Polymermikropartikler kan hjælpe med at verificere varer

Cirka 2 til 5 procent af al international handel involverer forfalskede varer, ifølge en FN -rapport fra 2013. Disse ulovlige produkter - som omfatter elektronik, bildele og flydele, lægemidler, og mad - kan udgøre sikkerhedsrisici og koste regeringer og private virksomheder hundredvis af milliarder dollars årligt.

Mange strategier er blevet udviklet til at forsøge at mærke legitime produkter og forhindre ulovlig handel - men disse tags er ofte for lette at fake, er upålidelige, eller koster for meget at implementere, ifølge MIT -forskere, der har udviklet et nyt alternativ.

Ledet af MIT kemiteknisk professor Patrick Doyle og Lincoln Laboratory teknisk medarbejder Albert Swiston, forskerne har opfundet en ny type bittesmå, smarttelefonlæsbar partikel, som de mener kunne bruges til at hjælpe med at godkende valuta, elektroniske dele, og luksusvarer, blandt andre produkter. Partiklerne, som er usynlige for det blotte øje, indeholder farvede striber af nanokrystaller, der lyser kraftigt, når de lyser op med nær-infrarødt lys.

Disse partikler kan let fremstilles og integreres i en række forskellige materialer, og kan modstå ekstreme temperaturer, sollys, og kraftigt slid, siger Doyle, seniorforfatteren af ​​et papir, der beskriver partiklerne i 13. april -udgaven af Naturmaterialer . De kunne også udstyres med sensorer, der kan "registrere" deres omgivelser - idet de bemærker, for eksempel, hvis en kølevaccine nogensinde har været udsat for temperaturer for høje eller lave.

Papirets hovedforfattere er MIT postdoc Jiseok Lee og kandidatstuderende Paul Bisso. MIT -kandidatstuderende Rathi Srinivas og Jae Jung Kim bidrog også til forskningen.

"En massiv kodningskapacitet"

De nye partikler er cirka 200 mikron lange og indeholder flere striber af forskellige farvede nanokrystaller, kendt som "sjælden jord, der konverterer nanokrystaller." Disse krystaller er dopet med elementer som ytterbium, gadolinium, erbium, og thulium, som udsender synlige farver, når de udsættes for nær-infrarødt lys. Ved at ændre forholdet mellem disse elementer, forskerne kan indstille krystallerne til at udsende enhver farve i det synlige spektrum.

For at fremstille partiklerne, forskerne brugte stop-flow litografi, en teknik udviklet tidligere af Doyle. Denne tilgang gør det muligt at indprinte former på parallelle flydende strømme af flydende monomerer - kemiske byggesten, der kan danne længere kæder kaldet polymerer. Overalt hvor pulser af ultraviolet lys rammer vandløbene, en reaktion udløses, der danner en fast polymer partikel.

I dette tilfælde, hver polymerstrøm indeholder nanokrystaller, der udsender forskellige farver, tillader forskerne at danne stribede partikler. Indtil nu, forskerne har skabt nanokrystaller i ni forskellige farver, men det burde være muligt at oprette mange flere, Siger Doyle.

Ved hjælp af denne procedure, forskerne kan generere enorme mængder af unikke tags. Med partikler, der indeholder seks striber, der er 1 million forskellige mulige farvekombinationer; denne kapacitet kan eksponentielt forbedres ved at mærke produkter med mere end en partikel. For eksempel, hvis forskerne oprettede et sæt på 1, 000 unikke partikler og derefter mærket produkter med 10 af disse partikler, der ville være 1030 mulige kombinationer - langt mere end nok til at mærke hvert sandkorn på jorden.

"Det er virkelig en massiv kodningskapacitet, "siger Bisso, der startede dette projekt, mens han var i teknisk personale på Lincoln Lab. "Du kan anvende forskellige kombinationer af 10 partikler på produkter fra nu til langt forbi vores tid, og du får aldrig den samme kombination."

Alsidige partikler

Mikropartiklerne kunne spredes i elektroniske dele eller lægemiddelemballage under fremstillingsprocessen, integreret direkte i 3D-trykte objekter, eller trykt på valuta, siger forskerne. De kunne også inkorporeres i blæk, som kunstnere kunne bruge til at godkende deres kunstværker.

Forskerne demonstrerede alsidigheden i deres tilgang ved at bruge to polymerer med radikalt forskellige materialegenskaber - en hydrofob og en hydrofil - til at lave deres partikler. Farveudlæsningerne var de samme med hver, tyder på, at processen let kunne tilpasses mange typer produkter, som virksomheder måske vil mærke med disse partikler, Siger Bisso.

"Evnen til at skræddersy mærkes materielle egenskaber uden at påvirke kodningsstrategien er virkelig kraftfuld, "siger han." Det, der adskiller vores system fra andre teknologier mod forfalskning, er denne evne til hurtigt og billigt at skræddersy materialegenskaber til at opfylde behovene i meget forskellige og udfordrende krav, uden at påvirke smartphone -aflæsning eller kræve et komplet redesign af systemet. "

En anden fordel ved disse partikler er, at de kan aflæses uden en dyr dekoder som dem, der kræves af de fleste andre teknikker til bekæmpelse af forfalskning. Ved hjælp af et smartphonekamera udstyret med et objektiv med tyvefoldig forstørrelse, enhver kunne forestille sig partiklerne efter at have skinnet nær-infrarødt lys på dem med en laserpeger. Forskerne arbejder også på en smartphone -app, der yderligere vil behandle billederne og afsløre den nøjagtige sammensætning af partiklerne.