211service.com
Kleine deeltjes kunnen helpen bij het verifiëren van goederen
Volgens een rapport van de Verenigde Naties uit 2013 gaat het bij ongeveer 2 tot 5 procent van alle internationale handel om namaakgoederen. Deze illegale producten - waaronder elektronica, auto- en vliegtuigonderdelen, farmaceutische producten en voedsel - kunnen veiligheidsrisico's opleveren en overheden 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 kosten te veel om te implementeren, volgens MIT-onderzoekers die een nieuw alternatief hebben ontwikkeld.
Onder leiding van Patrick Doyle, professor in de chemische technologie van het MIT en Albert Swiston, technisch staflid van Lincoln Laboratory, hebben de onderzoekers een nieuw type klein, voor smartphones leesbaar deeltje uitgevonden waarvan zij denken dat het kan worden ingezet om onder meer valuta, elektronische onderdelen en luxegoederen te authenticeren. andere producten. De deeltjes, die onzichtbaar zijn voor het blote oog, bevatten gekleurde strepen van nanokristallen die helder oplichten wanneer ze worden verlicht met nabij-infrarood licht.
Illustratie door Jose-Luis Olivares / MIT
Deze deeltjes kunnen gemakkelijk worden vervaardigd en geïntegreerd in een verscheidenheid aan materialen, en zijn bestand tegen extreme temperaturen, blootstelling aan de zon en zware slijtage, zegt Doyle, de senior auteur van een paper waarin de deeltjes worden beschreven in het nummer van 13 april van Natuurmaterialen . Ze kunnen ook worden uitgerust met sensoren die hun omgeving kunnen registreren, bijvoorbeeld door te zien of 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 verschillend gekleurde nanokristallen, ook wel bekend als zeldzame aarde upconverting nanokristallen. Deze kristallen zijn gedoteerd met elementen zoals ytterbium, gadolinium, erbium en thulium, die zichtbare kleuren afgeven bij blootstelling aan nabij-infrarood licht. Door de verhoudingen van deze elementen te veranderen, kunnen de onderzoekers de kristallen afstemmen om elke kleur in het zichtbare spectrum uit te stralen.
Om de deeltjes te vervaardigen, gebruikten de onderzoekers stop-flow-lithografie, een techniek die Doyle eerder ontwikkelde. Met deze benadering kunnen vormen worden afgedrukt op parallel stromende stromen vloeibare monomeren - chemische bouwstenen die langere ketens kunnen vormen die polymeren worden genoemd. Overal waar pulsen van ultraviolet licht de stromen treffen, ontstaat een reactie die een vast polymeer deeltje vormt.
In dit geval bevat elke polymeerstroom nanokristallen die verschillende kleuren uitstralen, waardoor de onderzoekers gestreepte deeltjes kunnen vormen. Tot nu toe hebben de onderzoekers nanokristallen gemaakt in negen verschillende kleuren, maar het moet mogelijk zijn om er nog veel meer te maken, zegt Doyle.
Met deze procedure kunnen de onderzoekers enorme hoeveelheden unieke tags genereren. Met deeltjes die zes strepen bevatten, zijn er 1 miljoen verschillende mogelijke kleurencombinaties; deze capaciteit kan exponentieel worden vergroot door producten met meer dan één deeltje te taggen. Als de onderzoekers bijvoorbeeld een set van 1.000 unieke deeltjes zouden maken en vervolgens producten zouden labelen met 10 van die deeltjes, zouden er 1030 mogelijke combinaties zijn - veel meer dan genoeg om elke zandkorrel op aarde te labelen.
Het is echt een enorme coderingscapaciteit, zegt Bisso, die dit project begon toen hij als technische staf werkte bij Lincoln Lab. Je kunt van nu tot ver over onze tijd verschillende combinaties van 10 deeltjes op producten toepassen en je krijgt nooit dezelfde combinatie.
Het gebruik van deze upconverting nanokristallen is heel slim en zeer geschikt, zegt Jennifer Lewis, een professor in biologisch geïnspireerde engineering aan de Harvard University die niet betrokken was bij het onderzoek. Er zijn verschillende opvallende kenmerken van dit werk, namelijk de exponentieel schaalbare coderingscapaciteiten en de ultralage decoderingsfout-alarmfrequentie.
Veelzijdige deeltjes
De microdeeltjes kunnen tijdens het productieproces worden verspreid in elektronische onderdelen of medicijnverpakkingen, direct worden verwerkt in 3D-geprinte objecten of worden afgedrukt 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 kleuraflezingen waren bij elk hetzelfde, wat suggereert dat het proces gemakkelijk kan worden aangepast aan veel soorten producten die bedrijven met deze deeltjes willen labelen, zegt Bisso.
De mogelijkheid om de materiaaleigenschappen van de tag aan te passen zonder de codeerstrategie 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 die is uitgerust met een lens met een twintigvoudige vergroting, kan iedereen 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.
Het onderzoek werd gefinancierd door de U.S. Air Force, het Office of the Assistant Secretary of Defense for Research and Engineering, de Singapore-MIT Alliance, de National Science Foundation, het U.S. Army Research Office en de National Institutes of Health.