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6. Juni 2023

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von der Max-Planck-Gesellschaft

Ein Forscherteam am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPICI) hat eine Methode entwickelt, die Produktfälschungen künftig erschweren könnte. Das neue und patentierte Verfahren ermöglicht die schnelle, umweltfreundliche und kostengünstige Herstellung einzigartiger, nicht kopierbarer Fluoreszenzmuster.

Fälschungen von Elektronikartikeln, Zertifikaten oder Medikamenten verursachen jedes Jahr weltweit wirtschaftliche Verluste in Milliardenhöhe. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) schätzt, dass gefälschte Arzneimittel einen Jahresumsatz von 73 Milliarden Euro ausmachen. Nach Angaben der WHO werden 50 % der gefälschten Arzneimittel über nicht autorisierte Online-Versandhändler bezogen. Um dem entgegenzuwirken, werden Arzneimittelverpackungen seit 2019 in der gesamten EU mit Sicherheitsmerkmalen gekennzeichnet. Aktuelle Materialien zur Fälschungserkennung, wie sie beispielsweise in fluoreszierenden Hologrammen verwendet werden, enthalten typischerweise giftige anorganische Bestandteile. Darüber hinaus können die meisten dieser Techniken innerhalb von 18 Monaten nach der Entschlüsselung der fluoreszierenden Verbindung kopiert werden.

Einen völlig neuen Ansatz für nicht kopierbare Nanomuster hat das Team um Dr. Felix Löffler aus der Abteilung Biomolekulare Systeme in einem in der Fachzeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlichten Artikel entwickelt.

Zunächst wird ein dünner Zuckerfilm, der aus einfachen Monosacchariden besteht, mit einem Laser beschossen. Bei dieser Blitzsynthese „karamellisiert“ der Zucker in Millisekunden und gleichzeitig druckt der Laser zufällige „Karamellmuster“ auf eine gewünschte Oberfläche. Diese sind einzigartig und fluoreszieren in verschiedenen Farben unter dem Scanner.

Junfang Zhang, Erstautor der Studie, sagt: „Das Spannende dabei ist, dass man beliebige Muster erzeugen kann, was wir am Beispiel künstlicher Fingerabdrücke gezeigt haben. Die dabei entstehenden Mikro- und Nanostrukturen sind völlig zufällig. Wir können sie nicht kontrollieren.“ sie; es wird kein Muster geben. Dr. Felix Löffler ergänzt: „Jedes Zuckermuster hat eine einzigartige Topographie und je nach Laserparametern und Zusätzen erhalten wir einzigartige Farbabstufungen von Rot, Grün oder Blau.“

In ihren Experimenten erstellte das Team eine Nanofilmbibliothek mit etwa 2.000 Nanomustern. Zwei Scanmethoden können verwendet werden, um die Mikrostruktur dieser Zuckermuster, die nicht kopiert werden können, schnell und unabhängig zu lesen: Fluoreszenzscannen und Topographiescannen. Beide Methoden zeigen eine nahezu ideale Bitgleichheit, hohe Einzigartigkeit und Zuverlässigkeit der erzeugten Muster.

Dies bedeutet, dass die Muster einen sehr hohen Grad an Zufälligkeit aufweisen, was für ihre Funktion als Kopierschutz wichtig ist. Die Kombination beider Methoden verbessert die Fälschungssicherheit (PUF = Physical Unclonable Function). „Außerdem können wir mit unserer Methode bis zu 10 hoch 63.000 verschiedene Varianten auf 1 mm² erzeugen. Zum Vergleich: Die Anzahl der Atome im Universum beträgt etwa 10 hoch 89“, sagt Gruppenleiter Dr. Felix Löffler.

Mehr Informationen: Junfang Zhang et al., Ein All-in-One-Nanodruckansatz zur Synthese einer Nanofilmbibliothek für nicht klonbare Fälschungsschutzanwendungen, Nature Nanotechnology (2023). DOI: 10.1038/s41565-023-01405-3

Zeitschrifteninformationen:Natur-Nanotechnologie

Zur Verfügung gestellt von der Max-Planck-Gesellschaft