Cirka 2 till 5 procent av all internationell handel omfattar förfalskade varor, enligt en FN -rapport från 2013. Dessa olagliga produkter - som inkluderar elektronik, fordons- och flygplansdelar, läkemedel, och mat - kan utgöra säkerhetsrisker och kosta regeringar och privata företag hundratals miljarder dollar årligen.

Många strategier har utvecklats för att försöka märka legitima produkter och förhindra olaglig handel - men dessa taggar är ofta för lätta att fejka, är opålitliga, eller kostar för mycket att genomföra, enligt MIT -forskare som har utvecklat ett nytt alternativ.

Under ledning av MIT -kemitekniker Patrick Doyle och Lincoln Laboratory teknisk personal Albert Swiston, forskarna har uppfunnit en ny typ av små, smarttelefonläsbar partikel som de tror kan användas för att verifiera valuta, elektroniska delar, och lyxvaror, bland andra produkter. Partiklarna, som är osynliga för blotta ögat, innehåller färgade ränder av nanokristaller som lyser starkt när de lyser upp med nära-infrarött ljus.

Dessa partiklar kan enkelt tillverkas och integreras i en mängd olika material, och tål extrema temperaturer, sol exponering, och kraftigt slitage, säger Doyle, seniorförfattaren till ett papper som beskriver partiklarna i 13 april -numret av Naturmaterial . De kan också vara utrustade med sensorer som kan "spela in" sina miljöer - notera, till exempel, om ett kylvaccin någonsin har utsatts för för höga eller låga temperaturer.

Tidningens huvudförfattare är MIT postdoc Jiseok Lee och doktorand Paul Bisso. MIT -doktorander Rathi Srinivas och Jae Jung Kim bidrog också till forskningen.

"En enorm kodningskapacitet"

De nya partiklarna är cirka 200 mikron långa och innehåller flera ränder av olika färgade nanokristaller, känd som "sällsynt jordart som omvandlar nanokristaller." Dessa kristaller är dopade med element som ytterbium, gadolinium, erbium, och tulium, som avger synliga färger när de utsätts för nära-infrarött ljus. Genom att ändra förhållandena för dessa element, forskarna kan ställa in kristallerna för att avge vilken färg som helst i det synliga spektrumet.

För att tillverka partiklarna, forskarna använde stop-flow litografi, en teknik som tidigare utvecklats av Doyle. Detta tillvägagångssätt gör att former kan präglas på parallellt flödande flöden av flytande monomerer - kemiska byggstenar som kan bilda längre kedjor som kallas polymerer. Varhelst pulser av ultraviolett ljus träffar strömmarna, en reaktion utlöses som bildar en fast polymer partikel.

I detta fall, varje polymerström innehåller nanokristaller som avger olika färger, låta forskarna bilda randiga partiklar. Än så länge, forskarna har skapat nanokristaller i nio olika färger, men det borde vara möjligt att skapa många fler, Säger Doyle.

Med denna procedur, forskarna kan generera stora mängder unika taggar. Med partiklar som innehåller sex ränder, det finns 1 miljon olika möjliga färgkombinationer; denna kapacitet kan exponentiellt förbättras genom att märka produkter med mer än en partikel. Till exempel, om forskarna skapade en uppsättning av 1, 000 unika partiklar och sedan märkta produkter med 10 av dessa partiklar, Det skulle finnas 1030 möjliga kombinationer - mycket mer än tillräckligt för att märka varje sandkorn på jorden.

"Det är verkligen en massiv kodningskapacitet, säger Bisso, som startade detta projekt på den tekniska personalen vid Lincoln Lab. "Du kan applicera olika kombinationer av 10 partiklar på produkter från och med nu och långt efter vår tid och du kommer aldrig att få samma kombination."

Mångsidiga partiklar

Mikropartiklarna kan spridas i elektroniska delar eller läkemedelsförpackningar under tillverkningsprocessen, integreras direkt i 3D-tryckta objekt, eller tryckt på valuta, säger forskarna. De kan också införlivas med bläck som konstnärer kan använda för att autentisera sina konstverk.

Forskarna visade mångsidigheten i deras tillvägagångssätt genom att använda två polymerer med radikalt olika materialegenskaper - en hydrofob och en hydrofil - för att göra sina partiklar. Färgavläsningarna var desamma med varje, föreslår att processen enkelt kan anpassas till många typer av produkter som företag kanske vill märka med dessa partiklar, Säger Bisso.

"Möjligheten att skräddarsy taggens materialegenskaper utan att påverka kodningsstrategin är riktigt kraftfull, "säger han." Det som skiljer vårt system från annan teknik mot förfalskning är denna förmåga att snabbt och billigt skräddarsy materialegenskaper för att möta behoven hos mycket olika och utmanande krav, utan att påverka smartphone -avläsning eller kräver en fullständig omdesign av systemet. "

En annan fördel med dessa partiklar är att de kan läsas utan en dyr avkodare som de som krävs av de flesta andra förfalskningstekniker. Med en smarttelefonkamera utrustad med ett objektiv med tjugofold förstoring, vem som helst kunde avbilda partiklarna efter att ha lysit nära-infrarött ljus på dem med en laserpekare. Forskarna arbetar också med en smartphone -app som ytterligare skulle bearbeta bilderna och avslöja partiklarnas exakta sammansättning.