Как инновационный наномаркер поможет снизить количество подделок

Санкт-Петербургский университетHi-Tech

Под охраной невидимых меток

Защищать документы и товары от фальсификации помогает маркировка. Для ее нанесения исследователи СПбГУ разработали инновационный наномаркер, который позволяет оставлять невидимые метки.

Автор: Евгения Орлова

Freepik

Продажа поддельных изделий — один из способов, которым обогащаются мошенники. Они торгуют разбавленным молоком, под видом известных лекарственных средств предлагают «пустышки», в парфюм добавляют некачественные и аллергенные ингредиенты, а в ювелирные украшения вместо драгоценных металлов — дешевые сплавы.

Ежегодно на рынке товаров находят огромное количество подделок. По данным Федеральной таможенной службы России, на одних только таможенных границах в январе — сентябре 2021 года было выявлено почти 5 миллионов единиц фальсифицированной продукции. За аналогичный период 2022 года сотрудники таможни зафиксировали более 7 миллионов единиц контрафакта, а с января по сентябрь 2023 года — около 3 миллионов единиц.

Чтобы не допустить поступления подобных товаров в продажу, специалисты постоянно ищут новые и совершенствуют старые способы защиты. В частности, развивается система маркировки документов и товаров специальными метками, которые позволяют отличать настоящие изделия от подделок.

Pressfoto

«Метки бывают двух видов, — рассказывает Алина Анвяровна Маньшина, профессор СПбГУ (кафедра лазерной химии и лазерного материаловедения). — Во-первых, это могут быть уже привычные нам видимые знаки, наносимые на поверхность объектов: штрихкоды, QR-коды, рисунки, графические сложные формы — голограммы. Во-вторых, разработано большое количество скрытых систем: меток, которые нельзя увидеть невооруженным глазом и которые располагаются в неизвестных сторонним наблюдателям местах на товарах и документах».

Скрытые защитные знаки более надежны по сравнению с видимыми, так как их сложнее фальсифицировать. Особенно популярными в настоящее время считаются невидимые метки на основе наноразмерных объектов (наномаркеров), поскольку для их обнаружения и создания нужно обладать высоким уровнем технологий, что зачастую не могут позволить себе злоумышленники.

Незаметные защитники

По словам Алины Маньшиной, в качестве наномаркеров чаще всего используют полупроводниковые квантовые и полимерные точки. «Благодаря наноразмерности они обладают уникальными оптическими свойствами, — объясняет исследовательница. — Длина волны и, соответственно, цвет их люминесценции зависят от химического состава и размера самих точек. Это значит, что, синтезируя точки с разными химическими и размерными характеристиками, можно получать или цветные метки, или такие, которые при оптическом возбуждении (например, под воздействием лазера) светятся в определенном невидимом спектральном диапазоне — инфракрасном или ультрафиолетовом». Из этих нанообъектов на изделиях, нуждающихся в защите, формируют уникальные изображения-маркировки.

Также распространены невидимые метки из наночастиц, созданные с помощью случайного физического процесса. Яркий пример такого явления в бытовой жизни — падение стеклянного стакана. При столкновении с полом он разбивается на произвольное число осколков разных форм и размеров. При этом повторить результат падения не получится никогда: следующие стаканы будут разлетаться на иное количество частей, которые к тому же примут другой вид. Такая невоспроизводимость и непредсказуемость результата, а также невозможность его контролировать — особенность случайного процесса.

«Эту особенность человечество и придумало использовать в качестве принципа создания маркировки, — говорит Алина Маньшина. — В рамках такого подхода, например, на объект направляют струю с наночастицами, которые случайно распределяются по поверхности и тем самым формируют уникальный защитный знак. Повторить метку невозможно, а потому злоумышленники не могут подделать товары с подобной маркировкой».

При этом и у защитных знаков из полимерных и квантовых точек, и у случайно сформированных меток существуют недостатки. Так, у первых не всегда стабильно проявляются люминесцентные свойства. Наномаркеры из полимеров сильно зависят от окружающей среды и в изменившихся условиях могут светиться на другой длине волны. Отдельные квантовые точки на поверхности объектов способны превращаться в единую структуру — твердую фазу, в результате чего они перестают быть наночастицами и, как следствие, нарушается их свечение.

«В свою очередь, в метки, созданные по принципу случайного процесса, сложно зашифровывать дополнительную информацию, например данные об изделии, — добавляет Алина Маньшина. — Подход предполагает, что мы каждый раз получаем рисунок, который нельзя воспроизвести. Поэтому невозможно указать на товарах одной и той же категории одинаковую серию, которая в защитной метке должна шифроваться идентичными элементами».

Бесконечное множество меток

Защитный наномаркер, созданный учеными СПбГУ, лишен этих недостатков. Разработка предполагает маркирование изделий особыми наночастицами — нанокристаллами оксидов, в структуру (кристаллические решетки) которых внедрены редкоземельные ионы. Эти объекты исследователям удалось синтезировать в ходе предыдущих научных проектов.

«Мы научились получать наночастицы с четкими люминесцентными свойствами и с возможностью управлять ими. Это удалось за счет подбора кристаллических решеток, которые обеспечивают стабильность частиц, а также высокую интенсивность люминесценции благодаря включению редкоземельных ионов. Их оптические свойства не зависят от внешних условий и за счет этого очень стабильны», — объясняет Алина Маньшина.

Исследовательница добавляет, что наночастицы являются устойчивыми к химическому воздействию и повышенным температурам. Плавиться и терять свойства они начинают только при 1500–2000 ℃, что открывает возможность их использования для защиты совершенно разных изделий, в том числе эксплуатируемых в экстремальных условиях.

«Чтобы успешно применять наночастицы в качестве защитного маркера, мы дополнительно предложили в каждую кристаллическую решетку помещать не один редкоземельный ион, а, например, три, — отмечает Алина Маньшина. — Дело в том, что редкоземельные ионы обладают специфическим свечением: они испускают сразу несколько полос люминесцентного излучения, каждая из которых находится в индивидуальной области светового спектра».

За счет этого в одной наночастице с тремя ионами может оказаться девять отличающихся спектральных полос — по несколько на каждый редкоземельный элемент. Во-первых, это обеспечивает богатую и сложную для копирования люминесценцию: не зная состава наночастиц, злоумышленник не сможет воспроизвести спектр метки.

Во-вторых, подобранная учеными структура позволяет создавать на основе одной наночастицы несколько уникальных защитных меток: в зависимости от того, какой из ионов станут возбуждать для считывания кода, частица будет светиться по-разному. Это произойдет потому, что обмен энергией между редкоземельными элементами в каждом случае будет отличаться и поразному влиять на спектр.

Еще больше вариантов меток удастся получить, изменяя кристаллические решетки, а также виды и концентрацию ионов в них. «Математические расчеты показывают, что с помощью нашего защитного наномаркера получится произвести порядка 1025 вариантов меток. Это даже больше, чем видимых звезд во Вселенной, число которых оценивается в 1022», — подчеркивает Алина Маньшина.

Не удалить и не стереть

Еще одно преимущество разработки ученых СПбГУ — возможность зашифровывать в метке информацию. Для этого производителю, который захочет воспользоваться наномаркером, понадобится создать базу данных, в которой будут отражены характеристики каждой нанометки: состав, способ возбуждения и интенсивность ее люминесценции, спектральные особенности, а также конкретное изделие, для которого предназначен защитный знак.

«В метку в том числе можно зашифровать характеристики, объединяющие несколько изделий, — добавляет Алина Маньшина. — Скажем, если сотрудники фармацевтического предприятия планируют указывать на лекарственных препаратах, к какой фармакологической группе те относятся, они могут присвоить каждой категории препаратов обязательный ион и вносить его только в метки для соответствующих лекарств. Допустим, в защитные знаки всех антибиотиков — ион эрбий, в метки для анальгетиков — ион неодим». При этом два других иона смогут шифровать дополнительную информацию, в частности форму препарата и его наименование.

Маркировать изделия производителям также будет несложно. Исследователи СПбГУ разработали для нанометок легко реализуемый способ нанесения с помощью лазера и успешно опробовали его на металлических объектах. «Для создания метки на металл наносится порошок или паста из наночастиц, на которые направляется лазерное излучение. Под воздействием лазера поверхность плавится, а при последующем остывании „захватывает“ нанокристаллы, в результате чего они впечатываются в металл», — рассказывает Алина Маньшина.

Исследовательница отмечает, что нанесенная таким образом метка имеет дополнительную защиту от злоумышленников. Мошенники не могут незаметно убрать маркировку с оригинального изделия. Знак можно удалить лишь вместе с поверхностью товара, что сделает очевидным незаконное обращение с ним.

Наномаркер ученых СПбГУ подходит не только для металлических изделий. По словам Алины Маньшиной, уже сейчас его можно использовать для маркировки стеклянных и пластиковых товаров, а также объектов в упаковке из этих материалов. В частности, разработка подойдет для защиты лекарственных препаратов в блистерах. Способ нанесения меток на подобные изделия будет аналогичным, потребуется лишь подобрать интенсивность лазерного воздействия для каждого конкретного материала. В перспективе наномаркер также будет эффективен для защиты денежных купюр и ценных бумаг от подделки.

Pressfoto

Авторы разработки:

Дарья Владимировна Мамонова, руководитель научного проекта, кандидат химических наук, с 2018 по 2021 год — постдок СПбГУ (кафедра лазерной химии и лазерного материаловедения);

Михаил Дмитриевич Михайлов, доктор химических наук, главный научный сотрудник акционерного общества «Научно-производственное объединение „Государственный оптический институт имени С. И. Вавилова“»;

Алина Анвяровна Маньшина, доктор химических наук, профессор СПбГУ (кафедра лазерной химии и лазерного материаловедения);

Илья Евгеньевич Колесников, доктор физико-математических наук, специалист СПбГУ (ресурсный центр «Оптические и лазерные методы исследования вещества»);

Алексей Андреевич Калиничев, инженер СПбГУ (ресурсный центр «Оптические и лазерные методы исследования вещества»).

В России обязательной маркировке подлежат

Молочные продукты, упакованная вода, пиво и слабоалкогольные напитки, безалкогольные напитки, икра осетровых и лососевых рыб, обувь, одежда и другие товары легкой промышленности, шубы и изделия из меха, лекарства, кресла-коляски, медицинские изделия, биологически активные добавки, антисептики, табак, духи и туалетная вода, шины и покрышки, фотоаппараты и лампы-вспышки.

Товары из разных категорий маркируют по-разному. Например, в меховые изделия внедряют RFID-метки — микрочипы, в которых с помощью радиочастотной идентификации зашифрованы сведения об объекте. На упаковку молочных изделий, обуви и лекарственных препаратов наносят черно-белый код Data-Matrix, оснащенный криптозащитой и содержащий информацию о характеристиках товара.

Источник: честныйзнак.рф

Исследование проводилось в рамках гранта Российского научного фонда. Часть работ ученые выполнили в Научном парке СПбГУ: ресурсных центрах «Оптические и лазерные методы исследования вещества» и «Рентгенодифракционные методы исследования» и междисциплинарном центре по направлению «Нанотехнологии».
По результатам исследования зарегистрирован патент RU 2 779 619 C1 «Защитный наномаркер со спектральным идентификационным кодом для маркировки ценных изделий и способ маркировки ценных изделий защитным наномаркером» (правообладатель — СПбГУ). Подробнее о разработке.

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Правила здорового сна: уберите от кровати гаджеты и яблоки Правила здорового сна: уберите от кровати гаджеты и яблоки

Удается ли вам спать достаточное количество часов?

Psychologies
Исследование: правильные цветовые решения в интерьере способны повысить самоконтроль людей Исследование: правильные цветовые решения в интерьере способны повысить самоконтроль людей

Как цветовые решения в архитектуре влияют на способность человека к самоконтролю

ТехИнсайдер
Совсем не «Круть»: почему Виктор Пелевин четвертый год пишет книги об одном и том же Совсем не «Круть»: почему Виктор Пелевин четвертый год пишет книги об одном и том же

«Круть»: почему эта книга Виктора Пелевина заставляет испытывать испанский стыд

Forbes
5 признаков того, что вашей жизнью правит озлобленный внутренний ребенок 5 признаков того, что вашей жизнью правит озлобленный внутренний ребенок

Как понять, что вашей жизнью управляет травмированный, злой внутренний ребенок

Psychologies
Гаспар Ноэ: Я хочу создавать кино, которое пугает, вызывает эрекцию и заставляет плакать Гаспар Ноэ: Я хочу создавать кино, которое пугает, вызывает эрекцию и заставляет плакать

Интервью с Гаспаром Ноэ — о сексе, лени и идеальном кино

СНОБ
Первый кадр Первый кадр

Итак, перед вами отцы-основатели некоторых жанров кино

Men Today
Тонко. Ажурно. Ювелирно Тонко. Ажурно. Ювелирно

Финифть — легендарное искусство родом из Ростова Великого

КАНТРИ Русская азбука
Новый коллектив Новый коллектив

10 правил, чтобы быстро освоиться и стать своей в новом рабочем коллективе

Лиза
Алкоголик, мизогин, благородный узник ГУЛАГа: каким был поэт Николай Заболоцкий Алкоголик, мизогин, благородный узник ГУЛАГа: каким был поэт Николай Заболоцкий

О том, как Заболоцкий в ГУЛАГе стал примером человеческого достоинства

СНОБ
«История как наука и политика: Эксперименты в историографии и Советский проект» «История как наука и политика: Эксперименты в историографии и Советский проект»

Как Вавилов стал посредником между научным сообществом и большевиками

N+1
«Жарили рыбу, прибив к доске» «Жарили рыбу, прибив к доске»

Экспедиционные туры глазами повара, а точнее кока

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Павел Стародубцев: Без хорошего дизайна компания будет размазней Павел Стародубцев: Без хорошего дизайна компания будет размазней

Дизайнер Павел Стародубцев — про Артемия Лебедева и русский визуальный код

СНОБ
«Глупые катастрофы, умные катастрофы» «Глупые катастрофы, умные катастрофы»

Фрагмент из книги «Мертвый лев. Посмертная биография Дарвина и его идей»

Знание – сила
Японцы представили 16-килограммовую робособаку с открытой архитектурой Японцы представили 16-килограммовую робособаку с открытой архитектурой

Робособаку MEVIUS можно собрать из коммерчески доступных компонентов

N+1
Легенда №17 Легенда №17

Из чего состоят рутинные дела главы республики Тува

Men Today
Окно в Древний Рим Окно в Древний Рим

Как Петроний и Феллини сумели преодолеть время с помощью фрагментов культуры

Правила жизни
Франция заморская Франция заморская

«А знаете ли, что у алжирского дея под самым носом шишка?»

Дилетант
Фонотека Фонотека

Композиторы, чей вклад в создание киношедевра не уступает режиссерскому

Правила жизни
Как понять, что вам нужно мыть голову чаще Как понять, что вам нужно мыть голову чаще

Как понять, что вы моете кожу головы недостаточно часто?

ТехИнсайдер
Пицца, суши, роллы: что делает бизнес, чтобы люди заказывали и считали еду модной и необходимой Пицца, суши, роллы: что делает бизнес, чтобы люди заказывали и считали еду модной и необходимой

Как бизнес сохраняет интерес к одним и тем же людям в течении многих лет?

Inc.
«Мне важно участвовать в чем-то нужном людям» «Мне важно участвовать в чем-то нужном людям»

Зачем герои Марка Эйдельштейна платят стриптизершам

Правила жизни
Сама себе режиссер Сама себе режиссер

Ирина Горбачёва в фильме «Говорит Земля!» играет экоактивистку

OK!
За что мы любим The Cure: чертова дюжина синглов великой группы За что мы любим The Cure: чертова дюжина синглов великой группы

Знаковые синглы группы The Cure и ее непростой путь

СНОБ
Дорогу главной! Дорогу главной!

7 прав, которые у тебя есть при встрече с инспектором ГАИ

Лиза
Как ученые пустили лазер в дело: 3D-принтеры и алкорамки Как ученые пустили лазер в дело: 3D-принтеры и алкорамки

Компания «Лазерные системы» из науки шагнула в прикладной мир бизнеса

Монокль
Елена Попова: Главное в современной полярной экспедиции — не впасть в уныние Елена Попова: Главное в современной полярной экспедиции — не впасть в уныние

Елена Попова о том, как появилась ее дебютная работа

СНОБ
В чем секрет долголетия? Все зависит от того, с кем вы проводите время В чем секрет долголетия? Все зависит от того, с кем вы проводите время

Почему социальные животные, как правило, живут дольше остальных?

ТехИнсайдер
Что такое эффект Стрейзанд: как работать с компроматами Что такое эффект Стрейзанд: как работать с компроматами

Эффект Стрейзанд: что это такое и можно ли с ним совладать?

Psychologies
Будет вам наукой Будет вам наукой

Семь свежих исследований, чтобы вы держали руку на пульсе актуальных знаний

Men Today
О чем говорит форма бутылки вина О чем говорит форма бутылки вина

Почему у бутылок вина разные формы и что по ним можно узнать о напитке

СНОБ
Открыть в приложении