Nano-Fluoreszenzsignale detektieren –

Oberflächen 08. 08. 2022
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neue Möglichkeiten für das Kennzeichnen von Produkten

Forscherinnen und Forscher von Innovent e. V. und der Ferdinand-Braun-Institut gGmbH haben eine Messtechnik ent­wickelt, mit der sich erstmalig unabhängig von aufwändiger Laborausstattung nanoskalige Fluoreszenzschichten detektieren lassen. Die adressierten Einsatzgebiete von fluoreszierenden Dünnschichten und der zugehörigen Analysentechnologie liegen in Bereichen wie Sicherheit, Logistik und Warenwirtschaft.

Die Jenaer Industrieforschungseinrichtung Innovent e. V. hat fluoreszierende Nanopartikel in Dünnschichttechnologien eingebaut. Diese Partikel lassen sich nun dank einer speziellen Messmethode nachweisen, die am Berliner Ferdinand-Braun-Institut (FBH) entwickelt wurde. Das war bislang so nicht möglich, da die fluoreszierenden Materialien nur Signale mit sehr geringer Intensität liefern. Die Technologie basiert auf Plasma- und Sol-Gel-Beschichtungen. Aktuell werden weitere Partner gesucht, um die patentierte Nano-Fluoreszenztechnologie so weiterzuentwickeln, dass sie künftig mit Handgerät und App wirtschaftlich nutzbar ist.

Die neuartigen Beschichtungen lassen sich für das Auge unsichtbar ausführen und können an die jeweilige Anwendung angepasst werden. So 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. In die 200 bis 500 Nanometer dünnen Schichten müssen nur geringste Konzentrationen der Nanopartikel von unter ٠,٥ Prozent eingebracht werden. Das garantiert den sparsamen Materialeinsatz und stellt sicher, dass die gekennzeichneten Produkte recycelbar sind.

Fluoreszenznachweis einer Sol-Gel-Beschichtung auf Glas (Bild: FBH)

 

So funktioniert der Nachweis

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 diese Emission innerhalb von wenigen Sekunden, wie in einem Laboraufbau erfolgreich gezeigt werden konnte. Durch die geringe Baugröße der Komponenten müssen derartige sensible Messungen in vielen Anwendungsbereichen künftig nicht mehr im Labor durchgeführt werden. Sie könnten direkt in Produktionsbereichen, in Logistikunternehmen oder beim Zoll erfolgen, denn 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.

Neue Möglichkeiten der ­Produktkennzeichnung

Die patentierte Entwicklung bietet Firmen, die funktionale Dünnschicht-Coatings nutzen und Produkte kennzeichnen, die Möglichkeit, neue Märkte in diesem Bereich zu erschließen. Die Beschichtungen können je nach Produkt klein- oder großflächig abgeschieden und 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.

Auch innerbetrieblich lassen sich die Markierungen für die Organisation der Halbzeug­logistik 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.
Susanne Frank

Kontakt:

Für die Beschichtungstechnologien: Dr. Sebastian Spange, Innovent e. V., E-Mail: SS2@innovent-jena.de

Dr. Sven Gerullis, Innovent e. V., E-Mail: SG@innovent-jena.de

Für die Fluoreszenznachweis-Technologie: Dr. Neysha Lobo Ploch, Ferdinand-Braun-Institut gGmbH, E-Mail: Neysha.Lobo-Ploch@fbh-berlin.de

Text zum Titelbild: Schichtapplikation mittels Plasma-Jet (Bild: Innovent e.V.)

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