Circa il 2-5% di tutto il commercio internazionale riguarda merci contraffatte, secondo un rapporto delle Nazioni Unite del 2013. Questi prodotti illeciti, che includono elettronica, parti automobilistiche e aeronautiche, prodotti farmaceutici, e cibo:può comportare rischi per la sicurezza e costare a governi e aziende private centinaia di miliardi di dollari all'anno.

Sono state sviluppate molte strategie per cercare di etichettare prodotti legittimi e prevenire il commercio illegale, ma questi tag sono spesso troppo facili da falsificare, sono inaffidabili, o costa troppo da implementare, secondo i ricercatori del MIT che hanno sviluppato una nuova alternativa.

Guidati dal professore di ingegneria chimica del MIT Patrick Doyle e dal membro dello staff tecnico del Lincoln Laboratory Albert Swiston, i ricercatori hanno inventato un nuovo tipo di minuscolo, particella leggibile da smartphone che ritengono possa essere utilizzata per aiutare ad autenticare la valuta, parti elettroniche, e beni di lusso, tra gli altri prodotti. Le particelle, che sono invisibili ad occhio nudo, contengono strisce colorate di nanocristalli che si illuminano intensamente quando vengono illuminate con luce nel vicino infrarosso.

Queste particelle possono essere facilmente prodotte e integrate in una varietà di materiali, e può resistere a temperature estreme, esposizione al sole, e pesante usura, dice Doyle, l'autore senior di un articolo che descrive le particelle nel numero del 13 aprile di Materiali della natura . Potrebbero anche essere dotati di sensori in grado di "registrare" i loro ambienti, notando, Per esempio, se un vaccino refrigerato è mai stato esposto a temperature troppo alte o troppo basse.

Gli autori principali del documento sono il postdoc del MIT Jiseok Lee e lo studente laureato Paul Bisso. Anche gli studenti laureati del MIT Rathi Srinivas e Jae Jung Kim hanno contribuito alla ricerca.

"Un'enorme capacità di codifica"

Le nuove particelle sono lunghe circa 200 micron e comprendono diverse strisce di nanocristalli di diversi colori, noti come "nanocristalli di conversione delle terre rare". Questi cristalli sono drogati con elementi come l'itterbio, gadolinio, erbio, e tulio, che emettono colori visibili se esposti alla luce del vicino infrarosso. Alterando i rapporti di questi elementi, i ricercatori possono sintonizzare i cristalli per emettere qualsiasi colore nello spettro visibile.

Per fabbricare le particelle, i ricercatori hanno utilizzato la litografia stop-flow, una tecnica sviluppata in precedenza da Doyle. Questo approccio consente di imprimere forme su flussi paralleli di monomeri liquidi, elementi costitutivi chimici che possono formare catene più lunghe chiamate polimeri. Ovunque impulsi di luce ultravioletta colpiscano i ruscelli, si innesca una reazione che forma una particella polimerica solida.

In questo caso, ogni flusso di polimeri contiene nanocristalli che emettono colori diversi, permettendo ai ricercatori di formare particelle a strisce. Finora, i ricercatori hanno creato nanocristalli in nove diversi colori, ma dovrebbe essere possibile crearne molti di più, dice Doyle.

Utilizzando questa procedura, i ricercatori possono generare grandi quantità di tag unici. Con particelle che contengono sei strisce, ci sono 1 milione di diverse combinazioni di colori possibili; questa capacità può essere aumentata esponenzialmente etichettando i prodotti con più di una particella. Per esempio, se i ricercatori hanno creato un set di 1, 000 particelle uniche e quindi contrassegnati i prodotti con 10 di quelle particelle, ci sarebbero 1030 possibili combinazioni, molto più che sufficienti per etichettare ogni granello di sabbia sulla Terra.

"È davvero una capacità di codifica enorme, "dice Bisso, che ha iniziato questo progetto mentre era nello staff tecnico del Lincoln Lab. "Puoi applicare diverse combinazioni di 10 particelle ai prodotti da ora fino a molto oltre il nostro tempo e non otterrai mai la stessa combinazione."

Particelle versatili

Le microparticelle potrebbero essere disperse all'interno di parti elettroniche o confezioni di farmaci durante il processo di fabbricazione, incorporati direttamente in oggetti stampati in 3D, o stampato su valuta, dicono i ricercatori. Potrebbero anche essere incorporati nell'inchiostro che gli artisti potrebbero utilizzare per autenticare le loro opere d'arte.

I ricercatori hanno dimostrato la versatilità del loro approccio utilizzando due polimeri con proprietà del materiale radicalmente diverse, uno idrofobo e l'altro idrofilo, per creare le loro particelle. Le letture dei colori erano le stesse con ciascuno, suggerendo che il processo potrebbe essere facilmente adattato a molti tipi di prodotti che le aziende potrebbero voler etichettare con queste particelle, dice Bisso.

"La capacità di personalizzare le proprietà del materiale del tag senza influire sulla strategia di codifica è davvero potente, " afferma. "Ciò che distingue il nostro sistema dalle altre tecnologie anticontraffazione è questa capacità di adattare le proprietà dei materiali in modo rapido ed economico per soddisfare le esigenze di requisiti molto diversi e impegnativi, senza influire sulla lettura dello smartphone o richiedere una riprogettazione completa del sistema."

Un altro vantaggio di queste particelle è che possono essere lette senza un costoso decodificatore come quelli richiesti dalla maggior parte delle altre tecnologie anticontraffazione. Utilizzando una fotocamera per smartphone dotata di un obiettivo che offre un ingrandimento di venti volte, chiunque potrebbe visualizzare le particelle dopo aver puntato su di esse una luce nel vicino infrarosso con un puntatore laser. I ricercatori stanno anche lavorando a un'app per smartphone che elaborerebbe ulteriormente le immagini e rivelerebbe l'esatta composizione delle particelle.