Ongeveer 2 tot 5 procent van alle internationale handel betreft namaakgoederen, volgens een rapport van de Verenigde Naties uit 2013. Deze illegale producten, waaronder elektronica, auto- en vliegtuigonderdelen, geneesmiddelen, en voedsel — kan veiligheidsrisico's opleveren en regeringen en particuliere bedrijven jaarlijks honderden miljarden dollars kosten.

Er zijn veel strategieën ontwikkeld om te proberen legitieme producten te labelen en illegale handel te voorkomen, maar deze tags zijn vaak te gemakkelijk te vervalsen, zijn onbetrouwbaar, of te veel kost om te implementeren, volgens MIT-onderzoekers die een nieuw alternatief hebben ontwikkeld.

Onder leiding van Patrick Doyle, hoogleraar chemische technologie aan het MIT en technisch medewerker van Lincoln Laboratory, Albert Swiston, hebben de onderzoekers een nieuw type kleine, smartphone-leesbaar deeltje waarvan zij denken dat het kan worden ingezet om valuta te authenticeren, elektronische onderdelen, en luxe goederen, onder andere producten. de deeltjes, die met het blote oog onzichtbaar zijn, bevatten gekleurde strepen van nanokristallen die helder oplichten wanneer ze worden verlicht met nabij-infrarood licht.

Deze deeltjes kunnen gemakkelijk worden vervaardigd en geïntegreerd in een verscheidenheid aan materialen, en is bestand tegen extreme temperaturen, blootstelling aan de zon, en zware slijtage, zegt Doyle, de senior auteur van een paper die de deeltjes beschrijft in het nummer van 13 april van Natuurmaterialen . Ze kunnen ook worden uitgerust met sensoren die hun omgeving kunnen "opnemen" - bijvoorbeeld, als een gekoeld vaccin ooit is blootgesteld aan te hoge of te lage temperaturen.

De hoofdauteurs van het artikel zijn MIT-postdoc Jiseok Lee en afgestudeerde student Paul Bisso. MIT-afgestudeerde studenten Rathi Srinivas en Jae Jung Kim droegen ook bij aan het onderzoek.

"Een enorme coderingscapaciteit"

De nieuwe deeltjes zijn ongeveer 200 micron lang en bevatten verschillende strepen van verschillende gekleurde nanokristallen, bekend als "opconverterende nanokristallen van zeldzame aarde". Deze kristallen zijn gedoteerd met elementen zoals ytterbium, gadolinium, erbium, en thulium, die zichtbare kleuren uitstralen wanneer ze worden blootgesteld aan nabij-infraroodlicht. Door de verhoudingen van deze elementen te veranderen, de onderzoekers kunnen de kristallen afstemmen om elke kleur in het zichtbare spectrum uit te stralen.

Om de deeltjes te vervaardigen, de onderzoekers gebruikten stop-flow lithografie, een techniek die eerder door Doyle is ontwikkeld. Met deze benadering kunnen vormen worden afgedrukt op parallel stromende stromen van vloeibare monomeren - chemische bouwstenen die langere ketens kunnen vormen die polymeren worden genoemd. Overal waar pulsen van ultraviolet licht de stromen treffen, er komt een reactie op gang die een vast polymeer deeltje vormt.

In dit geval, elke polymeerstroom bevat nanokristallen die verschillende kleuren uitstralen, waardoor de onderzoekers gestreepte deeltjes konden vormen. Tot dusver, hebben de onderzoekers nanokristallen gemaakt in negen verschillende kleuren, maar het zou mogelijk moeten zijn om er nog veel meer te creëren, zegt Doyle.

Met behulp van deze procedure, de onderzoekers kunnen enorme hoeveelheden unieke tags genereren. Met deeltjes die zes strepen bevatten, er zijn 1 miljoen verschillende mogelijke kleurencombinaties; deze capaciteit kan exponentieel worden vergroot door producten met meer dan één deeltje te taggen. Bijvoorbeeld, als de onderzoekers een set van 1 hebben gemaakt, 000 unieke deeltjes en vervolgens producten getagd met 10 van die deeltjes, er zouden 1030 mogelijke combinaties zijn - veel meer dan genoeg om elke zandkorrel op aarde te markeren.

"Het is echt een enorme coderingscapaciteit, " zegt Bisso, die dit project begon toen hij in de technische staf van Lincoln Lab zat. "Je kunt van nu tot ver over onze tijd verschillende combinaties van 10 deeltjes op producten toepassen en je krijgt nooit dezelfde combinatie."

Veelzijdige deeltjes

De microdeeltjes kunnen tijdens het productieproces worden verspreid in elektronische onderdelen of medicijnverpakkingen, direct verwerkt in 3D-geprinte objecten, of gedrukt op valuta, zeggen de onderzoekers. Ze kunnen ook worden verwerkt in inkt die kunstenaars kunnen gebruiken om hun kunstwerken te authenticeren.

De onderzoekers demonstreerden de veelzijdigheid van hun aanpak door twee polymeren met radicaal verschillende materiaaleigenschappen - een hydrofoob en een hydrofiel - te gebruiken om hun deeltjes te maken. De kleuruitlezingen waren bij elk hetzelfde, wat suggereert dat het proces gemakkelijk kan worden aangepast aan vele soorten producten die bedrijven zouden willen labelen met deze deeltjes, zegt Bisso.

"De mogelijkheid om de materiaaleigenschappen van de tag aan te passen zonder de coderingsstrategie te beïnvloeden, is echt krachtig, "zegt hij. "Wat ons systeem onderscheidt van andere anti-namaaktechnologieën, is dit vermogen om snel en goedkoop materiaaleigenschappen aan te passen aan de behoeften van zeer verschillende en uitdagende vereisten, zonder de uitlezing van smartphones te beïnvloeden of een volledig herontwerp van het systeem te vereisen."

Een ander voordeel van deze deeltjes is dat ze kunnen worden gelezen zonder een dure decoder, zoals vereist bij de meeste andere anti-namaaktechnologieën. Met behulp van een smartphonecamera uitgerust met een lens die een twintigvoudige vergroting biedt, iedereen kon de deeltjes in beeld brengen door er met een laserpointer op te schijnen met bijna-infraroodlicht. De onderzoekers werken ook aan een smartphone-app die de beelden verder zou verwerken en de exacte samenstelling van de deeltjes zou onthullen.