Nano-Fluoreszenz-Signale detektieren

– neue Möglichkeiten beim 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 Dünnschicht-Technologien 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-Fluoreszenz-Technologie 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 – 500 nm dünnen Schichten müssen nur geringste Konzentrationen der Nanopartikel von unter 0,5 % eingebracht werden. Das garantiert den spar-samen Materialeinsatz und stellt sicher, dass die gekennzeichneten Produkte recycelbar sind.

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 weniger Sekunden, wie in einem Laboraufbau erfolgreich gezeigt werden konnte. Durch die geringe Baugröße der Komponenten müssen der-artige 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 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.

Hintergrundinformationen

Die Industrieforschungseinrichtung INNOVENT e.V. analysiert, forscht und entwickelt seit über 25 Jahren in den Bereichen Oberflächentechnik, Primer und chemische Oberflächen, Magnetisch-Optische Systeme, Biomaterialen und Analytik. Das Institut aus Jena beschäftigt etwa 130 Mitarbeiter, leitet verschiedene Netzwerke und führt bundesweit Fachtagungen durch. INNOVENT ist Gründungsmitglied der Deutschen Industrieforschungsgemeinschaft Konrad Zuse.
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 erforscht elektronische und optische Komponenten, Module und Systeme auf der Basis von Verbindungshalbleitern. Diese sind Schlüsselbausteine für Innovationen in den gesellschaftlichen Bedarfsfeldern Kommunikation, Energie, Gesundheit und Mobilität. Die enge Zusammenarbeit des FBH mit Industriepartnern und Forschungseinrichtungen garantiert die schnelle Umsetzung der Ergebnisse in praktische Anwendungen. Das Institut beschäftigt 365 Personen und hat einen Etat von 38,1 Millionen Euro. Es ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft und Teil der »Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland«.
www.fbh-berlin.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Für die Beschichtungstechnologien:
INNOVENT e. V. Technologienentwicklung Jena
Dr. Sebastian Spange / Dr. Sven Gerullis
E-Mail: SS2@innovent-jena.de / SG@innovent-jena.de

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