Fälschungssicher durch Fluoreszenzmarkierung

Ein Forscherteam vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenz­flächen­forschung (MPIKG) hat eine Methode entwickelt, die Produkt­fälschung zukünftig erschweren könnte. Mit diesem neuen, patentierten Verfahren ist es möglich, einzigartige, nicht kopierbare Fluoreszenz­muster schnell, umweltfreundlich und preiswert zu erzeugen.

Durch Fälschungen von Elektronik, Zertifikaten oder Medikamenten entstehen jährlich weltweit wirtschaftliche Verluste in Milliardenhöhe. Schätzungen des EU-Statusberichts über Rechts­verletzungen (EQUIPO, 2019) zufolge betragen die Umsatz­einbußen der europäischen Pharmaindustrie, die jährlich durch gefälschte Medikamente entstehen, rund 9,6 Milliarden Euro. Laut Welt­gesundheits­organisation (WHO) liegt der Fälschungsanteil von Arzneimitteln, die über nicht autorisierte Online-Versandhändler bezogen werden, bei fünfzig Prozent. Um dagegen anzugehen, werden Medikamentenverpackungen seit 2019 EU-weit mit Sicherheitsmerkmalen versehen. Aktuell verwendete Materialien zur Fälschungs­sicherheits­erkennung, die zum Beispiel in fluoreszierenden Hologrammen zur Anwendung kommen, enthalten in der Regel toxische, anorganische Bestandteile. Hinzu kommt, dass die meisten dieser Techniken binnen 18 Monaten kopiert werden können, nachdem die fluoreszierende Verbindung entschlüsselt wurde.

Das Team um Gruppenleiter Felix Löffler aus der Abteilung Biomolekulare Systeme möchte dagegen vorgehen und hat in einer Studie einen ganz neuen Ansatz für nicht kopierbare Nanomuster vorgestellt: Zunächst wird ein dünner Zuckerfilm, bestehend aus einfachen Monosacchariden, mit einem Laser beschossen. Bei dieser Blitzsynthese „karamellisiert“ der Zucker in Millisekunden und gleichzeitig druckt der Laser auf eine gewünschte Oberfläche „Karamell­muster“.

„Das Spannende daran ist, dass sich Mikro- und Nanostrukturen mit beliebigen Mustern kombinieren lassen. Wir haben das am Beispiel von künstlichen Finger­abdrücken gezeigt. Die dabei entstehenden Mikro- und Nanostrukturen sind komplett zufällig und machen das Muster fälschungs­sicher,“ sagt Junfang Zhang, Erstautorin der Studie. Felix Löffler ergänzt: „Jedes Zucker­muster hat eine einzigartige Topographie. Je nach Laserparameter und Zusatz­stoffen fluoreszieren die Muster unter dem Scanner in einmaligen Farb­abstufungen von Rot, Grün oder Blau.“

In seinen Versuchen hat das Team eine Nanofilm-Bibliothek mit rund 2000 Nanomustern erstellt. Durch zwei Scan-Methoden kann die Mikrostruktur dieser nicht kopierbaren Zuckermuster schnell und unabhängig voneinander ausgelesen werden: Fluoreszenz-Scan und Topographie-Scan. Beide Methoden belegen die nahezu ideale Bitgleichheit, hohe Eindeutigkeit und Zuverlässigkeit der erzeugten Muster. Dies bedeutet, dass die Muster eine sehr hohe Zufälligkeit aufweisen, was wichtig für die Funktion als Kopierschutz ist. Die Kombination beider Methoden verbessert die Fälschungs­sicherheit (PUF = physical unclonable function). „Mit unserem Verfahren können wir bis zu 10 hoch 63000 verschiedene Varianten auf einem Quadrat­millimeter erzeugen. Zum Vergleich, die Anzahl der Atome im Universum beträgt etwa 10 hoch 89,“ sagt Gruppenleiter Felix Löffler.

MPIKG / DE

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  J. Zhang et al.: An all-in-one nanoprinting approach for the synthesis of a nanofilm library for unclonable anti-counterfeiting applications, Nat. Nanotechnol., online 5. Juni 2023; DOI: 10.1038/s41565-023-01405-3
• Synthetic Array Technologies (F. Löffler), Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Potsdam-Golm