Neue Methode der Fluoreszenzmarkierung Fälschungsschutz durch Fingerabdrücke aus Karamell

Einmalig und unnachahmlich – so sollte eine Markierung sein, um ein Produkt später zweifelsfrei als Original zu identifizieren. Forscher am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung erzielen dies, indem sie dünne Zuckerschichten auf Oberflächen auftragen und dann mit einem Laser-Strukturen einbrennen – die individuelle Fluoreszenz und Topographie dieser „Karamell-Fingerabdrücke“ macht sie nahezu fälschungssicher.

Durch Fälschungen von Elektronik, Zertifikaten oder Medikamenten entstehen jährlich weltweit wirtschaftliche Verluste in Milliardenhöhe. Schätzungen über Rechtsverletzungen zufolge betragen die Umsatzeinbußen der europäischen Pharmaindustrie, die jährlich durch gefälschte Medikamente entstehen, rund 9,6 Milliarden Euro (s. S. 59 in OECD/EUIPO (2020); DOI: 10.1787/a7c7e054-en (pdf). Laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) liegt der Fälschungsanteil von Arzneimitteln, die über nicht autorisierte Online-Versandhändler bezogen werden, bei 50 Prozent.

„DNA der Dinge“

Daten im Hemdknopf verstecken

Um dagegen anzugehen, werden Medikamentenverpackungen seit 2019 EU-weit mit Sicherheitsmerkmalen versehen. Aktuell verwendete Materialien zur Fälschungssicherheitserkennung, die z. B. in fluoreszierenden Hologrammen zur Anwendung kommen, enthalten i. d. R. toxische, anorganische Bestandteile. Hinzu kommt, dass die meisten dieser Techniken binnen 18 Monaten kopiert werden können, nachdem die fluoreszierende Verbindung entschlüsselt wurde.

Einzigartige Zuckermuster

Das Team um Gruppenleiter Dr. Felix Löffler aus der Abteilung Biomolekulare Systeme vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) möchte dagegen vorgehen und hat einen 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“, sagt Dr. Junfang Zhang, Erstautorin der Studie „Wir haben das am Beispiel von künstlichen Fingerabdrücken gezeigt. Die dabei entstehenden Mikro- und Nanostrukturen sind komplett zufällig und machen das Muster fälschungssicher“, erklärt die Forscherin und Gruppenleiter 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.“

Zwei Scan-Methoden für maximalen Fälschungsschutz

In seinen Versuchen hat das Team eine Nanofilm-Bibliothek mit ca. 2.000 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 weiter (PUF = physical unclonable function).

Originalpublikation: Zhang, J., Liu, Y., Njel, C. et al. An all-in-one nanoprinting approach for the synthesis of a nanofilm library for unclonable anti-counterfeiting applications, Nat. Nanotechnol. (2023); DOI: 10.1038/s41565-023-01405-3

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