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

Космические юристы Космические юристы

Для чего нужны специалисты по международному космическому праву

Санкт-Петербургский университет
4 признака того, что у партнера еще не угасли чувства к бывшей 4 признака того, что у партнера еще не угасли чувства к бывшей

Почему неразорванные эмоциональные связи могут погубить ваши отношения

Psychologies
Печать дьявола Печать дьявола

В модной индустрии тоже есть свои инновации, и одна из них – 3D-печать

Правила жизни
Фотоохота Фотоохота

Георгий Кардава — один из самых интересных и самобытных фотографов

Men Today
Взлёт и падение Селевкидов Взлёт и падение Селевкидов

Государство Селевкидов стало самым большим осколком империи Македонского

Дилетант
Вложения в чемпионство: как бывший fashion-инвестор создает топ-команду «Формулы-1» Вложения в чемпионство: как бывший fashion-инвестор создает топ-команду «Формулы-1»

Тактика канадского бизнесмена Лоуренс Стролла в «Формуле-1» и к чему она привела

Forbes
Ошибка 403 Forbidden: что она означает и можно ли ее исправить Ошибка 403 Forbidden: что она означает и можно ли ее исправить

Что значит ошибка 403 и как ее можно исправить?

ТехИнсайдер
Два часа на «открытом воздухе» Два часа на «открытом воздухе»

«Бульдозерная» выставка — переломное событие в истории отечественного искусства

Дилетант
«110»: драма с Елизаветой Боярской, в которой преступление разделяет мать и дочь «110»: драма с Елизаветой Боярской, в которой преступление разделяет мать и дочь

«110»: фильм-высказывание о том, как мы разучились слышать друг друга

Forbes
Дом для университета Дом для университета

История СПбГУ неразрывно связана со зданием Двенадцати коллегий

Санкт-Петербургский университет
Начинаем перезагрузку Начинаем перезагрузку

9 работающих советов по психологии, которые ты упорно игнорируешь

Лиза
Осенние эфемероиды Осенние эфемероиды

На фоне конфетти из опавшей листвы не унимается ликование осенних цветов

Наука и жизнь
Нобелевская премия мимо Нобелевская премия мимо

9 убедительных причин отказаться от награды

Weekend
Дождь со снегом Дождь со снегом

Автомобили в объективе фотографа Бориса Косарева

Автопилот
Почему интернет перестает быть свободным и переходит к гиперконтролю Почему интернет перестает быть свободным и переходит к гиперконтролю

Какой будет новая этика для мессенджеров в условиях гиперконтроля интернета

Forbes
Думать про далекое будущее: как женщины руководят НКО и решают социальные проблемы Думать про далекое будущее: как женщины руководят НКО и решают социальные проблемы

С чем сталкиваются женщины в кризисных ситуациях и где найти силы продолжать

Forbes
«Вдох-выдох — тут уже есть повтор» «Вдох-выдох — тут уже есть повтор»

Как из повторов рождаются стихи и что с ними делают разные авторы

Weekend
Очень скучное кино: почему список рекомендуемых фильмов вряд ли понравится школьникам Очень скучное кино: почему список рекомендуемых фильмов вряд ли понравится школьникам

Почему список фильмов, рекомендованных для школьников, очень скучный

Forbes
Бедный Павел Бедный Павел

О драматической судьбе Павла Первого и о его отношениях с матерью

Знание – сила
Как хобот слона стал самым невероятным хватательным органом на планете Как хобот слона стал самым невероятным хватательным органом на планете

Главную роль в достижении удивительной гибкости хобота у слонов играют морщины

ТехИнсайдер
Ученые рассказали о «клетке Шрека» в мозге людей! Вот как она влияет на память Ученые рассказали о «клетке Шрека» в мозге людей! Вот как она влияет на память

Как отдельные клетки мозга в гиппокампе реагируют на имена известных людей

ТехИнсайдер
«Серьезно?!» ИК-обогреватель крутая штука, но он может быть опасен – как избежать вреда «Серьезно?!» ИК-обогреватель крутая штука, но он может быть опасен – как избежать вреда

Как пользоваться инфракрасными обогревателями

ТехИнсайдер
Как иммигрантка из Ирана заработала миллиарды благодаря точным инвестициям в биотех Как иммигрантка из Ирана заработала миллиарды благодаря точным инвестициям в биотех

Маки Зангане: от эмиграции из Ирана до успешного проекта в биотехе США

Forbes
Что происходит в мозге человека, когда он смотрит на шедевр Вермеера Что происходит в мозге человека, когда он смотрит на шедевр Вермеера

Ученые измерили реакцию мозга при просмотре картины Йоханнеса Вермеера

ТехИнсайдер
Любовь и Голубева Любовь и Голубева

Как на творческий метод Леоса Каракса повлияли отношения с Катериной Голубевой

Правила жизни
Не только Соболев. Главные предательства в истории футбола Не только Соболев. Главные предательства в истории футбола

Фигу, Тевес, Роналдо, и другие футболисты, перешедшие к ненавистным соперникам

СНОБ
Сначала птерозавры лазали по деревьям и только потом поднялись в небо Сначала птерозавры лазали по деревьям и только потом поднялись в небо

Конечности птерозавров ранней мезозойской эры приспособлены для деревьев

ТехИнсайдер
Сергиев Посад Сергиев Посад

Сергиев Посад и его доминанта — Свято-Троицкая Сергиева лавра

КАНТРИ Русская азбука
«Когда Бунина называют “русским Прустом”, мне хочется поправить: это Пруст — французский Бунин» — Андрей Новиков-Ланской о русском писателе и аристократе «Когда Бунина называют “русским Прустом”, мне хочется поправить: это Пруст — французский Бунин» — Андрей Новиков-Ланской о русском писателе и аристократе

Почему Бунин токсично отзывался о современниках

СНОБ
«Начинать нужно с пороха» «Начинать нужно с пороха»

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

Деньги
Открыть в приложении