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

Катерина Мурашова: от гиперопеки к ипохондрии Катерина Мурашова: от гиперопеки к ипохондрии

Как гиперопека влияет на ментальное здоровье ребенка? Личная история

СНОБ
«Мы всегда готовы ко всему»: что мешает и помогает женщинам строить карьеру и бизнес «Мы всегда готовы ко всему»: что мешает и помогает женщинам строить карьеру и бизнес

Как женщины строили бизнес и карьеру в 2000-х, несмотря на гендерные стереотипы

Forbes
Станция «Кузнечное» Станция «Кузнечное»

Кузнечное дело во Владимире с инструкцией по выковке гвоздя

КАНТРИ Русская азбука
От подполья до экранизаций на Netflix: как китайская научная фантастика покоряет мир От подполья до экранизаций на Netflix: как китайская научная фантастика покоряет мир

Почему мало кто за пределами КНР слышал об азиатском сай-фае

Forbes
Средство достижения цели, препятствие или враг: как вы относитесь к настоящему времени — и почему это важно Средство достижения цели, препятствие или враг: как вы относитесь к настоящему времени — и почему это важно

Чем важен навык жить настоящим? И что мешает нам его развить?

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

Куда смотрит Ленин спустя 100 лет после своей смерти

Weekend
Моторный допинг: как велоспортсмены незаконно «прокачивают» свой байк Моторный допинг: как велоспортсмены незаконно «прокачивают» свой байк

Допинг в велоспорте: не только для спортсменов, но и для их байков

ТехИнсайдер
Инновации решают Инновации решают

Каким окажется будущее российской экономики

Деньги
Где и зачем белых медведей сажают в тюрьму? Вам стоит узнать, как живут эти свирепые косолапые Где и зачем белых медведей сажают в тюрьму? Вам стоит узнать, как живут эти свирепые косолапые

Трудно представить, что медведи могут находиться в тюрьме, но они туда попадают

ТехИнсайдер
Бег по наклонной Бег по наклонной

Мог бы уровень современной науки позволить создать Человека-паука?

Вокруг света
Начинаем перезагрузку Начинаем перезагрузку

9 работающих советов по психологии, которые ты упорно игнорируешь

Лиза
«Буквально держится на краске»: неочевидные факты о том, как сохраняют Эйфелеву башню «Буквально держится на краске»: неочевидные факты о том, как сохраняют Эйфелеву башню

Чем автомобильные выхлопы вредят Эйфелевой башне?

ТехИнсайдер
Дмитрий Суетенков: «Одна из причин неправильного прикуса – то, что люди всё реже используют зубы по назначению: всё меньше и меньше жуют» Дмитрий Суетенков: «Одна из причин неправильного прикуса – то, что люди всё реже используют зубы по назначению: всё меньше и меньше жуют»

Чем коварен неправильный прикус?

Здоровье
«Сейчас у центрального университета более 40 партнеров — это крупнейшие компании страны» «Сейчас у центрального университета более 40 партнеров — это крупнейшие компании страны»

В этом сентябре Центральный университет набрал абитуриентов на обучение

Деньги
Петербург будущего Петербург будущего

Зачем зодчим идти в народ и как опыт Рима применить к Шушарам?

Собака.ru
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
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
Марк. Мария Марк. Мария

Феномены-зумеры Мария Мацель и Марк Эйдельштейн в наступающей эре Водолея

Собака.ru
Добытчица и домохозяин: как женщины рушат стереотип о том, кто должен содержать семью Добытчица и домохозяин: как женщины рушат стереотип о том, кто должен содержать семью

Provider woman: что это за тренд и как он влияет на традиционные устои общества?

Forbes
Наталья Зубаревич: «Произошло перераспределение инвестиционных потоков между регионами» Наталья Зубаревич: «Произошло перераспределение инвестиционных потоков между регионами»

Наталья Зубаревич — к какому кризису стоит готовиться бизнесу

РБК
Трудности съёма Трудности съёма

Аренда дорожает на фоне дефицита предложения

Деньги
Археологи нашли в Дании 5000-летний погреб для хранения продуктов Археологи нашли в Дании 5000-летний погреб для хранения продуктов

Археологи нашли древнейший в Скандинавии подземный погреб

ТехИнсайдер
Гора меняет человека Гора меняет человека

Зачем основателю архитектурного бюро SIO лезть в гору с рюкзаком

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Синдром внезапной гениальности: почему о нем не стоит мечтать? Синдром внезапной гениальности: почему о нем не стоит мечтать?

Синдром внезапной гениальности плохо изученное, но вполне реальное состояние

Psychologies
Мир, который вместе видел нас Мир, который вместе видел нас

«Противостояние»: новая экранизация Юлиана Семенова

Weekend
Квазипериодические рентгеновские вспышки вновь связали с событиями приливного разрушения Квазипериодические рентгеновские вспышки вновь связали с событиями приливного разрушения

Астрономы обнаружили девять квазипериодических рентгеновских вспышек

N+1
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
Изобретательская работа как путь к инновациям Изобретательская работа как путь к инновациям

Преимущества изобретательской деятельности и вопросы, связанные с патентованием

Наука и техника
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
Правда ли, что штампованные диски в зиму лучше, чем литые: 1 плюс против 3 минусов Правда ли, что штампованные диски в зиму лучше, чем литые: 1 плюс против 3 минусов

Зимой нужно переходить на стальные штампованные диски. Почему?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении