По словам исследователей Массачусетского технологического института, которые разработали новую альтернативу, было разработано множество стратегий, чтобы попытаться маркировать законные продукты и предотвратить незаконную торговлю, но эти метки часто слишком легко подделать, они ненадежны или слишком дороги для внедрения.Под руководством профессора химической инженерии Массачусетского технологического института Патрика Дойла и технического сотрудника лаборатории Линкольна Альберта Свистона исследователи изобрели новый тип крошечной частицы, которую можно было бы прочитать со смартфона, которую, по их мнению, можно было бы использовать для проверки подлинности валюты, электронных компонентов и предметов роскоши. другие продукты.
Частицы, невидимые невооруженным глазом, содержат цветные полосы нанокристаллов, которые ярко светятся при освещении ближним инфракрасным светом.Эти частицы можно легко изготовить и интегрировать в различные материалы, они могут выдерживать экстремальные температуры, воздействие солнца и тяжелый износ, — говорит Дойл, старший автор статьи, описывающей частицы, в выпуске журнала Nature Materials от 13 апреля. Они также могут быть оснащены датчиками, которые могут «регистрировать» окружающую их среду — например, отмечать, подвергалась ли охлажденная вакцина воздействию слишком высоких или низких температур.
Ведущими авторами статьи являются постдок Массачусетского технологического института Джисок Ли и аспирант Пол Биссо. Аспиранты Массачусетского технологического института Рати Шринивас и Джэ Чжун Ким также внесли свой вклад в исследование.
‘Огромная кодирующая способность’Новые частицы имеют длину около 200 микрон и включают несколько полос нанокристаллов разного цвета, известных как «нанокристаллы редкоземельных элементов, преобразующие с повышением частоты».
Эти кристаллы легированы такими элементами, как иттербий, гадолиний, эрбий и тулий, которые излучают видимые цвета при воздействии света в ближней инфракрасной области. Изменяя соотношение этих элементов, исследователи могут настроить кристаллы на излучение любого цвета в видимом спектре.
Для производства частиц исследователи использовали литографию с остановленным потоком — технику, ранее разработанную Дойлом. Этот подход позволяет запечатлеть формы на параллельных текущих потоках жидких мономеров — химических строительных блоков, которые могут образовывать более длинные цепи, называемые полимерами.
Везде, где импульсы ультрафиолетового света попадают на потоки, начинается реакция, которая формирует твердую полимерную частицу.В этом случае каждый поток полимера содержит нанокристаллы, которые излучают разные цвета, что позволяет исследователям формировать полосатые частицы. На данный момент исследователи создали нанокристаллы девяти различных цветов, но, по словам Дойла, возможно создание гораздо большего числа.Частицы, защищающие от подделки, читаются со смартфона
Используя эту процедуру, исследователи могут создавать огромное количество уникальных тегов. Для частиц, содержащих шесть полос, существует 1 миллион различных возможных цветовых комбинаций; эта способность может быть увеличена в геометрической прогрессии за счет маркировки продуктов более чем одной частицей.
Например, если исследователи создали набор из 1000 уникальных частиц, а затем пометили продукты любыми 10 из этих частиц, было бы 1030 возможных комбинаций — более чем достаточно, чтобы пометить каждую песчинку на Земле.«Это действительно огромные возможности для кодирования», — говорит Биссо, который начал этот проект, будучи техническим персоналом в Lincoln Lab. «Вы можете применять различные комбинации из 10 частиц к продуктам с сегодняшнего дня и до тех пор, пока не прошли наше время, и вы никогда не получите ту же комбинацию».«Использование этих повышающих преобразований нанокристаллов весьма разумно и дает большие возможности», — говорит Дженнифер Льюис, профессор биологической инженерии Гарвардского университета, которая не принимала участия в исследовании. «У этой работы есть несколько поразительных особенностей, а именно экспоненциально масштабируемые возможности кодирования и сверхнизкая частота ложных срабатываний декодирования».
Универсальные частицыПо словам исследователей, микрочастицы могут быть распределены внутри электронных компонентов или упаковки лекарств во время производственного процесса, включены непосредственно в объекты трехмерной печати или нанесены на валюту. Они также могли быть включены в чернила, которые художники могли использовать для аутентификации своих произведений.
Исследователи продемонстрировали универсальность своего подхода, используя для изготовления частиц два полимера с радикально разными свойствами материала — гидрофобный и гидрофильный. По словам Биссо, цветовые индикаторы были одинаковыми для всех, что говорит о том, что процесс можно легко адаптировать ко многим типам продуктов, которые компании могут захотеть пометить этими частицами.
«Возможность изменять свойства материала метки, не влияя на стратегию кодирования, действительно мощная», — говорит он. «Что отличает нашу систему от других технологий защиты от подделки, так это возможность быстро и недорого адаптировать свойства материалов для удовлетворения самых различных и сложных требований, не влияя на показания смартфона и не требуя полной модернизации системы».Еще одним преимуществом этих частиц является то, что они могут быть прочитаны без дорогостоящего декодера, как того требует большинство других технологий защиты от подделки. Используя камеру смартфона, оснащенную линзой с двадцатикратным увеличением, любой мог сфотографировать частицы после того, как направил на них свет в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью лазерной указки.
Исследователи также работают над приложением для смартфонов, которое будет обрабатывать изображения и определять точный состав частиц.Исследование финансировалось ВВС США, Управлением помощника министра обороны США по исследованиям и разработкам, Альянсом Сингапур-Массачусетский технологический институт, Национальным научным фондом, Исследовательским офисом армии США и Национальными институтами здравоохранения.Видео: http://www.youtube.com/watch?v=Q3NWCqp7s1A