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

«Культурные пожары» индейцев помогут спасти медведей и журавлей. Оказывается, в них есть смысл «Культурные пожары» индейцев помогут спасти медведей и журавлей. Оказывается, в них есть смысл

Экологи заново учатся древнему искусству выжигания земель

ТехИнсайдер
У меня лапки: что такое вооруженная некомпетентность и почему удобно быть беспомощным У меня лапки: что такое вооруженная некомпетентность и почему удобно быть беспомощным

Как мнимая беспомощность оказывается оружием для защиты собственных интересов

Forbes
Ирина Тиусонина — о премии Wheretoeat, российских ресторанах в Дубае и выходе на международный рынок Ирина Тиусонина — о премии Wheretoeat, российских ресторанах в Дубае и выходе на международный рынок

Как изменилась ресторанная индустрия и почему звезды Мишлен больше неактуальны

СНОБ
Тиражное, ставшее индивидуальным Тиражное, ставшее индивидуальным

Как Владимир Куприянов отменил неповторимость «решающего момента»

Weekend
Страшное слово ОАС Страшное слово ОАС

Аббревиатура ОАС в начале 1960-х наводила ужас на всю Францию

Дилетант
«Можно весь день у телевизора сидеть, а мы выбрали наполненную жизнь»: как старший возраст становится временем для самореализации «Можно весь день у телевизора сидеть, а мы выбрали наполненную жизнь»: как старший возраст становится временем для самореализации

Как перестать бояться старости и научиться воспринимать новый для себя период.

СНОБ
О чем и как правильно разговаривать с детьми О чем и как правильно разговаривать с детьми

Как разговаривать с детьми, чтобы это было не только интересно, но и полезно

СНОБ
Никита Макаров: «Я не понимаю халтуры в искусстве» Никита Макаров: «Я не понимаю халтуры в искусстве»

Никита Макаров — о выставке в Пушкинском музее и поездках на Кольский полуостров

СНОБ
Кто в океане правит бал Кто в океане правит бал

На земле всё начинается с растений, а как обстоят дела в морях и океанах?

Наука и жизнь
«Начинать нужно с пороха» «Начинать нужно с пороха»

Михаил Хубутия о форуме «ORЁLEXPO 2024» и проблемах отрасли товаров для охоты

Деньги
Филиппо Минелли: Не позволяю мнению людей влиять на то, что делаю Филиппо Минелли: Не позволяю мнению людей влиять на то, что делаю

Звезда международной арт-сцены Филиппо Минелли — о самых сложных проектах

СНОБ
Физики порадовали астрономов улучшенным детектором одиночных фотонов инфракрасного диапазона Физики порадовали астрономов улучшенным детектором одиночных фотонов инфракрасного диапазона

Физики разработали детектор одиночных фотонов инфракрасного диапазона

N+1
Башенные и безбашенные Башенные и безбашенные

Актуальные часы на башнях и стенах столицы

Men Today
Андрей Соколов: «То, что я не попал в самолет, может быть, меня от чего-то спасло» Андрей Соколов: «То, что я не попал в самолет, может быть, меня от чего-то спасло»

«Говорю себе всегда так: что Бог ни делает, все к лучшему»

Коллекция. Караван историй
Чем привлекает SERES M7? Прежде всего запахом Чем привлекает SERES M7? Прежде всего запахом

Тест-драйв премиального китайского кроссовера SERES M7

4x4 Club
10 лучших хорроров за 2023 и 2024 годы. Часть II 10 лучших хорроров за 2023 и 2024 годы. Часть II

Фильмы на тот случай, еще последние пару лет недостаточно пощекотали вам нервы

Maxim
Апгрейд карьеры: как и почему в России растет спрос на курсы по ИИ Апгрейд карьеры: как и почему в России растет спрос на курсы по ИИ

Почему есть разработчики, которые за счет дообучения хотят «украсить» резюме

Forbes
Несут какой-то вред Несут какой-то вред

Чем сложнее подход к тренингу, тем больше неверных шагов можно сделать

Men Today
Однажды 20 лет спустя: может ли грузинская оппозиция повторить «революцию роз» Однажды 20 лет спустя: может ли грузинская оппозиция повторить «революцию роз»

Победа правящей в стране «Грузинской мечты» еще не окончательна

Forbes
Новый Skoda Elroq нацелен на массового потребителя Новый Skoda Elroq нацелен на массового потребителя

Skoda выпустила бюджетный электро-кроссовер Elroq

4x4 Club
Как написаны «Старосветские помещики»: отрывок из книги Как написаны «Старосветские помещики»: отрывок из книги

Отрывок из книги «Базаров порезал палец»

СНОБ
Инвестиции в будущее: как женщины преодолевают барьеры в креативных индустриях Инвестиции в будущее: как женщины преодолевают барьеры в креативных индустриях

Почему инвестировать в женские проекты выгодно?

Forbes
Сергиев Посад Сергиев Посад

Сергиев Посад и его доминанта — Свято-Троицкая Сергиева лавра

КАНТРИ Русская азбука
Зачем в старых пятиэтажках делали окно между кухней и ванной комнатой Зачем в старых пятиэтажках делали окно между кухней и ванной комнатой

Для чего строили небольшое окно, расположенное между кухней и ванной?

ТехИнсайдер
«Гоголя почитайте, камон,— все то же самое» «Гоголя почитайте, камон,— все то же самое»

Куда смотрит Ленин спустя 100 лет после своей смерти

Weekend
Зачем нам ловить нейтрино? Зачем нам ловить нейтрино?

Что удалось понять про нейтрино и как это было, — в беседе с Валерием Петковым

Наука и жизнь
Ковровая резня Ковровая резня

«Ужасающий-3»: масштабное возвращение клоуна-маньяка

Weekend
Между нами тает лед Между нами тает лед

Михаил Сергачев о том, с чего начинался его собственный путь на льду

Men Today
Дама с собачкой (или кошечкой) Дама с собачкой (или кошечкой)

Когда любовь к питомцу превращается в зависимость

Лиза
От малограмотного мальчика до успешного книгоиздателя: история Ивана Сытина От малограмотного мальчика до успешного книгоиздателя: история Ивана Сытина

История Ивана Сытина — крестьянского сына, который стал успешным бизнесменом

ТехИнсайдер
Открыть в приложении