冷鏈是指采用一定的技術手段，使易腐貨物從采收加工、包裝到貯藏、運輸及銷售的整個過程中都不間斷地處于一定的適宜條件下，盡量減緩貨物品質的下降速度，最大程度地保持貨物最佳品質的一整套綜合設施和手段。在冷鏈系統中，溫度控制尤為重要，是直接關系到整個冷鏈效果實現的關鍵。藥物、生物制劑和生鮮農產品的運輸、交接和儲存全程都要始終在冷鏈環境下，才能保證其安全、新鮮度以及營養價值。

冷鏈是一個龐大而又脆弱的系統工程（見圖1）。說其龐大，因為它是以保證冷藏冷凍類物品品質為目的，以保持低溫環境為核心要求的供應鏈系統，冷藏冷凍類物品的時效性要求冷鏈各環節具有更高的組織協調性，所以它比一般常溫物流系統的要求更高、更復雜，建設投資也要大很多。言其脆弱，是因為冷鏈是一個需要嚴格監控的連續而封閉的體系，監控過程任何一個環節的中斷或監控數據的缺失，都會導致整個冷鏈物流過程不可信，貨物不可靠，使得整個冷鏈物流過程失去意義。

隨著科技的發展，射頻識別(RFID)、紅外感應技術、全球定位系統(GPS)、激光掃描技術、通信技術、互聯網技術(Internet)、地理信息系統(GIS)等為冷鏈系統提供了有力的技術支撐。基于這些技術，可以將貨物的生產加工、儲藏、運輸過程覆蓋在有效的監控之下。但在分銷和零售過程，貨物會變得極其分散。當對每一個貨物單體進行監控時，上述基于有源電子設備的物聯網技術對單個個體的追蹤就顯得力不從心或者成本高昂了。這冷鏈“最后一公里”監控的缺失，會讓冷鏈前端所做的努力付諸東流，甚至讓整個社會付出慘痛的代價，山東的“5.7億元問題疫苗”案所引發的社會影響深深地沖擊了大眾的脆弱神經，也催促著行業能盡快填平這“最后一公里”監控缺失的鴻溝。

       在這種背景下，一種具有時間溫度指示功能的TTI（Time－Temperature Indicator）標簽展現出其獨特的針對性功能。TTI的工作原理是基于特定的物理過程或者化學、生物反應，記錄時間和溫度的累積效應，并通過顏色變化，顯示出累積效果。作為20世紀90年代興起的智能標簽中的一種，TTI標簽可以用于反映冷藏或冷凍過程中對儲藏溫度敏感的食品、藥品(如水產品、凍結肉類、鮮奶、疫苗、生化試劑等)的時間-溫度歷程。因此，TTI標簽具備與商品產生同步質量變化反應的特點，且其通常不需要有源電子設備的系統支持，使之特別適用于冷鏈終端分銷及銷售過程的監控，是彌補冷鏈“最后一公里”監控缺失的有力工具。

為了保證TTI標簽的有效性，使其可以勝任接力冷鏈“最后一公里”的最基本要求是：能夠呈現出連續的變化，變化速率隨溫度的升高而增大，變化是不可逆的。

各方面性能均優良的理想TTI標簽應具備以下條件：

(1)呈現出對時間、溫度積累的連續變化；

(2)不僅變化是不可逆的，而且要便于檢測；

(3)能夠指示食品的腐敗程度及剩余貨架期信息；

(4)結果可靠，重現性好；

(5)價格低廉；

(6)使用靈活，可根據不同的溫度條件(如冷凍溫度、冷藏溫度、室溫)和不同的響應時間來選擇不同的配比；

(7)激活前自身的保質期比較長，而且要易于激活；

(8)標簽體積小，適應各種包裝；

(9)只受溫度的影響，不受燈光、濕度等外界環境的干擾；

(10)不受機械碰撞等的影響；

(11)無毒，對食品質量不會有干擾；

(12)防偽門檻高，難以偽造。

酶型TTI標簽通過酶與底物作用的原理進行反應，并通過溫度對酶的影響控制反應速率。比較典型的產品有Vistab公司的Check point® TTI標簽，其工作原理是脂質底物在受控條件下的酶促水解作用下，導致pH值降低，從而引起pH顯色劑的顏色變化。激活前，指示卡里兩個小塑料袋是相互獨立的，其中一個裝有脂肪酶的水溶液，脂質底物和pH指示劑則裝在另一個小塑料袋中。激活時，通過機械方式破壞中間阻隔處，將酶和底物混合即可。通過調節所用酶和底物的種類及濃度，可以得到不同指示溫度范圍和時間的TTI。

酶型TTI標簽的商業化進程較早，但目前在歐美市場僅獲得了小范圍的應用。原因是酶型TTI標簽自身就含有生物活性分子，在常規條件下容易失活，自身保存條件要求高，這給酶型TTI標簽本身的“保鮮”帶來了很大挑戰，不太適合大規模實際應用；另外，固態的酶型TTI標簽活性組分已經混合在一起，相當于生產即激活，這也為其自身帶來了不利影響；如果設計成液態酶TTI，雖然可以簡單地通過混合雙組份液體實現激活，但又不利于標簽形態的設計和生產加工。這些問題都是酶型TTI標簽研發人員急需補齊的短板。

擴散型TTI標簽的時間溫度指示基本原理是某種有色物質在環境溫度超過設定值時熔化，并沿著一定軌跡擴散，如3M公司的Freeze WatchTMIndicators和Monitor MarkTMTTIs。該擴散型TTI是利用有色酯質染料（如丁基硬脂酸酯、二甲基鄰苯二甲酸鹽、辛酸辛酯）在細繩上擴散的原理。

酯質物質的熔點決定了TTI響應的始點：在外界溫度未達到酯質熔點的情況下，酯質不熔化，染料不擴散；當外界溫度達到酯質的熔點時，酯質便開始熔化，染料開始擴散，且溫度越高，染料擴散速度越快。染料的擴散長度反映了產品經歷的時間-溫度累積情況。

擴散型TTI標簽因為指示的原理基于材料的相變以及擴散的物理過程，通常都是摁壓激活，標簽結構復雜，技術門檻高，難以被仿制，但標簽成本較高，體積較大，目前只應用在一些特定的領域，難以推廣。

聚合型TTI標簽主要是通過聚合反應帶來的顏色變化，來指示時間、溫度累積的效果。例如二乙炔類帶有三鍵的炔基試劑在受到外界環境能量激發時，三鍵發生聚合反應，隨著聚合反應的進行，在外觀上呈現出一系列顏色變化。用作指示劑的炔屬試劑通常包含以下結構：R1C≡C—C≡CR2，當該指示劑受到外界環境（如高溫、高輻射）刺激時，—C≡C—會發生聚合反應，生成結構為 R1[—C=C—C=C—]R2的聚合物，聚合反應速率隨溫度升高而加快，在吸收光譜上表現為可見吸收峰從高波段向低波段轉移，在外觀上表現為指示劑顏色加深或色密度發生變化，如聚二乙炔從藍色變為紅色或者由紅色變為黃色。

典型的聚合型TTI標簽產品如PATH、WHO和UNICEF合作研發的疫苗瓶溫度監測VVM（Vaccine vial monitor）或熱標簽，以及Lifelines公司研發的Freshness Monitor®、Fresh Check®等，其活性材料可以作為墨水進行印刷，因此可以有各種圖案形式。

最常見的VVM外圓內方，直徑10mm。中間的方形為活性表面，含有顏色可變的化學成分；外周的圓形為參照表面，顏色固定。活性表面的顏色可以從起點的淺亮色（比參照表面淡）變到終點的深暗色（比參照表面深）。當其顏色與參照表面一樣時，終點已經達到，表明產品的質量不再得到保證。

聚合型TTI標簽同酶型TTI標簽一樣受到激活機制的困擾，聚合型TTI標簽一旦被生產出來就進入激活狀態，要保證其活性，其自身的生產、儲運、銷售就需要全程冷鏈的支持，因此也大幅抬高了其推廣的門檻，限制了標簽的應用。為此FreshPoint公司還與瑞士Ciba公司聯合推出了一款OnVuTM時間-溫度指示標簽。OnVuTM標簽增加了一個紫外透光層，這可以保證必須在經過紫外光照射后，中間層的活性材料才會被激活。這是一個巨大的進步，但標簽的激活依然需要借助專業設備，顯然這也不是一個理想的、最佳的激活機制。