Pequeñas partículas podrían ayudar a verificar los productos

Alrededor del 2 al 5 por ciento de todo el comercio internacional involucra productos falsificados, según un informe de las Naciones Unidas de 2013. Estos productos ilícitos, que incluyen componentes electrónicos, automotrices y de aviones, productos farmacéuticos y alimentos, pueden presentar riesgos de seguridad y costar a los gobiernos y empresas privadas cientos de miles de millones de dólares al año.

Se han desarrollado muchas estrategias para tratar de etiquetar productos legítimos y prevenir el comercio ilegal, pero estas etiquetas a menudo son demasiado fáciles de falsificar, no son confiables o cuestan demasiado de implementar, según los investigadores del MIT que han desarrollado una nueva alternativa.

Dirigidos por el profesor de ingeniería química del MIT Patrick Doyle y el miembro del personal técnico del Laboratorio Lincoln Albert Swiston, los investigadores han inventado un nuevo tipo de partícula diminuta legible por teléfonos inteligentes que creen que podría implementarse para ayudar a autenticar moneda, piezas electrónicas y artículos de lujo, entre otros. otros productos. Las partículas, que son invisibles a simple vista, contienen franjas de nanocristales de colores que brillan intensamente cuando se iluminan con luz infrarroja cercana.

Illustration by Jose-Luis Olivares/MIT

Estas partículas se pueden fabricar e integrar fácilmente en una variedad de materiales y pueden soportar temperaturas extremas, exposición al sol y desgaste intenso, dice Doyle, autor principal de un artículo que describe las partículas en la edición del 13 de abril de Materiales de la naturaleza . También podrían estar equipados con sensores que puedan registrar sus entornos, notando, por ejemplo, si una vacuna refrigerada alguna vez ha estado expuesta a temperaturas demasiado altas o bajas.

Los autores principales del artículo son el postdoctorado del MIT Jiseok Lee y el estudiante graduado Paul Bisso. Los estudiantes graduados del MIT, Rathi Srinivas y Jae Jung Kim, también contribuyeron a la investigación.

'Una capacidad de codificación masiva'

Las nuevas partículas tienen aproximadamente 200 micrones de largo e incluyen varias franjas de nanocristales de diferentes colores, conocidos como nanocristales de conversión ascendente de tierras raras. Estos cristales están dopados con elementos como iterbio, gadolinio, erbio y tulio, que emiten colores visibles cuando se exponen a la luz del infrarrojo cercano. Al alterar las proporciones de estos elementos, los investigadores pueden ajustar los cristales para que emitan cualquier color en el espectro visible.

Para fabricar las partículas, los investigadores utilizaron la litografía de flujo continuo, una técnica desarrollada previamente por Doyle. Este enfoque permite que las formas se impriman en corrientes paralelas de monómeros líquidos, bloques de construcción químicos que pueden formar cadenas más largas llamadas polímeros. Siempre que los pulsos de luz ultravioleta golpean las corrientes, se desencadena una reacción que forma una partícula polimérica sólida.

En este caso, cada corriente de polímero contiene nanocristales que emiten diferentes colores, lo que permite a los investigadores formar partículas rayadas. Hasta ahora, los investigadores han creado nanocristales en nueve colores diferentes, pero debería ser posible crear muchos más, dice Doyle.

Con este procedimiento, los investigadores pueden generar grandes cantidades de etiquetas únicas. Con partículas que contienen seis franjas, hay 1 millón de combinaciones de colores diferentes posibles; esta capacidad puede mejorarse exponencialmente marcando los productos con más de una partícula. Por ejemplo, si los investigadores crearon un conjunto de 1,000 partículas únicas y luego etiquetaron productos con 10 de esas partículas, habría 1030 combinaciones posibles, mucho más que suficiente para etiquetar cada grano de arena en la Tierra.

Es realmente una capacidad de codificación masiva, dice Bisso, quien comenzó este proyecto mientras formaba parte del personal técnico en Lincoln Lab. Puede aplicar diferentes combinaciones de 10 partículas a los productos desde ahora hasta mucho más allá de nuestro tiempo y nunca obtendrá la misma combinación.

El uso de estos nanocristales de conversión ascendente es bastante inteligente y altamente habilitante, dice Jennifer Lewis, profesora de ingeniería de inspiración biológica en la Universidad de Harvard que no participó en la investigación. Hay varias características sorprendentes de este trabajo, a saber, las capacidades de codificación de escala exponencial y la tasa de falsas alarmas de decodificación ultrabaja.

Partículas versátiles

Las micropartículas podrían dispersarse dentro de piezas electrónicas o envases de medicamentos durante el proceso de fabricación, incorporarse directamente en objetos impresos en 3-D o imprimirse en dinero, dicen los investigadores. También podrían incorporarse a la tinta que los artistas podrían usar para autenticar su obra de arte.

Los investigadores demostraron la versatilidad de su enfoque mediante el uso de dos polímeros con propiedades materiales radicalmente diferentes, uno hidrófobo y otro hidrófilo, para formar sus partículas. Las lecturas de color eran las mismas con cada uno, lo que sugiere que el proceso podría adaptarse fácilmente a muchos tipos de productos que las empresas podrían querer etiquetar con estas partículas, dice Bisso.

La capacidad de adaptar las propiedades del material de la etiqueta sin afectar la estrategia de codificación es realmente poderosa, dice. Lo que distingue a nuestro sistema de otras tecnologías contra la falsificación es esta capacidad de adaptar de forma rápida y económica las propiedades del material para satisfacer las necesidades de requisitos muy diferentes y desafiantes, sin afectar la lectura del teléfono inteligente ni requerir un rediseño completo del sistema.

Otra ventaja de estas partículas es que se pueden leer sin un costoso decodificador como los que requieren la mayoría de las otras tecnologías contra la falsificación. Con la cámara de un teléfono inteligente equipada con una lente que ofrece un aumento de veinte veces, cualquiera puede obtener imágenes de las partículas después de iluminarlas con luz infrarroja cercana con un puntero láser. Los investigadores también están trabajando en una aplicación para teléfonos inteligentes que procesaría aún más las imágenes y revelaría la composición exacta de las partículas.

La investigación fue financiada por la Fuerza Aérea de los EE. UU., La Oficina del Subsecretario de Defensa para Investigación e Ingeniería, la Alianza Singapur-MIT, la Fundación Nacional de Ciencias, la Oficina de Investigación del Ejército de los EE. UU. Y los Institutos Nacionales de Salud.

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