In Dünnschichten lassen sich fluoreszierende Nanopartikel einbauen und mittels einer speziellen Messmethode nachweisen. Das war bislang so nicht möglich, da die fluoreszierenden Materialien nur Signale mit sehr geringer Intensität liefern und eher ein Fall für Laboruntersuchungen waren.
Neue Technologie basiert auf Nanopartikeln in Plasma- und Sol-Gel-Beschichtungen
Die neue Technologie basiert auf Plasma- und Sol-Gel-Beschichtungen. An der Entwicklung war die Industrieforschungseinrichtung Innovent e.V. beteiligt, die Messtechnik entstand am Berliner Ferdinand-Braun-Institut (FBH). Aktuell werden weitere Partner gesucht, um die patentierte Nano-Fluoreszenz-Technologie so weiterzuentwickeln, dass sie künftig mit Handgerät und App wirtschaftlich nutzbar ist.
Für die Kennzeichnung müssen in die 200 bis 500 nm dünnen Schichten nur geringste Konzentrationen der Nanopartikel von unter 0,5 % eingebracht werden. So ist der Materialeinsatz sparsam. Das stellt sicher, dass die gekennzeichneten Produkte recycelbar sind.
Nanopartikel werden mit UV-Licht angeregt
Um die Fluoreszenz mit höchster Sensitivität nachzuweisen, wird die Schicht mit UV-Licht angeregt, das mittels Fotosensoren mit einem vorgeschalteten optischen Filter detektiert wird. Gemessen wird die Emission innerhalb weniger Sekunden, wie in einem Laboraufbau erfolgreich gezeigt wurde.
Messen mit mobilen Geräten
Der Laboraufbau am FBH ist so kompakt, dass er sich auch für den mobilen Einsatz eignet. Er kann sowohl in miniaturisierte und damit Farbstoff-individualisierte Geräte als auch in standardisierte „Universalgeräte“ mit auswechselbarer LED und/oder Filter überführt werden. Da die Komponenten künftig nicht mehr im Labor durchgeführt werden müssen, könnten sie direkt in Produktionsbereichen, in Logistikunternehmen oder beim Zoll erfolgen.
Beschichtungen mit Nanopartikeln sind für das Auge unsichtbar
Die neuartigen Beschichtungen lassen sich so ausführen, dass sie für das Auge unsichtbar sind. Über eine Anpassung an die jeweilige Anwendung lässt sich die Funktionalität der Oberfläche beispielsweise als Barriereschicht ausführen, um die Korrosion von Metallen zu verhindern oder Folien für Gase undurchlässig zu machen. Auch leicht zu reinigende Schichten können so erzeugt werden, die mit speziellen hydrophilen, hydrophoben oder antimikrobiellen Eigenschaften ausgestattet sind.
Die patentierte Entwicklung bietet Unternehmen, die funktionale Dünnschicht-Coatings nutzen und Produkte kennzeichnen, neue Möglichkeiten. Die Beschichtungen können je nach Produkt klein- oder großflächig abgeschieden und die Farbstoffe sparsam eingesetzt werden. In diese farbig beschichteten Flächen können zum so genannten „Track & Trace“ – zum Nachverfolgen von Produkten in der Logistik – Individualisierungen wie Logos oder Barcodes mittels Laser „eingraviert“ werden. Diese Markierungen mit Linienbreiten von wenigen Mikrometern sind mit einem Handheld-Fluoreszenzmikroskop nachweisbar. Die Beschichtungen selbst haften auf einer Vielzahl von Materialien wie Kunststoffen, Metallen, Glas/Keramik, Leichtbau- und 3D-Druck-Erzeugnissen.
Kennzeichnen von vielen Produkten aus verschiedenen Materialien möglich
Auch innerbetrieblich lassen sich die Markierungen für die Organisation der Halbzeug-Logistik sowie für organisatorische Zwecke bei Lieferketten nutzen. Die Technologie eignet sich gleichermaßen zum Kennzeichnen von Produkten – als Echtheitszertifikat für Massenartikel ebenso wie individualisierbar für hochwertige Qualitätsprodukte. Sie lässt sich zudem flexibel einsetzen, indem die verwendeten Fluoreszenzmaterialien und „Gravuren“ kombiniert oder zeitlich variiert werden. Die patentrechtlich geschützten Beschichtungen werden auch lizenziert.
Über die Partner:
Die Industrieforschungseinrichtung Innovent e.V. analysiert, forscht und entwickelt in den Bereichen Oberflächentechnik, Primer und chemische Oberflächen, Magnetisch-Optische Systeme, Biomaterialen und Analytik.
www.innovent-jena.de
Das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), ist eine anwendungsorientierte Forschungseinrichtung auf den Gebieten der Hochfrequenzelektronik, Photonik und Quantenphysik. Es ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft und Teil der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland .
www.fbh-berlin.de
Wissenschaftliche Ansprechpartner
Für die Beschichtungstechnologien:
Dr. Sebastian Spange / Dr. Sven Gerullis
E-Mail: SS2@innovent-jena.de / SG@innovent-jena.de
Für die Fluoreszenznachweis-Technologie:
Dr. Neysha Lobo Ploch
E-Mail: Neysha.Lobo-Ploch@fbh-berlin.de
