Fluoreszenzmarkierung für fälschungssichere Produkte entwickelt

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.[1] Laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) liegt der Fälschungsanteil von Arzneimitteln, die über nicht autorisierte Online-Versandhändler bezogen werden, bei 50 Prozent.[2] Um dagegen anzugehen, werden Medikamentenverpackungen seit 2019 EU-weit mit Sicherheitsmerkmalen versehen.[3] 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 Dr. Felix Löffler aus der Abteilung Biomolekulare Systeme möchte dagegen vorgehen und hat in einer Veröffentlichung im Fachjournal Nature Nanotechnology 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 Dr. Junfang Zhang, Erstautorin der Studie. Dr. 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 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 (PUF = physical unclonable function). „Mit unserem Verfahren können wir bis zu 10 hoch 63000 verschiedene Varianten auf 1 mm² erzeugen. Zum Vergleich, die Anzahl der Atome im Universum beträgt etwa 10 hoch 89,“ sagt Gruppenleiter Dr. Felix Löffler.

Publikation:

Nature Nanotechnology: https://www.nature.com/articles/s41565-023-01405-3

Weiterführende Informationen zu Dr. Felix Löffler Forschung: https://www.mpikg.mpg.de/synthetic-array-technologies