Magnetische Mikropartikel gegen Produktfälschungen

Magnetische Mikropartikel ermöglichen eine unsichtbare und fälschungssichere Kennzeichnung von Kunststoffprodukten.

Ein Team der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hat einen Marker aus magnetische Mikropartikeln entwickelt, mit dem sich Kunststoffprodukte auf einfache Weise fälschungssicher kennzeichnen und auslesen lassen.

Die Arbeitsgruppe von Prof. Mandel von der Professur für Anorganische Chemie arbeitet seit Längerem an speziellen Partikeln, sogenannten Suprapartikeln, die sich aufgrund ihrer optischen oder magnetischen Eigenschaften eindeutig identifizieren lassen. Die kugelförmigen Suprapartikel haben einen Durchmesser von 1 µm bis 10 µm. Sie bestehen ihrerseits aus hunderttausenden von Bausteinen mit einem Durchmesser von jeweils nur wenigen Nanometern.

Prinzipiell kann man für die Partikelherstellung alle Nanobausteine verwenden, die magnetisch sind. Die Forschenden der FAU haben sich aus ökonomischen und ökologischen Gründen für Eisenoxid entschieden. „Eisenoxid ist kostengünstig herzustellen und ökologisch unbedenklich“, erklärt FAU-Doktorand Stephan Müssig, der in der Arbeitsgruppe von Prof. Mandel forscht.

Richtig individuell wird das Eisenoxid aber erst durch die Kombination unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften in einem Partikel. Die Arbeitsgruppe hat verschiedene Eisenoxid-Nanobausteine ausgesucht, die sich magnetisch unterscheiden. Mit Hilfe des Mischungsverhältnisses der Bausteine lässt sich nun ein Identifikationscode erstellen.

So besteht ein Suprapartikel bspw. aus den Nanobausteinen A, B und C im Verhältnis 10A zu 10B zu 80C  während ein andere Suprapartikel ein Verhältnis von 20A zu 30B zu 50C aufweist. Das Mischungsverhältnis weist dem Suprapartikel eine spezifische Eigenschaft zu, die mit einem Magnetpartikelspektrometer ausgelesen und wie bei einem Fingerabdruck eindeutig identifiziert werden kann.

Die Kombinationsmöglichkeiten sind enorm. Es existieren über hundert unterscheidbare magnetische Nanopartikel-Typen. „Setzt man nur fünf Typen pro Suprapartikel ein, ergeben sich bereits 7 Mrd. Codierungen in einem einzigen Partikel“, erklärt Müssig.

Die Nanobausteine lassen sich in kurzer Zeit in Wasser synthetisieren und mittels Sprühtrocknung zu einem magnetisch identifizierbaren Pulver verarbeiten. Das Pulver – schon in kleinen Mengen einem Kunststoff beigefügt – kennzeichnet eine Vielzahl von Materialien, Chargen oder Produktlinien. Der magnetische Code ist im Vergleich zum Barcode äußerlich nicht sichtbar und kann im Nachhinein nicht mehr verändert werden.

„Magnetische Signale werden durch viele Materialien übertragen, die optische Signale nicht durchlassen“, betont Müssig. „Das Prinzip der Magnetpartikelspektroskopie ermöglicht die Detektion sehr sensitiv, kostengünstig und mobil“, so Müssig. „Das Lesegerät benötigt nur den Bruchteil einer Sekunde um das magnetische Signal der Suprapartikel auszulesen und besteht perspektivisch aus einer Spule, die etwa die Größe einer Münze hat.“

Auch beim Recycling böte das Verfahren Vorteile. „Schwarze Kunststoffe können mit den bisher verwendeten optischen Methoden mittels Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR) maschinell nur schwer aussortiert und recycelt werden. Mit der magnetischen Kennzeichnung könnte sich dies grundlegend ändern.“ Zudem könne das fachgerechte Recycling nur gewährleistet werden, wenn alle Rohstoffe und Zwischenprodukte eindeutig und möglichst fälschungssicher gekennzeichnet sind.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Nanomafutur Grant 03XP0149 gefördert. Ein erster Bericht ist im International Journal on Magnetic Particle Imaging erschienen.

mg