在测试中发现，相应构成的薄膜包含了足够的反应剂，在冷冻-解冻状态下产生亮丽的颜色。该过程在由聚乙烯制成的、已知不容易被涂层的支架上进行。该过程还可在胶囊本身的固体石蜡层上进行。该过程是快速、廉价的，且易于适应各种实际尺寸的装置。
通过改变反应剂，本发明的装置还可用作时间-温度指示器。例如，通过用明胶固定的尿素酶(一种将尿素分解成氨和二氧化碳的酶)以及一种PH指示剂的混合物来对外壳进行涂层，并用尿素溶液填满胶囊，在胶囊破裂时，反应剂会混和。这使得尿素酶根据Arrenhius方程式，响应于时间和温度产生尿素的分解产物。随着这些产物(氨和二氧化碳)响应于时间、温度或同时响应于二者进行积累，涂层的PH值会改变。该PH值的变化会基于所选的指示剂而引起颜色的变化。考虑到各种时间或温度场景，尿素溶液的浓度可在含量上改变。注意胶囊可由外部或者内部压力引起破裂。也可使用其他的化学化合物。
通过提供一种相对柔软(或至少不太刚硬的)外壳20、220、320、420，用户可通过人为地弄破胶囊30来启动该过程。这可以通过例如挤压外壳20、220、320、420来实现。装置10、110、210、310、410于是可连接到要监控的商品上。通过这种做法，观察者就可确定被监控的商品处于其当前状态(如保持在室温)有多久了。注意，通过提供不太刚硬的外壳20、220、320、420，在使用之前就不需要冷冻装置10、110、210、310、410。当用作时间-温度指示器时，装置10、110、210、310、410相对于前述冷冻-解冻指示器具有同样的设计和制造方法。
尽管前面描述了本发明的优选实施例，应该理解，它们只是以举例、而不是以限制的方式来表述。对于相关领域的普通技术人员来说，可作出各种形式和细节上的改变而不脱离本发明的精神和范围。因此本发明不应该由前述示范性实施例所限制，而只应该根据下面的权利要求书及其等效内容进行限定。
权利要求
1.一种指示从冷冻状态向解冻状态转变的装置，包括具有第一表面的外壳，所述第一表面的至少一部分具有第一颜色；位于所述外壳内的第一反应剂；以及包含液体和第二反应剂的胶囊，所述胶囊位于所述外壳内；其中所述液体在冷冻时膨胀；其中所述第一和所述第二反应剂在混合后共同作用并产生一色素；以及其中所述色素具有第二颜色，所述第二颜色不同于所述第一颜色。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述胶囊设计成，由于所述液体在冷冻时的膨胀它会破裂。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述第一和所述第二反应剂中的一种是镍盐，所述第一和所述第二反应剂中的另一种是丁二酮肟钠(sodium dimethylglyoxime)。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述外壳具有与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面包括使人可观察到所述第一表面的一透明部分。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述外壳具有第三表面，所述第三表面具有附着在其上的粘接剂，用来连接所述装置和要监控的产品。
6.一种指示从冷冻状态向解冻状态转变的装置，包括限定出一内部的外壳，所述内部的至少一部分具有第一颜色；位于所述外壳中的第一反应剂；以及包含液体和第二反应剂的胶囊，所述胶囊位于所述外壳的所述内部中；其中所述液体在冷冻时膨胀；其中所述第一和所述第二反应剂在混合后共同作用并产生一色素；以及其中所述色素具有第二颜色，所述第二颜色不同于所述第一颜色。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述第一和所述第二反应剂中的一种是镍盐，所述第一和所述第二反应剂中的另一种是丁二酮肟钠。
8.如权利要求6所述的装置，进一步包括一连接所述第一反应剂和所述外壳的所述内部的粘接剂。
9.一种指示从冷冻状态向解冻状态转变的装置，包括限定出一内部的外壳，所述内部的至少一部分具有第一颜色；位于所述外壳的所述内部中的一胶囊，所述胶囊限定出一内部容积，并在所述容积内包含液体和第一反应剂，所述胶囊具有一外表面；以及位于所述胶囊的所述外表面上的第二反应剂；其中所述液体在冷冻时膨胀；其中所述第一和所述第二反应剂在混合后共同作用并产生一色素；以及其中所述色素具有第二颜色，所述第二颜色不同于所述第一颜色。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述第一和所述第二反应剂中的一种是镍盐，所述第一和所述第二反应剂中的另一种是丁二酮肟钠。
11.一种装置，包括一外壳；一位于所述外壳内的第一反应剂；一位于所述外壳内的易碎胶囊，所述胶囊包含第二反应剂；以及位于所述外壳内的第三反应剂；其中所述第一和第二反应剂在混合后共同作用并形成一第四反应剂；以及其中所述第三和第四反应剂在混合后共同作用产生一颜色的变化。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述第一和第二反应剂中的一种是尿素，所述第一和第二反应剂中的另一种是尿素酶。
13.如权利要求11所述的装置，其中所述外壳足够柔软，让用户能够为了弄破易碎的胶囊而使所述外壳变形。
14.一种制造指示从冷冻状态向解冻状态转变的装置的方法，包括提供具有内部和至少一个开口的第一外壳；用第一反应剂对所述内部涂层；把包含第二反应剂和液体的一胶囊放置到所述内部中；以及封闭所述开口，以形成由所述内部所限定的封闭的容积。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述涂层步骤包括提供一反应剂-粘接剂的混合物；把所述混合物放置到所述内部中；以及从所述内部中移走所述混合物，在所述内部的至少一部分上留下所述混合物的一层膜。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述放置步骤包括抽吸所述混合物到所述内部中。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述移走步骤包括从所述内部中排出所述混合物。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述排出包括通过重力从所述内部排出所述混合物。
19.如权利要求14所述的方法，进一步包括提供一与所述第一外壳间隔开，并围绕所述第一外壳的第二外壳，在所述第一和第二外壳之间限定出一容积，所述第二外壳具有至少一个开口。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述封闭步骤包括一起封闭所述第一和第二外壳的所述开口，来形成由所述内部所限定的第一封闭容积，和在所述第一和第二外壳中间的第二封闭容积。
21.一种制造指示从冷冻状态向解冻状态转变的装置的方法，包括提供一基底；在所述基底内形成一空穴；把第一反应剂放置到所述空穴中；把包含液体和第二反应剂的胶囊放置到所述空穴中；以及在所述空穴上放置一表面层，来封闭所述空穴。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述放置所述第一反应剂的步骤包括把所述第一反应剂放置到一载体上；以及把所述载体放置到所述空穴内。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述放置包括直接放置所述第一反应剂到所述基底上。
24.如权利要求21所述的方法，进一步包括把粘接剂层放置到所述基底上。
25.如权利要求21所述的方法，其中所述放置所述表面层包括叠压所述表面层到所述基底上。
全文摘要
本发明公开了一种指示状态变化的装置和制造装置的方法。第一实施例公开了一种用来指示从冷冻状态到解冻状态转变的装置。该装置包括一外壳和一胶囊。第一反应剂和液体包含在胶囊内。液体选择成在冷冻时可膨胀。胶囊的大小为，当液体冷冻并膨胀时，胶囊破裂。第二反应剂设置在外壳内。第二反应剂的位置和连接第二反应剂与外壳的方法(如果有的话)可采用多种形式。当胶囊内的液体冷冻，它会膨胀并使胶囊破裂。在解冻时，胶囊内的反应剂漏出，与位于胶囊外的反应剂混和。第二实施例是一种时间－温度指示器。采用了柔软的外壳，使用户能够人为地让外壳变形，来弄破封闭在其中的胶囊。反应剂结合产生一种颜色。该颜色选择成不同于外壳的颜色，使人能观察到指示器装置，从而快速方便地确定被监控物体的状态。
文档编号G01K3/04GK1554016SQ02817668
公开日2004年12月8日 申请日期2002年8月8日 优先权日2001年8月10日
发明者伊萨多·库珀曼, 伊萨多 库珀曼 申请人:伊萨多·库珀曼, 伊萨多 库珀曼