CN101473202A - 比色传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了包含反射表面和可固化层的比色传感器。还公开了包含所述比色传感器的装置和制备所述传感器与装置的方法。另外还公开了所述传感器与装置在多种应用中的使用方法。

Description

比色传感器
技术领域
本公开涉及能够检测对辐射和/或热能的暴露的比色传感器。
背景技术
辐射与热能传感器的开发对于诸如消毒监测、实时固化监测以及辐射与热放射量检测之类的应用仍然至关重要。已知的辐射与热能传感器既可以(1)在暴露于辐射或热能后因传感器中存在一种或多种光致变色或热致变色的染料而产生颜色变化，又会(2)因传感器中发生的化学反应而生成可检测量的热(如温升)，通过微处理器检测这些可检测量的热。在可用于感测辐射与热能的许多方法中，比色法一直具有这样的优势：可以用肉眼进行信号转导，而不是广泛使用仪器。
尽管目前存在用于检测对辐射与热能的暴露的比色传感器，但在比色传感器领域存在这样一种需求：即希望比色传感器以化学品为基础，而不是以光致变色和热致变色染料为基础，以避免产生一种或多种与光致变色或热致变色染料有关的缺陷。例如，染料的响应具有有限的可调谐性，这使得检测某些所需范围内的辐射可能具有一定的困难。另外，使用光致变色或热致变色染料时，必须要有校正步骤以及相关性步骤才能使光致变色或热致变色染料响应与对一定量的UV或热能的暴露产生联系。此外，光致变色染料潜在的光漂白作用是含有光致变色染料的传感器必须要考虑的另一个问题。
发明内容
本发明以多层比色传感器为特征。这些传感器包含这样的层的组合：即当暴露于辐射或热能后，会产生光学特性的变化。例如，多层比色传感器可以包含具有反射表面的支承基底或其上具有单独反射层的支承基底，以及该反射表面或反射层上的可固化层，其中可固化层在暴露于辐射或热能后会发生一个或多个光学特性的变化。多层比色传感器还可以包含一个或多个附加层，这些附加层包括但不限于位于至少一部分(或全部)可固化层上的保护层(如透明涂层)、位于一部分但不是全部可固化层上的掩蔽层、以及它们的组合。
多层比色传感器可为能够检测对辐射或热能的暴露的多种化学品的结合提供通用平台。这些传感器可以是柔性或刚性的，并且可以被设计为提供快速、永久的响应。
可以使用多种层构造和材料形成本发明的比色传感器。每个层都可提供所得比色传感器的所需功能。例如，比色传感器的反射层可以是基本上连续的层或不连续层，并可以包含一个或多个单独的层。可固化层可以包含一种单层或多层，所述单层或多层包含：(a)一种或多种可聚合单体，(b)其上带有至少一种可聚合官能团的官能化聚合物，或(c)它们的组合。可固化层还可以包含至少一种非官能化聚合物，所述非官能化聚合物与下列物质结合在一起：(a)一种或多种可聚合单体，(b)其上带有至少一种可聚合官能团的官能化聚合物，或(c)(a)与(b)的组合。本发明的比色传感器的构造与组成将因若干因素而有所不同，这些因素包括但不限于所施加能量的类型与量、使用传感器的环境、传感器的最高可能暴露温度、以及所需的传感器灵敏度。
在一个示例性实施例中，本发明的比色传感器包括用于测量对辐射或热能的暴露的比色传感器，其中该比色传感器包含支承基底；在支承基底上的反射表面；以及在反射表面上的可固化层，可固化层包含：(a)单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的一种或多种可聚合单体，(b)其上带有单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的至少一种可聚合官能团的官能化聚合物，或(c)它们的任何组合；其中传感器暴露于(i)阈值量的辐射或(ii)阈值量的热能后能够产生一种或多种光学特性的变化。一种或多种光学特性可以包括颜色(或缺少颜色)、光学厚度、反射光谱值(如给定波长处反射值强度的变化或从一个波长到另一个波长的反射峰值变化)、或它们的组合。
本发明还涉及传感器阵列。可以将本发明的一个或多个相似或不同的比色传感器结合在一起，形成能够在暴露于辐射和/或热能后向使用者提供复合信号的传感器阵列。相对于单个比色传感器所产生的信号，这些复合信号可提供另外的信息，例如，对辐射和热能的暴露量和暴露程度。例如，示例性阵列可以包括阵列中具有不同可固化层化学品或不同可固化层厚度的至少两个比色传感器。在另一个示例性实施例中，示例性阵列可以包括这样的阵列：其中阵列中的每个比色传感器都(i)共享共用的反射层，并且(ii)包含层叠堆，该层叠堆包括：(1)相似或不同的可固化层，以及(2)选自光学透明保护层、掩蔽层和它们的组合的一个或多个可选层。
本发明甚至还涉及这样的装置：其包含比色传感器或传感器阵列、壳体部件、能够监测传感器的一个或多个光学特性变化的装置、或它们的组合。
本发明还涉及检测制品对阈值量辐射或热能的暴露的方法。在一个示例性实施例中，检测制品对阈值量辐射或热能的暴露的方法包括以下步骤：(i)提供制品；(ii)提供这样的比色传感器：其包含支承基底；在支承基底上的反射表面；以及在反射表面上的可固化层，其中可固化层包含：(a)单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的一种或多种可聚合单体，(b)其上带有单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的至少一种可聚合官能团的官能化聚合物，或(c)它们的任何组合；(iii)将制品与传感器暴露于辐射源或热能源，以及(iv)监测传感器因暴露于阈值量的辐射或热能而产生的一个或多个光学特性的变化(如颜色的变化、光学厚度的变化、或反射光谱的变化)。该方法可用于下文所述的多种应用。
本发明还涉及测量制品对辐射或热能的暴露量的方法。在一个示例性实施例中，测量制品对辐射或热能的暴露量的方法包括以下步骤：(i)提供制品；(ii)提供具有第一组光学特性并包含支承基底、在支承基底上的反射表面、以及在反射表面上的可固化层的比色传感器，其中可固化层包含：(a)单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的一种或多种可聚合单体，(b)其上带有单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的至少一种可聚合官能团的官能化聚合物，或(c)它们的任何组合；(iii)将制品与传感器暴露于辐射源或热能源，从而产生具有第二组光学特性的比色传感器，以及(iv)将第二组光学特性与第一组光学特性进行比较。
本发明甚至还涉及定制在暴露于预定量的辐射或热能后呈现一个或多个光学特性变化(如颜色的变化、光学厚度的变化、或反射光谱的变化)的比色传感器的方法。在一个示例性实施例中，定制在暴露于预定量的辐射或热能后呈现一个或多个光学特性变化的比色传感器的方法包括以下步骤：(1)选择特定量的辐射或热能；(2)配制在以下情况下会呈现一个或多个光学特性变化的可固化组合物：(i)以可固化层厚度施加到反射表面上，并且(ii)随后暴露于特定量的辐射或热能；(3)提供在其上具有反射表面的支承基底；以及(4)将可固化组合物施加到反射表面上，从而形成具有可固化层厚度的可固化层。在此方法中，可固化组合物可以包含：(a)单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的一种或多种可聚合单体，(b)其上带有单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的至少一种可聚合官能团的官能化聚合物，或(c)它们的任何组合。
从以下附图、具体实施方式和权利要求中，本发明的其他特征和优点将显而易见。
附图说明
图1示出了本发明的示例性多层比色传感器；
图2示出了本发明的另一种示例性多层比色传感器；
图3示出了本发明的另一种示例性多层比色传感器；
图4A-4F示出了本发明的示例性多层膜传感器阵列的正视图；
图5A-5B以图表形式示出了本发明实例1的示例性多层比色传感器样品在固化前和固化后的反射光谱；
图6以图表形式示出了本发明实例1的示例性多层比色传感器样品的光谱移动与暴露时间的图线；以及
图7以图表形式示出了本发明实例1的示例性多层比色传感器样品的ATR-IR光谱重叠图。
具体实施方式
本发明涉及在暴露于辐射或热能后呈现基于干涉作用的光学特性(如颜色)变化的多层(ML)传感器。根据以下公式，ML传感器的颜色(和其他光学特性)取决于传感器可固化层的光学厚度：
2nd(cosα)＝(m-1/2)λ
其中，n为可固化层材料的折射率，d为可固化层的厚度，n与d的乘积为光学厚度，α为入射视角，m为光学序数，λ为以纳米(nm)表示的波长。当暴露于辐射或热能后，传感器的可固化层会发生厚度(由于收缩)和/或折射率的变化。如果变化足够大，ML传感器会发生颜色变化。通过操纵可固化层的组成与厚度，可以定制在所需剂量的辐射或热能下呈现颜色变化的固化层。此外，通过传感器的光谱分析，便可以定量测定对辐射或热能的暴露量。
本发明的多层比色传感器包含在支承基底的反射表面上的至少一个可固化层。在一些实施例中，反射表面可以是支承基底的外表面。在其他实施例中，反射表面可以是与支承基底分离并且布置在支承基底上的反射层的外表面。本发明的多层比色传感器还可以包含如下文所述的一个或多个附加层。
图1示出了本发明的一种示例性多层比色传感器。如图1所示，示例性多层比色传感器10包含其上具有反射表面14的支承基底12、以及可固化层16。可固化层16可以暴露于环境中，以使得可固化层16向(i)使用者提供可以通过外表面17看到的光学信号，或向(ii)能够监测传感器10光学特性(如颜色)变化的装置提供光学信号。在其他实施例中，外表面17的至少一部分被一个或多个附加层(如透明涂层保护层和/或掩蔽层)覆盖，以使得可通过外表面17的一部分看到光学信号。这些实施例如图2-3中所示。
如图2所示，示例性多层比色传感器20包含支承基底22、反射层24、可固化层26、以及可固化层26的外表面27上的保护层29。在该示例性实施例中，保护层29覆盖了可固化层26的整个外表面27。在图3中，示例性多层比色传感器30包含支承基底32、反射层34、可固化层36、以及可固化层36的外表面37的一部分上的掩蔽层39。在该示例性实施例中，掩蔽层39的部分39a覆盖了部分外表面37，而通过掩蔽层39中的未覆盖区域39b可以看到外表面37。
本发明在描述本发明所公开的多层比色传感器时使用了多个术语。一些术语如下所述。如本发明所用：
“光学平坦”是指支承基底具有最低限度的曲率和/或至少25％入射光(更优选地，至少50％入射光)的镜面反射；
“尺寸变化”是指垂直于可固化层表面的外表面方向上的距离变化；
“反射”是指部分反射或完全反射；
“非官能化”是指聚合物上不包含可交联或可聚合的官能团；
“官能化”是指聚合物上包含至少一种活性的、可交联的或可聚合的官能团；
“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯；以及
“低挥发性”是指可聚合单体在1个大气压下的沸点大于约150℃。
多层比色传感器可以用于检测制品对辐射或热能的暴露。多层比色传感器还可以用于测量制品对辐射或热能的暴露量或暴露程度。在至少一个实施例中，制品对辐射或热能的暴露是通过可固化层暴露于辐射或热能后的光学厚度变化进行检测的。将给定的制品和贴近该制品放置的传感器暴露于辐射或热能，这会改变可固化层的光学厚度。
在一些实施例中，由于可固化层的化学组成，光学厚度的变化通常在可见光范围内可观察，并且通过肉眼就能检测到。但是，可以将传感器设计为当在诸如紫外光、红外光或近红外光之类的其他光源下时，显示光学厚度的变化。也可以使用多种检测手段。合适的检测手段的实例包括分光光度计、纤维光学分光光度计、以及光电探测器(如电荷耦合器件(ccd)、数字照相机等)。
如上述图1-3所示，本发明的多层比色传感器可以包括多个单独的组件。对每个组件以及任选组件的描述见下文。
I.多层比色传感器
本发明的多层比色传感器包括一个或多个以下组件：
A.支承基底
本发明的多层比色传感器包含诸如图1所示示例性多层比色传感器10的支承基底12之类的支承基底。支承基底可以包含任何能够为比色传感器的可固化层提供支承的适用材料。支承基底可以是柔性的或非柔性的(如刚性的)，并可以为给定的应用进行定制。在一个所需的实施例中，支承基底适用于真空沉积工艺，以使得在需要时可在支承基底上提供反射层。在另一个所需的实施例中，支承基底包含光学平坦的基底。
适用于形成支承基底的材料包括但不限于聚合物膜或片(如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜)、玻璃基底、无机基底、陶瓷基底、硅晶片、织物片、或它们的任何组合。在一个示例性实施例中，支承基底包含反射表面，以使得不必在支承基底上添加另外的反射层。一个这样的支承基底为硅晶片。另一个这样的支承基底为全聚合物型镜膜，可固化层(如下所述)可以沉积在它的上面。示例性全聚合物型镜膜在美国专利No.6,635,337、No.6,613,421、No.6,296,927与No.5,882,774中有所公开。
在另一个示例性实施例中，支承基底包含诸如具有极少反射性或没有反射性的聚合物膜或片之类的柔性基底。在此示例性实施例中，由于聚合物膜或片上没有反射表面，所以在支承基底上提供了反射层(如金属或半金属层，如下所述)。
支承基底的厚度可以根据给定的应用而有所不同。通常，支承基底的厚度为至少约50微米(μm)，而且通常在约50μm至约25毫米(mm)范围内，然而，支承基底可以具有任何所需的厚度。
支承基底可以具有这样的外表面(如图1所示外表面18、图2所示外表面28、以及图3所示外表面38)：能够将传感器直接或经一个或多个适用于将传感器粘合到给定制品的附加层(如压敏粘结层)间接附接到给定制品。
B.反射表面
本发明的多层比色传感器还包含诸如图1所示示例性多层比色传感器10的反射表面14之类的反射表面。如上文所述，反射表面可以是支承基底的反射外表面(如图1所示支承基底12的反射表面14)，也可以是支承基底外表面上的单独的层(如图2所示支承基底22上的反射层24)。
反射表面可以包含可形成反射表面的任何材料。适用于形成反射表面的材料包括但不限于如铝、铬、金、钯、铂、钛、镍、硅、银、以及它们的组合之类的金属或半金属。也可以使用诸如Au/Pd或Ni/Cr之类的合金。其他合适的材料包括但不限于含有或不含一种或多种适用金属或半金属的、诸如氧化硅、氧化铬、氧化钛、以及它们的组合之类的金属氧化物。
有利的是，用于形成反射表面或反射层的材料在层厚度(如支承层或反射层)为约20至约200nm时为全反射的。可以使用更薄的层制作半反射的反射表面或反射层。当作为单独的反射层存在时，反射表面的平均反射层厚度通常为至少约5nm(至任何所需厚度)。当作为与支承基底分开的层存在时，反射层的平均反射层厚度通常为约20nm至约200nm，更通常地为从约25nm至约100nm。
在本发明的一些示例性实施例中，反射表面的反射率为至少约90％(即，透射率为至少约10％)，在一些实施例中，反射率为约99％(即透射率为约1％)。在本发明的其他示例性实施例中，反射表面是半反射的，其中反射表面的反射率为至少约20％，有利地为约20％至约90％，甚至更有利地为约30％至约70％。
反射表面可以是基本上连续的反射表面或不连续的反射表面。另外，反射表面可以包含一个或多个反射层。有利的是，反射表面包含形成支承基底外表面的单个连续的反射表面，或支承基底外表面上的单个连续的反射层。
C.可固化层
本发明的多层比色传感器还包含诸如图1所示示例性多层比色传感器10的可固化层16之类的可固化层。可固化层可以包含多种材料，这些材料包括但不限于：(a)单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的一种或多种可聚合单体，(b)其上带有单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的至少一种可聚合官能团的官能化聚合物，或(c)它们的任何组合。
在一个示例性实施例中，可固化层包含一种或多种可聚合单体。这些单体包括可自由基聚合的单体、阳离子可聚合单体、双官能单体、或它们的任何组合。所需可聚合单体的选择取决于多种因素，这些因素包括但不限于传感器的应用、传感器的可能暴露温度、能量源等。有利的是，所述一种或多种可聚合单体(i)可以以溶液的形式涂布到上述反射表面或反射层上，形成薄膜，(ii)包含“低挥发性”可聚合单体，或(iii)同时满足(i)与(ii)的要求。
适用于本发明的可自由基聚合的单体包括但不限于以下类别的单体：
类别A-烷基醇的(甲基)丙烯酸酯(有利地为非叔醇)，醇含有1至22(有利地为4至22)个碳原子，包括(例如)甲基(甲基)丙烯酸酯、乙基(甲基)丙烯酸酯、正-丁基(甲基)丙烯酸酯、t-丁基(甲基)丙烯酸酯、己基(甲基)丙烯酸酯、异辛基(甲基)丙烯酸酯、2-乙基己基(甲基)丙烯酸酯、异壬基(甲基)丙烯酸酯、异冰片基(甲基)丙烯酸酯、苯氧乙基(甲基)丙烯酸酯、癸基(甲基)丙烯酸酯、十二烷基(甲基)丙烯酸酯与硬脂基(甲基)丙烯酸盐；
类别B-诸如1，2-乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、多种丁基二醇、多种己二醇、甘油丙烯酸酯之类的多羟基烷基醇的(甲基)丙烯酸单酯，以使得所得的酯被称为羟烷基(甲基)丙烯酸酯；
类别C-多官能单体，例如，1，4-丁二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸1，6-己二醇酯、二丙烯酸甘油酯、三丙烯酸甘油酯、新戊基乙二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸二甘醇酯、二丙烯酸三乙二醇酯、1，3-丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1，2，4-丁三醇三(甲基)丙烯酸酯、1，4-环己二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、山梨糖醇六丙烯酸酯双丙甘醇二(甲基)丙烯酸酯、1，3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化(3)三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二-三羟甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯、五(甲基)丙烯酸二戊赤藓醇酯、三-羟乙基-异氰脲酸酯三(甲基)丙烯酸酯、数量平均分子量大于200的聚乙烯乙二醇的二-(甲基)丙烯酸酯、亚甲基二-芳酰胺、1，6六亚甲基二-(甲基)丙烯酰胺、二亚乙基三胺三(甲基)丙烯酰胺、β-(甲基)丙烯酸乙基(甲基)丙烯酸酯、邻苯二甲酸二烯丙基酯、琥珀酸二乙烯酯、己二酸二乙烯酯、二乙烯基邻苯二甲酸酯、乙氧基化(6)双酚A二甲基丙烯酸酯(BisEMA6)、双酚A二缩水甘油二甲基丙烯酸酯(bisGMA)、氨基甲酸乙酯二甲基丙烯酸酯(UDMA)与新戊二醇二甲基丙烯酸酯(NPGDMA)；
类别D-(甲基)丙烯酸酯大分子单体，例如，(甲基)丙烯酸酯-封端的苯乙烯低聚物、(甲基)丙烯酸酯-封端的硅氧烷低聚物与(甲基)丙烯酸酯-封端的聚醚，如PCT专利申请WO 84/03837与欧洲专利申请EP140941中所描述的这些物质；
类别E-(甲基)丙烯酸与它们带有碱金属的盐，包括(例如)锂、钠和钾，以及它们带有碱土金属的盐，包括(例如)镁、钙、锶和钡；
类别F-选自由(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酸丙烯酰胺、正-取代(甲基)丙烯酸丙烯酰胺、N，N-二取代(甲基)丙烯酸丙烯酰胺(后者可以包括含有一个或多个杂原子的5元与6元杂环取代基)，以及甲基取代顺丁烯腈组成的组的含氮单体，以及N-乙烯基丙酰胺，例如，N-乙烯基吡咯烷酮与N-乙烯基己内酰胺；以及
类别G-诸如授予明尼苏达州圣保罗的3M公司的美国专利No.6,664,306中所公开的光引发剂单体之类的光引发剂单体。
合适的阳离子可聚合单体通常包含诸如环氧化物、环状醚、乙烯基醚、侧链不饱和芳香烃、内酯以及其他环状酯、环状碳酸酯、环状乙缩醛、醛、环硅氧烷、环状三磷腈以及它们的混合物之类的至少一种阳离子可聚合基团。其他合适的阳离子可聚合基团或单体在以下文件中有所描述：G.Odian，“Principles of Polymerization”Third Edition，John Wiley & Sons In.，New York(1991)(纽约约翰威立国际出版公司出版的“聚合反应原理”，奥迪安，1991年第三版)和“Encyclopedia ofPolymer Science and Engineering”，Second Edition，H.F.Mark，N.M.Bikales，C.G.Overberger，G.Menges，J.I.Kroschwitz，Eds.，Vol.2，729-814(1985)John Wiley & Sons，New York(纽约约翰威立国际出版公司出版的“聚合物科学与工程技术百科全书”，马克、毕卡乐斯、奥弗伯格、门杰斯、克洛斯维茨、爱德华，1985年第二版，第二卷第729-814页)。
在一个示例性实施例中，这一种或多种可聚合单体包含至少一种含有环氧化物或乙烯基醚的阳离子可聚合基团。
可用于本发明的环氧化合物为已知可经受阳离子聚合反应的环氧化合物，包括1，2-、1，3-和1，4-环状醚(也被称为1，2-、1，3-和1，4-环氧化物)。这些环氧化合物在“Encyclopedia of Polymer Science andTechnology”，6,322(1986)(“聚合物科学与技术百科全书”，1986年，第六卷第322页)中有所公开。制备含有环氧单体的组合物时，可在组合物中加入(包括但不限于)羟基功能性材料在内的其他组分。羟基功能性材料可以以材料混合物或共混物的形式存在，并可包含含有单一羟基和/或多羟基的材料。存在羟基功能性材料时，其有利地包含至少两个羟基(如二醇)。此外，当存在时，一种或多种环氧树脂和一种或多种含单一羟基和/或多羟基的材料可以以任何所需的重量比存在，并且通常每一种的重量占可固化层重量的比率在约5至约95重量％范围内。
在另一个示例性实施例中，一种或多种可聚合单体包含一种或多种与一种或多种乙烯基醚树脂混合的环氧树脂。在此实施例中，一种或多种环氧树脂和一种或多种乙烯基醚树脂可以以任何所需的重量比存在，并且通常每一种的重量占可固化层重量的比率在约5至约95重量％范围内。
同一单体中具有阳离子可聚合部分和可自由基聚合部分的双官能可聚合单体也可以用于本发明，诸如(例如)缩水甘油基异丁烯酸酯和2-羟基乙基丙烯酸酯。这些双官能可聚合单体可以单独使用，也可以与一种或多种上述可聚合单体结合使用。在一个示例性实施例中，可自由基聚合的单体(例如，上述(甲基)丙烯酸酯中的一种)与一种或多种双官能可聚合单体结合，以形成可固化层。
在一个示例性实施例中，可固化层包含单种可聚合单体。在其他示例性实施例中，可固化层包含两种或更多种可聚合单体的混合物。当使用可聚合单体的混合物形成可固化层时，每种单体可以以任何量存在，并且通常每一种的重量占可固化层重量的比率在约5至约95重量％范围内。
可固化层可以包含单独存在或与至少一种低聚物、至少一种聚合物、或它们的组合结合在一起的一种或多种上述可聚合单体。在一个示例性实施例中，可固化层包含与至少一种非官能化聚合物结合在一起的一种或多种上述可聚合单体。适合与上述可聚合单体一起使用的非官能化聚合物可以根据多种因素进行选择，这些因素包括但不限于要使用传感器的特定应用、可固化层的其他组分等。
在一些实施例中，可固化层具有疏水性是可取的，以便降低环境湿气或水分引起可固化层光学厚度变化、可能干扰辐射和/或热能检测以及/或者可能干扰任何指示对辐射和/或热能的暴露的信号的机会。在这些实施例中，非官能化聚合物有利地包括但不限于用多类单体制备的聚合物和共聚物(包括嵌段共聚物)，这些单体包括疏水丙烯酸酯和异丁烯酸酯；多官能单体，例如二乙烯基苯、1，6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、新戊基乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚(二甲基硅氧烷)二(甲基)丙烯酸酯、诸如可从UCB化学品公司(UCB Chemicals)以商品名“IRR 214”商购获得的二丙烯酸酯之类的二丙烯酸酯、季戊四醇三和四丙烯酸酯以及三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯；乙烯基单体，例如，苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、硬酯酸乙烯酯、氯乙烯与乙烯基降冰片烯；诸如异丁烯、乙烯、丙稀、丁二烯与冰片烯之类的碳氢化合物单体(烯烃)；诸如有机氢硅烷、烷氧基硅烷、苯氧硅烷与氟碱性氧硅烷之类的硅烷单体；以及诸如四氯乙烯、偏二氟乙烯、六氟丙稀、与全氟烃基(甲基)丙烯酸酯之类的氟化单体。
在不考虑环境湿气与水分的其他实施例中，非官能化聚合物有利地包括但不限于用多类单体制备的聚合物与共聚物(包括嵌段共聚物)，这些单体包括羟基化单体，其包括诸如羟基乙基(甲基)丙烯酸酯与羟甲基(甲基)丙烯酸酯之类的羟烷基(甲基)丙烯酸酯；诸如(甲基)丙烯酸丙烯酰胺、N-异丙基(甲基)丙烯酸丙烯酰胺与N，N-二甲基(甲基)丙烯酸丙烯酰胺之类的丙烯酸丙烯酰胺；诸如(甲基)丙烯酸酐与马来酸酐之类的酸酐；诸如丙稀醛之类的醛官能化单体；诸如t-丁基胺乙基(甲基)丙烯酸酯、二异丙基胺乙基(甲基)丙烯酸酯、二甲基胺乙基(甲基)丙烯酸酯、乙烯基吡啶、二甲基胺乙基(甲基)丙烯酸酯-甲基氯化物盐、氨基苯乙烯、4-氨基苯乙烯与乙烯基咪唑之类的胺或胺盐官能化单体；诸如(甲基)丙烯酸、羧乙基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸金属盐、苯乙烯磺酸、可从UCB化学品公司(UCB Chemicals)以商品名“EBECRYL170”商购获得的单体、乙烯基膦酸与乙烯基磺酸之类的酸性官能化单体；诸如缩水甘油基(甲基)丙烯酸酯之类的环氧化物官能化单体；诸如N-乙烯吡咯烷酮、乙烯二甲基氮代内酯(VDM)、偏二氯乙烯、乙烯醇、(甲基)丙烯腈与乙烯基苯酚之类的乙烯基单体；以及上文列出的双官能单体。
适用于本发明的其他非官能化聚合物的实例包括但不限于聚(己内酯)、聚(砜)、聚(乙烯乙二醇)、聚(聚氨酯)、聚碳酸酯、聚(乙亚胺)、聚(乙烯醇)、聚(乙烯酚)、乙基纤维素、氟代多元醇、聚酯、聚酰胺、聚酸亚胺以及聚缩醛。
当使用可聚合单体与至少一种非官能化聚合物的混合物形成可固化层时，可聚合单体组分所占的重量比率通常在约5至约95重量％范围内，更有利地在约10至约50重量％范围内，甚至更有利地在约10至约30重量％范围内，而非官能化聚合物组分所占的重量比率通常在约5至约95重量％范围内，更有利地在约50至约90重量％范围内，甚至更有利地在约70至约90重量％范围内，其中所有重量比率均以可固化层的总重量为基础。
在另一个示例性实施例中，可固化层包含其上带有至少一种活性官能团的官能化聚合物，其中该至少一种活性官能团能够(i)与可固化层内的另一种组分(与官能化聚合物是分离的)发生反应，(ii)与官能化聚合物上的另一种官能团或可固化层内的另一种组分(与官能化聚合物是分离的)交联，或(iii)同时满足(i)和(ii)。示例性活性官能团包括但不限于包含可自由基聚合的不饱和度的侧基团(如乙烯基、乙烯氧基、(甲基)丙烯酸树脂、(甲基)丙烯酰、(甲基)丙烯酰氧基、炔丙基、(甲基)丙烯酰胺基与乙炔官能团)；以及诸如羟基、仲氨基、噁唑啉基、噁唑酮基、乙酰基、丙酮基、羧基、异氰酸基、环氧基、氮丙啶基、卤化酰基、乙烯氧基与环酐基之类能够进行亲核/亲电反应的活性基团。
合适的官能化聚合物包括但不限于其上带有可自由基聚合的基团的聚合物、其上带有阳离子可聚合基团的聚合物、或两者的组合。适用于本发明的官能化聚合物包括但不限于美国专利No.6,664,306中所公开的官能化聚合物。本发明尤其感兴趣的是美国专利No.6,664,306中所公开的官能化聚合物，其通过“间接”工艺形成(即通过(i)其上含有一种或多种官能团的聚合物与(ii)其上带有至少一种活性基团的一种或多种双官能反应物(其与聚合物上的一种或多种官能团以及可自由基聚合的不饱和基团发生反应)之间的反应形成官能化聚合物)。此外，本发明的官能化聚合物包括美国专利No.6,664,306中所公开的“多官能化合物”(如公开的树枝状聚合物)，以及美国专利No.6,664,306中所公开的光引发剂聚合物。
适用于本发明的其他官能化聚合物包括但不限于乙烯/一氧化碳聚合物，其可从特拉华州威尔明顿的杜邦公司商购获得，商品名为“ELVALOY”树脂(如乙烯、乙酸乙烯与一氧化碳的三元共聚物(E/VA/CO))和“ELVALOYHP”树脂(如乙烯、丁基丙烯酸酯与一氧化碳的三元共聚物(E/nBA/CO))。
在这些实施例中，可固化层可以包含最多100重量％的一种或多种官能化聚合物，或可以包含与一种或多种上述可聚合单体、一种或多种上述非官能化聚合物或它们的组合结合在一起的一种或多种官能化聚合物。
在一些实施例中，可固化层可以包含：(a)与至少一种可聚合单体结合在一起的至少一种官能化聚合物，(b)至少一种非官能化聚合物，或(c)它们的组合。当用至少一种官能化聚合物与至少一种可聚合单体和/或至少一种非官能化聚合物的混合物形成可固化层时，官能化聚合物组分所占的重量比率通常在约5至约95重量％范围内，更通常在约50至约90重量％范围内，甚至更通常在约70至约90重量％范围内；可聚合单体组分所占的重量比率通常在约5至约95重量％范围内，更通常在约10至约50重量％范围内，甚至更通常在约10至约30重量％范围内；非官能化聚合物组分所占的重量比率通常在约5至约95重量％范围内，更通常在约50至约90重量％范围内，甚至更通常在约70至约90重量％范围内，其中所有重量比率均以可固化层的总重量为基础。
可固化层通常还包含至少一种聚合反应引发剂。合适的聚合反应引发剂包括光引发剂、热引发剂、或它们的组合。可用于本发明的热自由基引发剂包括但不限于偶氮、过氧化物、过硫酸盐、以及氧化还原引发剂。适用于本发明的示例性的偶氮、过氧化物、过硫酸盐与氧化还原引发剂在授予明尼苏达州圣保罗的3M公司的美国专利No.5，721,289中有所公开。
合适的市售热引发剂为可从特拉华州威尔明顿的杜邦公司以商品名“VAZO”获得的热引发剂，包括2，2’-偶氮二(2-甲基丁腈)(VAZO-67)与2，2’-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)(VAZO-52)。其他合适的热引发剂包括但不限于过氧化苯甲酰、氢过氧化异丙苯、二-叔丁基过氧化物与二异丙基过氧二碳酸盐。
其他合适的引发剂包括但不限于频哪醇，如四苯基1，1，2，2-乙二醇；安息香醚，如安息香甲醚或安息香异丙醚；取代安息香醚，如茴香偶姻甲醚；取代苯乙酮，如2，2-二乙氧基苯乙酮与2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮；取代α-酮基，如2-甲基-2-羟基苯丙酮；芳族磺酰氯，如2-萘-磺酰氯；以及光敏肟，如1-苯基-1，2-丙二酮-2(O-乙酰基)肟。
适合与阳离子可固化单体一起使用的光引发剂包括具有以下化学式的盐类：
ZY
其中Z为阳离子部分，Y为引发剂的阴离子部分，Z与Y的总量使引发剂化合物为电中性。可用作催化剂和引发剂阳离子部分的阳离子Z的种类包括：
(1)选自由元素周期表(CAS版本)IA-IIIA、IB-VIIB、VIII族金属以及镧系元素和锕系金属组成的组的、有利地具有1-5的化合价的一价或多价金属阳离子。
(2)有机鎓阳离子，例如，美国专利No.4,250,311、No.3,708,296、No.4,069，055、No.4,216,288、No.5,084,586与No.5,124,417中所公开的有机鎓阳离子，包括脂肪族或芳族以IVA-VIIA(CAS版本)族为中心的鎓盐，有利地选自重盐、氧硫鎓、二苯基碘鎓、三芳基硫鎓与质子化脂肪族、芳族或杂环胺；以及
(3)选自美国专利No.4,985,340中所述的有机金属络合物阳离子的、具有以下公式并且基本上不含金属氢化物或金属烷基官能团的有机金属络合物阳离子：
[(L1)(L2)M]+qYn
其中：
M表示选自由Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Pd、Pt与Ni组成的组的金属；
L1表示1或2环状多不饱和配体，其可以是相同或不同的配体，选自由取代和未取代环戊二烯基、环己二烯基与和环庚三烯基、环庚三烯、环辛四烯、杂环化合物以及芳族化合物(选自取代或未取代苯化合物和具有2至4个熔融环的化合物，其中每一个都能为M的价电子层贡献3至8个电子)组成的组；
L2表示0或1至3个非阴离子配体，其可贡献偶数个电子，可以是相同或不同的配体，这些配体选自包括一氧化碳、酮、烯烃、醚、亚硝、膦、亚磷酸盐以及砷和锑有机金属腈、胺、炔烃、异腈、四氧化二氮的有关衍生物的群组，条件是贡献给M的全部电子电荷会使络合物具有净残余正电荷q；
q为值为1或2的整数，代表络合物阳离子的残余电荷；
Y为阴离子；以及
n为值为1或2的整数，代表需要中和络合物阳离子上的电荷q的络合物阴离子的数量。
有机金属盐是本领域中技术人员已知的，可根据(例如)欧洲专利No.109,851、No.094,914、094,915与No.126,712中的描述制备。
阴离子Y包括以下形式的阴离子类型：
XQ，
其中X为选自B、P、As或Sb的元素，Q为F或F取代芳族化合物，选择的X与Q的比率应可以使该部分整体带负电荷。
适用于本发明的其他引发剂包括但不限于美国专利No.5,514,728与No.5,670,006中所公开的引发剂。
合适的市售光引发剂包括但不限于可以从纽约州达里镇的汽巴精化有限公司(Ciba Specialty Chemical Corp.，Tarrytown，NY)以商品名“IRGACURE”和“DAROCUR”购买的光引发剂，包括1-羟基环己基苯基甲酮(IRGACURE 184)、2，2-二甲氧基-1，2-二苯-1-乙醇酮(IRGACURE 651)、二(2，4，6-三甲基苯甲酰)苯基氧化磷(IRGACURE819)、1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮(IRGACURE2959)、2-苄基-2-二甲基氨基-10(4-吗啉基苯基)丁酮(IRGACURE 369)、2-甲基-1-[4-(甲基硫)苯基]-2-吗啉-1-丙酮(IRGACURE 907)以及2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-丙酮(DAROCUR 1173)。合适的光引发剂还可以包含诸如二苯基碘鎓六氟磷酸盐与(4-二甲基氨基)二苯甲酮之类的多种组分。
当存在聚合反应引发剂时，其重量占可固化层总重量的比率通常为约0.001至约5.0重量％，更通常为约0.05至约3.0重量％，甚至更通常为约0.1至约2.0重量％。
在一些示例性实施例中，可固化层包含一种或多种上述组分的共混物或组合。共混物可以是均质的，也可以是异质的。可固化层中一种或多种上述组分的共混物或组合允许使用单个相对较小的传感器检测各种量的辐射和/或热能。在一个示例性实施例中，可固化层包含至少两种上述组分，其中组分(1)彼此混合，(2)处于给定层中，但彼此不混合(即呈并列构型)，(3)处于层中并彼此分离(即呈堆叠状态)，或(4)(1)至(3)的任何组合。
可固化层包含一种或多种上述材料，以便形成在暴露于辐射或热能后其光学厚度会发生变化的可固化组合物。光学厚度的变化可以由诸如因溶胀或收缩而产生的可固化组合物物理厚度变化之类的尺寸变化或可固化组合物折射率的变化而导致。光学厚度的变化会导致可固化层颜色的变化。例如，可固化层可以从一种颜色变为另一种颜色，从一种颜色变为无色，或从无色变成某种颜色。在一个示例性实施例中，在通过可固化层进行观察时，本发明的传感器会显示为第一颜色或是无色的，并且当暴露于阈值量的辐射或热能后，会：(i)经历从第一颜色到第二颜色(即与第一颜色不同的颜色)的颜色变化，(ii)经历从第一颜色到无色状态的颜色变化，或(iii)经历从无色状态到有色状态的颜色变化。
与反射表面(或层)类似，可固化层可以包含一个或多个层。可固化层还可以包含两个或更多个次层。一个或多个次层可以是不连续的，也可以是成图案的。当存在次层时，其通常包含对辐射或热能暴露的灵敏度程度各不相同的不同组成材料。次层可以具有多种构造。例如，可以堆叠次层以形成两个或更多个层的叠堆，或可以以并列构型布置在同一层中。
可固化层可以包含图案，以便在暴露于辐射或热能后生成彩色图像、文字、或信息。次层可以通过具有对辐射和/或热能敏感(即在暴露于辐射和/或热能后会发生尺寸变化)的一个或多个部分和对辐射或热能暴露(即在暴露于辐射或热能后不会发生尺寸变化)不敏感的一个或多个部分而形成图案。作为另外一种选择，对暴露敏感的材料的图案可以沉积在更大的、对暴露不敏感的次层上。在这个后面的实施例中，期望使图案化层非常薄，以使得在传感器暴露于辐射或热能前没有明显的光学厚度差异。暴露于辐射或热能后，图案可以向使用者(或设备)提供容易辨认的信号。
可固化层可以具有任何所需的总体厚度。有利的是，可固化层的总体厚度大于约50nm，更有利地在约100至约2000nm范围内，甚至更有利地在约200至约1400nm范围内。在一个实施例中，可固化层的层厚度基本上在整个可固化层中相同。例如，参见图1的可固化层16。在其他实施例中，可固化层的层厚度在可固化层中的第一位置与在可固化层中的一个或多个其他位置不同。在这两种情况下，可在可固化层上施加一个或多个附加的可选层，以符合可固化层中的厚度变化。
在一些实施例中，可固化层的部分或全部上表面(如图1所示可固化层16的上表面17)暴露于给定的环境中，以使得可固化层的至少一部分(或全部)上表面上没有附加层。在其他实施例中(如下所述)，可固化层的部分(或全部)上表面(如图1所示可固化层16的上表面17)上覆盖有一个或多个附加层。在一个示例性实施例中，可固化层的部分(或全部)上表面(如图1所示可固化层16的上表面17)上覆盖有一个或多个附加层，其中所述一个或多个附加层包含一种或多种聚合材料。
D.可选附加层
本发明的多层比色传感器还可以包括在上述层之间或其上的附加层，只要该附加层(或这些附加层)不会对传感器向使用者或设备提供响应信号的能力产生负面影响。附加层可包括粘结层、结构层、粘结剂层、硬敷层、其他保护层、掩蔽层等。
在一个示例性实施例中，多层比色传感器包含可固化层上的一个或多个附加层。可以至少部分覆盖可固化层的合适的附加层包括但不限于视觉上澄清的保护层、掩蔽层、透明层或层合物，或它们的组合。例如，掩蔽层可用于暂时或永久地遮蔽可固化层的一部分，使其不暴露于辐射或热能。可以将附加层直接施加到可固化层上，也可以通过粘结层或其他粘结剂层暂时或永久地粘合到可固化层。在一个示例性实施例中，在可固化层的一部分上以图案的形式提供掩蔽层。在该实施例中，当暴露于辐射或热能后，比色传感器会以信号图案(即可固化层上的掩蔽层的反转图案)的形式显示信号。该信号图案可以具有任何所需的构型，包括但不限于形状、字母、文字、给使用者的特定消息、给使用者的安全指导、公司徽标等。
在另一个示例性实施例中，在可固化层的至少一部分上或在可固化层的整个上表面上提供视觉上澄清的保护层。视觉上澄清的保护层可以包含(例如)聚氨酯硬涂层组合物。
在另一个示例性实施例中，多层比色传感器包含支承基底下方(如邻近图1所示外表面18)的一个或多个附加层。可至少部分覆盖(或完全覆盖)支承基底的合适的附加层包括但不限于粘结剂层(如压敏粘结剂(PSA)层、诸如热熔粘合剂之类的可热激活粘结剂层，或它们的任何组合)、临时基底(如覆盖PSA层的隔离衬垫)、永久制品(如要暴露于所需量的辐射或热能的制品)、或它们的任何组合。在一个所需的实施例中，多层比色传感器包含邻近支承基底的PSA层，以使得可以将传感器连接到要暴露于所需量的辐射或热能的制品。在该实施例中，可以使用任何已知的PSA。合适的PSA包括但不限于美国专利No.RE24,906(乌尔里希)、No.5,512,650(雷尔等人)与No.5,393,787(内斯特加德等人)中所公开的PSA。
II.制备多层比色传感器的方法
本发明还涉及制备多层比色传感器的方法。本发明的多层比色传感器可通过传统的涂覆方法制备。例如，可固化层可以通过旋涂、浸涂、溶液涂覆、挤压涂布或本领域中已知的其他合适的技术制备。可固化层还可以通过诸如等离子聚合作用之类的等离子沉积工艺制备。反射表面可以通过诸如蒸镀、溅射、化学气相沉积(CVD)、等离子沉积或火焰沉积之类的标准蒸汽涂覆技术制备。制备反射表面的另一种方法是从溶液析出。
在一些实施例中，制备多层比色传感器的方法包括定制传感器，以使其在暴露于预定量的辐射或热能后呈现一个或多个光学特性的变化(如颜色的变化、光学厚度的变化、或反射光谱的变化(如在给定波长下反射值强度的变化，或一个波长至另一个波长的反射峰值的变化))。在定制比色传感器以使其在暴露于预定量的辐射或热能后呈现一个或多个光学特性变化的一个示例性方法中，该方法包括以下步骤：(1)选择特定量的辐射或热能；(2)配制在以下情况下会呈现一个或多个光学特性变化的可固化组合物：(i)以可固化层厚度施加到反射表面上，并且(ii)随后暴露于特定量的辐射或热能；(3)提供在其上具有反射表面的支承基底；以及(4)将可固化组合物施加到反射表面上，从而形成具有可固化层厚度的可固化层。在该示例性方法中，可固化组合物可以包含：(a)单独的或与至少一种上述非官能化聚合物结合在一起的一种或多种上述可聚合单体，(b)其上具有单独的或与至少一种上述非官能化聚合物结合在一起的至少一种可聚合官能团的一种或多种上述官能化聚合物，或(c)它们的任何组合。定制的传感器制备好后，可以用包括以下步骤的方法使用传感器：将传感器放置在要暴露于辐射或热能的制品附近(或上面)；将传感器和制品暴露于一定量的辐射或热能。在一些实施例中，制品(或制品的一部分)可以用作支承基底和/或反射表面，以使得通过将可固化层施加到制品上，被涂覆的制品在暴露于辐射或热能后能够提供响应信号。
III.使用多层比色传感器的方法
本发明的多层比色传感器可以单独使用，也可以作为检测对辐射或热能的暴露的设备的一部分。在本发明的一个实施例中，多层比色传感器至少部分被壳体包封。壳体有利地包括设置在可固化层上方的至少一个开口，以使得通过该至少一个开口可以看到可固化层。在一些实施例中，壳体包括至少一个开口，其中所述至少一个开口提供可固化层上表面受限制的视野，以最小化因视角而导致的传感器可视颜色的任何可能变化(以及对使用者读取传感器信号的干扰)。该受限制的视野通常允许在垂直角度(即从垂直于可固化层外表面的位置观察)±30°，更有利地为±15°的角度内的可固化层上表面视野。
壳体还可以用于约束本发明的多层比色传感器，以使得传感器保持弓形或圆柱形的形状。这种构造可以让使用者以更大范围的视角观察传感器，同时颜色改变程度最小。
多层比色传感器可以用于包含传感器和辐射源(或热能源)并且可选地包含能够监测传感器一个或多个光学特性变化(如颜色的变化、光学厚度的变化、或反射光谱的变化)的设备的系统中。辐射源或热能源可以是任何常规的辐射源或热能源，包括但不限于高强度和低强度UV灯、电子束设备(如电屏蔽处理器)、烘箱、微波炉、太阳、环境热或光、γ源、可见光源等。监测可以以多种方式进行。可以通过肉眼或利用图片检测器以可视的方式进行监测，或通过其他合适的方式进行监测。
两个或更多个多层比色传感器可以一起使用，以形成阵列。此阵列可以是任何合适的构型。例如，阵列可以包括并排的两个或更多个传感器，或者可以将传感器连接到或构造在基底的相对侧。给定阵列中的传感器可以属于相同的类型，也可以属于不同的类型。多层比色传感器阵列可用于指示：(i)对辐射或热能的暴露，(ii)对特定量的辐射或热能的暴露，(iii)对特定波长的辐射或特定温度的暴露，或(iv)(i)至(iii)的任何组合，具体取决于它们在聚集阵列中的独特响应信号。
图4A-4F示出了多层比色传感器的示例性阵列。示例性阵列40-45中的每一个都包含基层47和基层47上表面上的薄膜叠堆48。基层47可以是上述支承基底或在支承基底上的反射表面。作为另外一种选择，基层47可以是要暴露于辐射或热能的制品，并且上面连接有两个或更多个薄膜叠堆48。给定阵列中的薄膜叠堆48可以具有相同或不同的化学组成，并且可以包含一个或多个层(例如，上述单独的或与支承基底或在支承基底上的反射表面结合在一起的可固化层)。例如，给定阵列中的两个或更多个薄膜叠堆48可以具有：(i)不同的可固化层化学组成，(ii)不同的可固化层厚度，或(iii)(i)与(ii)的组合。
在本发明的一个示例性实施例中，阵列包含两个或更多个比色传感器，其中阵列中的每个比色传感器(i)共享共用的反射层并且(ii)包含层叠堆，该层叠堆包括(1)可固化层与(2)选自光学透明保护层、掩蔽层以及它们的组合的一个或多个可选层。
如图4A-4F所示，可以将多层比色传感器配置为以均匀分布方式(如阵列41)、非均匀方式(如阵列45)、并排形式(杆规型等)(如阵列42)或其他任何构型存在的一个或多个离散的传感器元件。
多层比色传感器可以用于多种应用。在一个示例性实施例中，多层比色传感器的使用方法是检测制品对阈值量的辐射或热能的暴露。在该实施例中，检测制品对阈值量辐射或热能的暴露的方法可以包括以下步骤：(1)提供制品；(2)提供比色传感器，其包含：(i)支承基底；(ii)在支承基底上的反射表面；以及(iii)在反射表面上的可固化层，其中可固化层包含：(a)单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的一种或多种可聚合单体，(b)其上带有单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的至少一种可聚合官能团的官能化聚合物，或(c)它们的任何组合；(3)将制品与传感器暴露于辐射源或热能源，以及(4)监测传感器因暴露于阈值量的辐射或热能而产生的一个或多个光学特性的变化(如颜色的变化、光学厚度的变化、或反射光谱的变化)。例如，当制品包括可固化的制品、移动通过生产线的制品、经受消毒处理的制品、形成杀菌灯的一部分或与杀菌灯联合使用的制品、形成衣服或其他可穿戴物品的一部分或与衣服或其他可穿戴物品联合使用的制品、人体的一部分等时，可以使用这种方法。
检测制品对阈值量的辐射或热能的暴露的上述方法可以包括制品与一个或多个传感器沿通道通过一个或多个处理位置的联系处理。在上述方法中，暴露步骤可以包括将制品与一个或多个传感器暴露于辐射源或热能源的两个或更多个单独处理步骤。监测步骤可以包括在视觉上检测一个或多个传感器，或者可以包括利用光度计(或其他合适的设备)测量一个或多个传感器的一个或多个光学特性。
多层比色传感器的使用方法还可以为测量制品对辐射或热能的暴露量。在一个示例性方法中，测量制品对辐射或热能的暴露量的方法包括以下步骤：(1)提供制品；(2)提供具有第一组光学特性并且包含以下部件的比色传感器：(i)支承基底；(ii)在支承基底上的反射表面；以及(iii)在反射表面上的可固化层，其中可固化层包含：(a)单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的一种或多种可聚合单体，(b)其上带有单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的至少一种可聚合官能团的官能化聚合物，或(c)它们的任何组合；(3)将制品与传感器暴露于辐射源或热能源，从而产生具有第二组光学特性的比色传感器；以及(4)将第二组光学特性与第一组光学特性进行比较。在该示例性方法中，暴露步骤可以包括将制品与传感器暴露于辐射源或热能源的两个或更多个单独处理步骤，并且传感器提供从两个或更多个单独处理步骤累积的辐射或热能量的指示。此外，比较步骤可以包括测量传感器的光谱蓝移变化。
与已知的传感器相比，本发明的多层比色传感器可提供多个优点。本发明的多层比色传感器优于已知传感器的一个特别重要的优点是，使用相对较薄的可固化材料层，就能够显示对一定剂量的辐射或热能的暴露。如上所述，本发明的多层比色传感器能够提供指示对一定剂量的辐射或热能的暴露的信号，同时包含的可固化层的厚度仅为50nm。
本发明的多层比色传感器的另一个优点是，可以通过构造传感器使得环境湿气或水分不会使传感器的光学特性发生变化。所得的多层比色传感器可用于要求相对较高湿度和/或暴露于水的应用。
在与制品固化监测有关的一些应用中，所固化的制品的组成可以用作本发明的多层比色传感器的可固化层，这样可以不必校准传感器对制品固化的响应。这些应用比使用光致变色或热致变色染料的传感器具有明显的优势，这些传感器需要相互关联步骤将光致变色或热致变色染料的变化与对一定量的热能或光能的暴露联系起来。
此外，如上所述，多层比色传感器可以容易地用传统的涂覆技术进行处理。例如，反射层可通过蒸发或喷涂进行沉积，而固化层可通过溶剂涂覆进行沉积。
实例
本发明可以通过以下实例进行说明。除非另外指明，否则多层比色传感器样品都是以垂直于传感器表面的角度观察的。也可以使用其他观察角度。观察角度不同，观察到的颜色也会不同。
以下实例仅用于说明目的，并不旨在限制所附权利要求书的范围。除非另外指明，否则在实例以及说明书其余部分中的所有份数、百分数、比值等均按重量计。除非另有说明，否则所用的溶剂和其他试剂均来自威斯康星州密尔沃基市西格玛阿尔德里奇化学公司(Sigma-Aldrich Chemical Company(Milwaukee，WI))。
这些实例中使用了以下材料：
 
缩写或商品名 说明
VAZO-67 2，2-偶氮二(2-甲基丁腈)，可从特拉华州威尔明顿的杜邦公司(E.I.duPont de Nemours & Co.)商购获得                              
TMPTA 三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，可从宾夕法尼亚州埃克斯顿的沙多玛公司(Sartomer(Exton，PA))商购获得                               
DTMPTA 双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯，可从宾夕法尼亚州埃克斯顿的沙多玛公司(Sartomer(Exton，PA))商购获得                             
THF 四氢呋喃
 
DPIH 二苯基碘鎓六氟磷酸盐
DMAB (4-二甲基氨基)二苯甲酮
VAZO-52 2，2’-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)，可从特拉华州威尔明顿的杜邦公司(E.I.duPont de Nemours & Co.)商购获得                                     
PCHA 以下制备实例P1中制备的环己基丙烯酸酯的均聚物
IBA 异冰片基丙烯酸酯
HEMA 2-甲基丙烯酸羟乙酯
IOA 丙烯酸异辛基酯
VDM 乙烯基二甲基吖内酯，(2-乙烯基-4，4-二甲基-1，3-噁唑啉-5-酮)，可从新泽西州普林斯顿的SNPE公司(SNPE，Inc.(Princeton，NJ))商购获得                                                             
DBU 1，8-二氮杂双环[5.4.0]-十一碳-7-烯
IRGACURE819 二(2，4，6-三甲基苯甲酰)苯基氧化磷，可从新泽西州霍桑的汽巴精化有限公司(Ciba Specialty Chemicals(Hawthorne，NJ))商购获得             
PET 薄膜厚度为52微米的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜
凝胶渗透色谱法(GPC)：
使用凝胶渗透色谱法(GPC)测量材料的分子量。通过将另外10mL的THF加入大约25mg样品中来制备样品。使用0.2微米聚四氟乙烯(PTFE)针筒过滤器过滤溶液。将150微升溶液注入与Waters 2695TM分离模块(马萨诸塞州米尔福德的沃特斯公司((Waters Corp.，Milford，MA))结合在一起的六柱组合(Jordi Associates混合床与500A柱，马萨诸塞州贝灵汉的乔迪联合公司(Jordi Associates Inc.，Bellingham，MA))。在35℃下操作Waters2695TM，将THF用作洗脱液，流速为1.0mL/分钟。用威斯克泰型号100(Viscotek Model 100)双重折射率检测器(英国伯克郡克罗索那的威斯克泰欧洲有限公司(Viscotek Europe Ltd，Crowthorne，Berkshire，UK))检测浓度变化。分子量的计算以分子量从7.5E6至580AMU范围内的窄分散性聚苯乙烯所作的校正为基础。用Cirrus GPC软件(马萨诸塞州阿默斯特的聚合物实验室公司(PolymerLaboratories，Inc.Amherst，MA))完成实际计算。结果表示为Mw(重均分子量)、Mn(数均分子量)、以及多分散性指数(比率Mw:Mn)。
制备实例P1：
制备环己基丙烯酸酯(PCHA)的均聚物。在广口瓶中，将49.33克环己基丙烯酸酯、0.55克异辛基3-巯基丙酸甲酯和0.21克VAZO-67溶解于125毫升甲苯中。将广口瓶密封，放入水浴摇床中，并在80℃下加热16小时。通过降低压力，使反应混合物蒸发至其原有体积的一半。将所得的溶液倒入甲醇中，形成沉淀。将溶剂滗析出来，并将沉淀再溶解于甲苯中。将该沉淀工序总共进行三次。第三次沉淀之后，将固体放入真空烘箱中，在高真空、60℃下干燥20小时，得到透明固体(38.37克)。对纯化聚合物的GPC分析显示，其Mw＝34,200，Mn＝13,300，多分散性为2.58。
制备实例P2-P3：
通过将制备实例P1的PCHA溶液(固体占甲苯的40％)与表1中所示的其他组分混合制备可固化组合物。
表1.制备实例P2-P3的组合物组分
 
制备实例 PCHA溶液(克)     TMPTA(克)  DPIH(克) DMAB(克) THF(克)
P2 0.875 0.15 0.009 0.0045 3.96
P3 0.35 0.06 0.0018 0.0009 1.59
制备实例P4-P7：
通过将制备实例P1的PCHA溶液(固体占甲苯的40％)与表2中所示的其他组分混合制备可固化组合物。
表2.制备实例P4-P7的组合物组分
 
制备实例 PCHA溶液(克)     TMPTA(克)  DTMPTA(克)   VAZO-52(克)   甲苯(克) THF(克)
 
P4 0.875 0.15 ---- 0.005 3.97 ----
P5 0.35 0.06 ---- 0.002 1.588 ----
P6 1.75 ---- 0.31 0.004 ---- 7.94
P7 0.525 0.090 ---- ---- 2.385 ----
制备实例P8：
在玻璃聚合反应瓶中放入1.5克IBA、6.5克IOA、2.0克VDM、10克乙酸乙酯、0.15克四溴化碳、和0.05克过氧化苯甲酰。用氮清洗瓶子，密封，并在水浴中摇动，在60℃下保持17小时。在降低压力的情况下将乙酸乙酯移除，以产生共聚物，用GPC测量，其Mw＝42,200，Mn＝16,500，多分散性为2.56。
制备实例P9：
在瓶中，将制备实例P8的共聚物溶解于14毫升甲苯中。在该溶液中加入1.87克HEMA和216微升DBU。将瓶子密封并放入油浴中，保持在65℃并搅拌17小时。GPC分析显示所得的官能化聚合物的Mw＝61,800，Mn＝19,700，多分散性为3.14。
制备实例P10-P14：
通过将制备实例P9的官能化聚合物溶液(固体占甲苯的45％)与表3中所示的其他组分混合，然后用0.2微米过滤器过滤所得的溶液，从而制备可固化组合物。
表3.制备实例P10-P14的组合物组分
 
制备实例 P9溶液(克)   DTMPTA(克)   IRGACURE819(克)        VAZO-52(克)   THF(克)
P10 0.31 ---- 0.0028 ---- 1.69
P11 0.31 ---- ---- 0.0028 1.69
P12 0.33 0.017 0.0033 ---- 2.67
P13 0.31 0.019 ---- 0.0032 2.57
 
P14 0.47 ---- ---- ---- 2.53
制备实例P15：
在玻璃聚合反应瓶中放入1.5克IBA、7.5克IOA、1.0克VDM、10克乙酸乙酯、0.15克四溴化碳、和0.05克过氧化苯甲酰。用氮清洗瓶子，密封，并在水浴中摇动，在60℃下保持17小时。在降低压力的情况下移除乙酸乙酯，以生成共聚物。
制备实例P16：
在瓶中，将制备实例P15的共聚物溶解于14毫升甲苯中。在该溶液中加入1.85克季戊四醇三烯丙基醚和108微升DBU。将瓶子密封并放入油浴中，保持在65℃并搅拌17小时。通过将反应混合物倒入500毫升甲醇中来纯化所得的官能化聚合物。将甲醇滗析出来，在室温、真空(0.3mm Hg)条件下干燥官能化聚合物20小时。GPC分析显示所得的官能化聚合物的Mw＝91,100，Mn＝13,400，多分散性为6.82。
制备实例P17：
通过将制备实例P16的官能化聚合物溶解到甲苯中，并加入0.002克过氧化二枯基，以使得所得的溶液中固体占10重量％，从而制备可固化组合物。
制备实例18：
通过将制备实例P16的官能化聚合物溶解于甲苯中，使所得的溶液中固体占10重量％，从而制备可固化组合物。
实例1：
通过用带子将3.2cm×3.8cm(1.25英寸×1.5英寸)镀铝PET片绑在各个玻璃片上，从而制备11个相同的ML传感器样品(样品1A-1K)。形成每片镀铝PET的步骤是，将铝反射层(100nm)沉积到以单程(15.24m/分钟)通过真空网系统的聚酯基底层(50μm)上，然后将聚酯基底切割成所需的尺寸。通过以225mm/分钟的进料速率将0.1587cm直径的铝线(宾夕法尼亚州匹兹堡的美铝公司(Pittsburgh，PA)的物料编码1199)送到用电加热(7V，1250安培)的蒸发棒上，从而对铝反射层进行热蒸发。
将从制备实例P2获得的、大约600纳米厚的可固化组合物层旋涂到每片镀铝PET(以2400rpm的速度旋转30秒)上。获得每个样品的反射光谱。然后将每个样品放到一排低强度UV/Vis灯下(光强度＝3.60mW/cm2)并照射不同的时间。获得每个样品在固化后的反射光谱，并将其与相应样品在固化前的反射光谱进行比较，将差值记为光谱移动。表4总结了样品、每个样品的固化时间以及观察到的每个样品的光谱移动(蓝移)。
表4.暴露时间与光谱移动(蓝移)数据
 
样品 暴露时间(小时) 光谱移动(nm)
1A 0.25 5
1B 0.5 30
1C 1 8
1D 2 16
1E 3 21
1F 4.5 22
1G 6 52
1H 10 56
1I 21 85
1J 26 88
1K 45 88
图5A-5B示出了两个样品(如1D和1J)在固化前和固化后的反射光谱的代表性实例。图6为光谱移动与暴露时间的关系图线。
获得每个样品在固化后的衰减总反射红外光(ATR-IR)光谱。图7示出了样品1A、1D、1F与1J(在表1中进一步描述)的ATR-IR光谱的某个区域(1350-1600cm-1)的重叠图线。样品中1450cm-1处的吸光度峰值没有变化，被用作参考峰值。1410cm-1处的TMPTA(＝CH δ-面内弯曲)吸光度峰值使得可以方便地监测TMPTA的消耗。从该重叠图线可以看到，TMPTA的量随着与反射光谱观察值相符的暴露时间的增加而连续降低。
实例2：
制备与实例1所述ML样品相同的ML样品。获得样品的反射光谱。然后将样品放到一排低强度UV/Vis灯下(光强度＝3.60mW/cm2)并照射15分钟。获得样品的第二个反射光谱。再照射样品15分钟(共30分钟)，得到样品的第三个反射光谱。重复此照射和采集光谱的步骤，以获得光谱移动与暴露时间的关系图线。表5总结了该样品在每个暴露时间点后的观察到的光谱移动(蓝移)。
表5.暴露时间与光谱移动(蓝移)数据
 
暴露时间(小时) 光谱移动(nm)
0.25 3
0.5 4
1 9
2 13
3 28
21 90
实例3：
通过将制备实例P3获得的、大约500纳米厚的可固化组合物层(以1600rpm的速度旋转30秒)旋涂到3.8cm×3.8cm(1.5英寸×1.5英寸)的硅晶片上，从而制备两个相同的ML传感器样品(3A与3B)。获得样品3B的反射光谱。然后将样品3B放到一排低强度UV/Vis灯下(光强度＝3.60mW/cm2)并照射20小时。获得样品3B在固化后的反射光谱。样品3B在固化20小时后呈现93nm的光谱移动(蓝移)。在20小时的固化过程中目视观察样品3B，比较样品3B与样品3A的颜色变化。固化后的样品3B发生了截然不同的颜色变化，从蓝绿色变为了红蓝色。
实例4：
通过用带子将3.2cm×3.8cm(1.25英寸×1.5英寸)镀铝PET片绑在各个玻璃片上，从而制备一系列相同的ML传感器样品(样品4A-4D)。将从制备实例P4获得的、大约500纳米厚的可固化组合物层旋涂到每片镀铝PET(以1600rpm的速度旋转30秒)上。将这些样品分为4组，用于进行研究在给定温度下光谱移动与暴露时间的关系的一系列实验。对于每一组，均使用传统干燥箱将一系列样品在特定温度下加热不同的时间。各组的加热温度为4A(100℃)、4B(70℃)、4C(55℃)、与4D(45℃)。获得每个样品在固化后的反射光谱，并将其与在固化前的反射光谱比较以计算光谱移动。数据总结于表6中。
表6.暴露时间与光谱移动(蓝移)数据
 
样品 温度(℃) 在温度下的暴露时间(小时)             光谱移动(nm)    
4A 100 0.25 80
4A 100 0.5 97
4A 100 1.0 105
4A 100 2.0 107
4A 100 3.0 111
4B 70 0.25 35
4B 70 0.5 52
4B 70 1.0 82
4B 70 2.0 92
4B 70 3.0 95
 
4B 70 4.0 91
4B 70 6.0 93
4B 70 21.0 92
4C 55 0.25 12
4C 55 0.5 30
4C 55 1.0 42
4C 55 2.0 70
4C 55 3.0 71
4C 55 4.0 92
4C 55 5.5 85
4C 55 22.5 99
4D 45 0.25 6
4D 45 0.5 9
4D 45 1.0 18
4D 45 2.0 34
4D 45 4.0 47
4D 45 8.0 58
4D 45 22 65
4D 45 27.5 92
实例5：
通过将制备实例P5获得的、大约500纳米厚的可固化组合物层(以1600rpm的速度旋转30秒)旋涂到3.8厘米×3.8厘米(1.5英寸×1.5英寸)的硅晶片上，从而制备两个相同的ML传感器样品(5A与5B)。获得样品5B的反射光谱。然后将样品5B放入传统干燥箱中，在55℃下加热6小时。获得样品5B在固化后的反射光谱。样品5B在固化6小时后呈现90nm的光谱移动(蓝移)。在6小时的固化过程中目视观察样品5B，比较样品5B与样品5A的颜色变化。固化后的样品5B发生了截然不同的颜色变化，从蓝绿色变为了红蓝色。
实例6：
通过将制备实例P6获得的、大约500纳米厚的可固化组合物层(以1500rpm的速度旋转30秒)旋涂到2.5cm×2.5cm(1.0英寸×1.0英寸)的硅晶片上，从而制备ML传感器样品。获得样品的反射光谱。然后将样品放入传统干燥箱中，在70℃下加热15分钟。获得样品的第二个反射光谱。再将样品在70℃下加热15分钟(共30分钟)，得到样品的第三个反射光谱。重复加热和采集光谱的这个步骤，以获得70℃下光谱移动与暴露时间的关系图线。表7总结了该样品在每个暴露时间点后的观察到的光谱移动(蓝移)。
表7.暴露时间与光谱移动(蓝移)数据
 
暴露时间(小时) 光谱移动(nm)
0.25 9
0.5 20
1 22
2 27
3 23
20 42
实例7：
通过用带子将3.2cm×3.8cm(1.25英寸×1.5英寸)镀铝PET片绑在各个玻璃片上，从而制备四个相同的ML传感器样品(7A-7D)。将从制备实例P7获得的、大约500纳米厚的可固化组合物层旋涂到每片镀铝PET(以1600rpm的速度旋转30秒)上。获得每个样品的反射光谱。将样品固定到幅材上，并使用得自特拉华州威尔明顿的能量科学公司(Energy Sciences，Inc.(Wilmington，DE))型号为CB300的电屏蔽低电压光束设备以不同剂量进行照射。获得每个样品在固化后的反射光谱，将其与在固化前的反射光谱比较，并将其记为光谱移动(蓝移)。表8总结了样品、电压、电子束电流、幅材速度、剂量和每个样品的观察到的光谱移动(蓝移)。剂量以千戈瑞(kGy)为单位，1Mrad等于10kGy。
表8.暴露与光谱移动(蓝移)数据
 
样品 电压(keV) 电子束电流(mA)       幅材速度(m/分钟) 剂量(kGy) 光谱移动(nm)    
7A 200 0.9 18 5 12
7B 200 1.45 12 10 15
7C 200 2.1 6 30 18
7D 200 4.2 6 60 20
实例8：
通过将制备实例P10获得的、大约500纳米厚的可固化组合物层(以1800rpm的速度旋转30秒)旋涂到2.5cm×3.8cm(1.0英寸×1.5英寸)的硅晶片上，从而制备ML样品。获得样品的反射光谱。然后将样品放到一排低强度UV/Vis灯下(光强度＝3.60mW/cm2)并照射15分钟。获得样品的第二个反射光谱。再照射样品15分钟(共30分钟)，得到样品的第三个反射光谱。重复照射和采集光谱的这个步骤，以获得光谱移动与暴露时间的关系图线。表9总结了该样品在每个暴露时间点后的观察到的光谱移动(蓝移)。
表9.暴露时间与光谱移动(蓝移)数据
 
暴露时间(小时) 光谱移动(nm)
0.25 15
0.5 20
1 20
2 25
3 26
4 25
22 41
实例9：
通过将制备实例P11获得的、大约500纳米厚的可固化组合物层(以1800rpm的速度旋转30秒)旋涂到2.5cm×3.8cm(1.0英寸×1.5英寸)的硅晶片上，从而制备ML样品。获得样品的反射光谱。然后将样品放入传统干燥箱中，在70℃下加热15分钟。获得样品的第二个反射光谱。将样品再在70℃下加热15分钟(共30分钟)，得到样品的第三个反射光谱。重复加热和采集光谱的这个步骤，以获得70℃下光谱移动与暴露时间的关系图线。表10总结了该样品在每个暴露时间点后的观察到的光谱移动(蓝移)。
表10.暴露时间与光谱移动(蓝移)数据
 
暴露时间(小时) 光谱移动(nm)
0.25 42
0.5 39
1 41
2 45
3 46
4 46
22 50
实例10：
通过将制备实例P12获得的、大约500纳米厚的可固化组合物层(以1500rpm的速度旋转30秒)旋涂到2.5cm×2.5cm(1.0英寸×1.0英寸)的硅晶片上，从而制备ML样品。获得样品的反射光谱。然后将样品放到一排低强度UV/Vis灯下(光强度＝3.60mW/cm2)并照射15分钟。获得样品的第二个反射光谱。再照射样品15分钟(共30分钟)，得到样品的第三个反射光谱。重复照射和采集光谱的这个步骤，以获得光谱移动与暴露时间的关系图线。表11总结了该样品在每个暴露时间点后的观察到的光谱移动(蓝移)。
表11.暴露时间与光谱移动(蓝移)数据
 
暴露时间(小时) 光谱移动(nm)
0.25 8
0.5 8
1 13
2 5
3 16
19.5 23
实例11：
通过将制备实例P13获得的、大约500纳米厚的可固化组合物层(以1500rpm的速度旋转30秒)旋涂到2.5cm×2.5cm(1.0英寸×1.0英寸)的硅晶片上，从而制备ML样品。获得样品的反射光谱。然后将样品放入传统干燥箱中，在70℃下加热15分钟。获得样品的第二个反射光谱。将样品再在70℃下加热15分钟(共30分钟)，得到样品的第三个反射光谱。重复加热和采集光谱的这个步骤，以获得70℃下光谱移动与暴露时间的关系图线。表12总结了该样品在每个暴露时间点后的观察到的光谱移动(蓝移)。
表12.暴露时间与光谱移动(蓝移)数据
 
暴露时间(小时) 光谱移动(nm)
0.25 21
0.5 22
1 22
2 22
3 25
20 40
实例12：
通过用带子将3.2cm×3.8cm(1.25英寸×1.5英寸)镀铝PET片绑在各个玻璃片上，从而制备四个相同的ML传感器样品(12A-12D)。将从制备实例P14获得的、大约500纳米厚的可固化组合物层旋涂到每片镀铝PET(以1800rpm的速度旋转30秒)上。获得每个样品的反射光谱。将样品固定到幅材上，并用不同剂量的电子束照射。获得每个样品在固化后的反射光谱，并将其与在固化前的反射光谱比较以确定光谱移动(蓝移)。表13总结了样品、电压、电子束电流、幅材速度、剂量和每个样品的观察到的光谱移动(蓝移)。
表13.暴露与光谱移动(蓝移)数据
 
样品 电压(keV) 电子束电流(mA)       幅材速度(m/分钟) 剂量(kGy) 光谱移动(nm)    
12A 200 0.9 18 5 11
12B 200 1.45 12 10 11
12C 200 2.1 6 30 16
12D 200 4.2 6 60 17
实例13与比较例C1：
对于实例13，通过使用制备实例P17的溶液(以2200rpm的速度旋转30秒)将大约600纳米厚的可固化组合物层旋涂到2.5cm×3.8cm(1.0英寸×1.5英寸)的硅晶片上，从而制备ML样品。获得样品的反射光谱。对于比较例C1，通过使用制备实例P18的溶液(以2200rpm的速度旋转30秒)将大约600纳米厚的可固化组合物层旋涂到2.5cm×3.8cm(1.0英寸×1.5英寸)的硅晶片上，从而制备ML样品。获得样品的反射光谱。然后将样品放入传统干燥箱中，在100℃下加热15分钟。获得每个样品的第二个反射光谱。将样品再在100℃下加热15分钟(共30分钟)，得到每个样品的第三个反射光谱。重复加热和采集光谱的这个步骤，以获得光谱移动与暴露时间的关系图线。表14总结了这两个样品中的每一个在100℃下每个暴露时间点后的观察到的光谱移动(蓝移)。
表14.暴露时间与光谱移动(蓝移)数据
 
暴露时间(小时)   实例13的光谱移动(nm)             比较例C1的光谱移动(nm)              
0.25 14 3
0.5 15 3
1 15 5
2 17 5
3 18 5
20 27 15
在不脱离本发明的范围和精神的前提下，本发明的各种修改和更改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，而且应当理解，本发明不应不当地受限于本文所述的示例性实施例。

Claims (21)

1.一种测量对辐射或热能的暴露的比色传感器，所述比色传感器包括：
支承基底；
在所述支承基底上的反射表面；以及
在所述反射表面上方的可固化层，所述可固化层包括：(a)单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的一种或多种可聚合单体；(b)其上带有单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的至少一种可聚合官能团的官能化聚合物，或(c)它们的任何组合；
其中所述传感器在暴露于(i)阈值量的辐射或(ii)阈值量的热能后，能够发生一个或多个光学特性的变化。
2.根据权利要求1所述的比色传感器，其中所述支承基底包含聚合物膜或片、全聚合物镜膜、玻璃基底、无机基底、陶瓷基底、硅晶片、纤维片、或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的比色传感器，其中所述可固化层包含单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的一种或多种可聚合单体。
4.根据权利要求1所述的比色传感器，其中所述可固化层包含其上带有至少一种可聚合官能团的官能化聚合物。
5.根据权利要求1所述的比色传感器，其中所述可固化层包含至少一种非官能化聚合物。
6.根据权利要求1所述的比色传感器，其中所述可固化层包含：(a)一种或多种可聚合单体，以及(b)其上带有至少一种可聚合官能团的官能化聚合物。
7.根据权利要求1所述的比色传感器，还包含在所述可固化层上方的至少一个附加层，所述至少一个附加层包含视觉上透明的保护层、掩蔽层、或它们的组合。
8.根据权利要求1所述的比色传感器，其中所述一个或多个光学特性包括颜色、光学厚度、反射光谱值、或它们的组合。
9.根据权利要求1所述的比色传感器，其中所述传感器在通过所述可固化层被观察时会显示第一颜色或是无色的，并且当暴露于阈值量的辐射或热能后，则会：(i)经历从所述第一颜色到第二颜色的颜色变化，(ii)经历从所述第一颜色到无色状态的颜色变化，或(iii)经历从无色状态到有色状态的颜色变化。
10.一种包含两个或更多个比色传感器的阵列，其中至少一个所述比色传感器为根据权利要求1所述的比色传感器。
11.一种装置，包括：
根据权利要求1所述的比色传感器，以及
壳体，其至少部分地包封所述比色传感器，其中所述壳体包括设置在所述可固化层上方的至少一个开口，所述至少一个开口提供所述可固化层上表面受限制的视野。
12.一种检测制品对阈值量的辐射或热能的暴露的方法，所述方法包括以下步骤：
提供制品；
提供根据权利要求1所述的比色传感器；
将(i)所述制品和(ii)所述传感器暴露于辐射源或热能源，并
监测所述传感器因暴露于所述阈值量的辐射或热能而发生的一个或多个光学特性的变化。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述制品包括可固化的制品、移动通过生产线的制品、经受消毒处理的制品、形成杀菌灯的一部分或与杀菌灯联合使用的制品、形成衣服或其他可穿戴物品的一部分或与衣服或其他可穿戴物品联合使用的制品、或人体的一部分。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法包括所述制品沿通道通过一个或多个处理位置的连续处理。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述暴露步骤包括两个或更多个单独处理步骤，其中将(i)所述制品与(ii)所述传感器暴露于在所述两个或更多个单独处理步骤中的辐射源或热能源。
16.一种测量制品对辐射或热能的暴露量的方法，所述方法包括以下步骤：
提供制品；
提供比色传感器，所述比色传感器具有第一组光学特性，并且包括：
支承基底；
在所述支承基底上的反射表面；以及
在所述反射表面上方的可固化层，所述可固化层包含：(a)单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的一种或多种可聚合单体；(b)其上带有单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的至少一种可聚合官能团的官能化聚合物，或(c)它们的任何组合；
将所述制品和所述传感器暴露于辐射源或热能源，以产生具有第二组光学特性的比色传感器，并
将所述第二组光学特性与所述第一组光学特性进行比较。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述暴露步骤包括将所述制品与传感器暴露于辐射源或热能源的两个或更多个单独处理步骤，并且所述传感器提供从所述两个或更多个单独处理步骤累积的辐射或热能量的指示。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述比较步骤包括测量所述传感器的光谱蓝移的变化。
19.一种定制比色传感器以使其在暴露于预定量的辐射或热能后呈现一个或多个光学特性的变化的方法，所述方法包括以下步骤：
选择特定量的辐射或热能；
配制可固化组合物，所述可固化组合物在(i)以可固化层厚度施加到反射表面上、并且(ii)随后暴露于所述特定量的辐射或热能后呈现一个或多个光学特性的变化；
提供其上具有反射表面的支承基底；以及
将所述可固化组合物施加到所述反射表面上，以形成具有所述可固化层厚度的可固化层。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述可固化组合物包含：(a)单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的一种或多种可聚合单体，(b)其上具有单独的或与至少一种非官能化聚合物结合在一起的至少一种可聚合官能团的官能化聚合物，或(c)它们的任何组合。
21.根据权利要求19所述的方法，还包括：
将所述传感器放置在要暴露于辐射或热能的制品的附近或上面；以及
将所述传感器和制品暴露于一定量的辐射或热能。
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