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

Пять языков любви Пять языков любви

Секрет прочных отношений

kiozk originals
«Есть много практик, которые не стоит применять»: как развить сверхспособности «Есть много практик, которые не стоит применять»: как развить сверхспособности

Что такое сверхспособности на самом деле?

Psychologies
История Михаила Пичугина и других людей, которым удалось выжить в открытом море История Михаила Пичугина и других людей, которым удалось выжить в открытом море

Истории выживания на большой воде

СНОБ
Джим лежа Джим лежа

Героические истории со съемок первых фильмов великих режиссеров

Правила жизни
Историк о диалоге как пути мировой культуры Историк о диалоге как пути мировой культуры

Какую роль играет умение обращать свои мысли к собеседнику?

РБК
Два часа на «открытом воздухе» Два часа на «открытом воздухе»

«Бульдозерная» выставка — переломное событие в истории отечественного искусства

Дилетант
Что делать, если выбрал не ту профессию: 3 рекомендации от профориентолога Что делать, если выбрал не ту профессию: 3 рекомендации от профориентолога

Как построить новую успешную карьеру, если со старой не сложилось?

Psychologies
Словно белка в колесе Словно белка в колесе

Мы часто делаем много дел за раз. Хорошо ли это для психики?

Лиза
Иваново: А что вокруг? Иваново: А что вокруг?

Какие сокровища таит в себе Ивановская область

КАНТРИ Русская азбука
Дожди еще впереди: как выбрать качественный зонт, который не подведет в плохую погоду Дожди еще впереди: как выбрать качественный зонт, который не подведет в плохую погоду

На какие факторы нужно обращать внимание при покупке зонта

ТехИнсайдер
Отдых на «пятерку» Отдых на «пятерку»

Чем люксовые гостиницы в России привлекают клиентов

Деньги
Любимая дочь диктатора: история Эдды Муссолини — самой опасной женщины Европы Любимая дочь диктатора: история Эдды Муссолини — самой опасной женщины Европы

«Нет смысла вести себя хорошо, если знаешь, что тебя ждет гильотина»

VOICE
«Революции мирового большинства мы на базе БРИКС пока не увидим» «Революции мирового большинства мы на базе БРИКС пока не увидим»

Почему не стоит вмешиваться в естественную эволюцию БРИКС

Монокль
«Он не изменник, а жертва родительской нелюбви»: почему нельзя оправдывать неэтичное поведение травмами «Он не изменник, а жертва родительской нелюбви»: почему нельзя оправдывать неэтичное поведение травмами

Давайте разберемся, почему «этическое не лечится»

Psychologies
«Я-ловушка» и еще 4 тренда дейтинг-приложений, которые ждут нас в 2025 году «Я-ловушка» и еще 4 тренда дейтинг-приложений, которые ждут нас в 2025 году

Пять тенденций в сфере знакомств, которые будут актуальны в 2025 году

Psychologies
Курс на Восток Курс на Восток

Интерьер как портрет владелицы с учётом принципов древнеиндийской философии

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Интервью Дарьи Екамасовой — о фильме «Анора», восприятии российской культуры в мире и Каннском кинофестивале Интервью Дарьи Екамасовой — о фильме «Анора», восприятии российской культуры в мире и Каннском кинофестивале

Актриса Дарья Екамасова — как артисту попасть в зарубежный проект?

СНОБ
Дама с собачкой (или кошечкой) Дама с собачкой (или кошечкой)

Когда любовь к питомцу превращается в зависимость

Лиза
Доппельбоди-хоррор Доппельбоди-хоррор

«Другой человек»: проблема двойников в эпоху бодипозитива

Weekend
Тихо! Это роскошь Тихо! Это роскошь

В последние 20 лет тема роскоши вышла на первый план в дизайнерской среде

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Ковровая резня Ковровая резня

«Ужасающий-3»: масштабное возвращение клоуна-маньяка

Weekend
Астероиды стали источником цинка и дали возможность развитию земной жизни Астероиды стали источником цинка и дали возможность развитию земной жизни

Без «нерасплавленных» астероидов на Земле не появилось бы жизни

ТехИнсайдер
Девочки не умеют терпеть: что такое pain gap и почему женщины чаще испытывают боль Девочки не умеют терпеть: что такое pain gap и почему женщины чаще испытывают боль

Как стереотипы и недостаток знаний о женском теле делают нам больно

Forbes
Что такое опорный подшипник, где он находится и как его проверить Что такое опорный подшипник, где он находится и как его проверить

Изношенный «опорник» вызывает шумы и усиливает износ элементов подвески

РБК
Мы его теряем! Мы его теряем!

14 необычных способов похудеть

Лиза
«Глупые катастрофы, умные катастрофы» «Глупые катастрофы, умные катастрофы»

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

Знание – сила
«Водородная эйфория» закончилась: почему этот источник энергии не спасет планету «Водородная эйфория» закончилась: почему этот источник энергии не спасет планету

Почему «водородная энергия» оказалась лишь иллюзией?

Forbes
Неизбывность сюжетов и снега: как прошел фестиваль «Маяк» Неизбывность сюжетов и снега: как прошел фестиваль «Маяк»

О программе фестиваля актуального российского кино «Маяк»

РБК
Фуры: каких размеров и видов они бывают и что в них перевозят Фуры: каких размеров и видов они бывают и что в них перевозят

Какими бывают фуры, сколько стоят, с какой категорией можно за руль?

РБК
Что делать, если мать винит вас во всем: 6 способов не вестись на эту манипуляцию Что делать, если мать винит вас во всем: 6 способов не вестись на эту манипуляцию

Как, никого не обидев, освободиться от влияния родителя

Psychologies
Открыть в приложении