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激光纳米三维微结构提升防伪安全性

发布:HPLSElaser    |    2017-12-05 23:29    阅读:199
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德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)联合卡尔蔡司公司(Zeiss)研发了一种新型激光纳米三维微结构:镶嵌在长方形小于100μm,厚30μm的矩形支架中的荧光标记,能够贴附在商品外包装、产品表面,甚至货币上以提高防伪能力。图片来源:Frederik Mayer /KIT。

用于信用卡、护照以及货币防伪的二维全息图和荧光编码技术已经被大家所熟知。而来自德国的一个工程师团队已经提出了一个新方法,能够将这些光学安全措施提升到新的高度。

具体来说,卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)和卡尔蔡司公司(Carl Zeiss AG)的研究团队展示了一种新技术,该技术使用激光纳米印刷技术来实现微小结构下的3D荧光代码。该研究小组认为,纳米打印的荧光代码可以印刷在各种产品和包装上,大大减少仿冒和盗版。这种新型荧光代码的面积小于0.1平方毫米,厚度仅为30μm,使用共聚焦荧光显微镜就能够读出这种3D微条码。

研究人员认为,该系统通过生产复杂且容易嵌入的条码结构,利用更多的自由度(例如改变荧光颜色),“将防伪水平提高到前所未有的高度”,而且该技术“已经能够立即投入商业应用”。

从随机到确定

不难看出,3D安全条形码能够显著增强目前使用最多的二维条形码的安全性。事实上,研究团队并不是第一次尝试这种方法。一些实验室早已证明了分散纳米粒子或量子点的随机或伪随机三维结构,能够提供难以伪造的条形码。但验证这些代码需要将查询结果返回给数据库,这使得系统存在受黑客攻击的风险。

一种更安全的方法在于研究确定的3D微结构,具有可读性而且不涉及外部数据库。然而,及时3D激光微米和纳米印刷技术已经出现,能够以较低成本来实现这种确定性结构的技术还没有完全成熟。

支架和点

由美国光学学会会士Martin Wegener领导的研究团队在实验演示中使用了由Nanoscribe公司生产的一款商业化3D纳米光刻设备。研究小组使用该装置在一块97μm宽的小方形贴片上制成了交替层状的透明交叉网格聚合物支架和包含嵌入荧光量子点的聚合物光致抗蚀剂。纳米印刷工艺将荧光标记物从精确的预编程处的光刻胶滴落到支架层上的矩形排列中。

通过在第二步中使用多种荧光光刻胶,该技术允许在任何给定的支架层上沉积不同的、确定的图案和颜色组合。纳米打印机将逐层建立3D结构,在仅有31μm厚的无荧光的支架内形成荧光纳米粒子标记的3D阵列。然后将完成的微小3D代码嵌入到薄的透明聚合物薄膜中,该聚合物薄膜可以附着到物体上,以便通过共焦激光扫描荧光显微镜读出。

任意复杂度

在使用两种荧光标记颜色的测试中,研究团队制造了一种具有简单嵌入式图案的微观结构。研究小组还表明,这些图案在读取时不会受到光漂白的影响,这是在光刻胶层中使用量子点而不是荧光染料的优点之一。

根据研究团队的成果,该技术的最大优点是,能够通过添加具有不同颜色或不同光谱特性的荧光标记的光致抗蚀剂层来增加代码的复杂性。然而,在商业推广方面的潜在障碍是,该系统将需要新的读出设备来检测验证点处的微观结构。

尽管如此,考虑到这些三维微型条形码的其他优势,团队并不认为这是一个难以逾越的障碍。KIT的研究人员Frederik Mayer在一份新闻稿中指出:“虽然新技术的制造工艺非常复杂,但是以这种方式生产的条形码的安全特性将得到极大提升。”

来源: https://www.osa-opn.org/home/newsroom/2017/december/boosting_security_with_3-d_microstructures/

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