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新技术:基于氧气刺激响应的荧光防伪喷墨技术

2020-08-25  来源:互联网  浏览:272  0人参与评论
摘要: 近日,复旦大学的王旭东教授团队利用氧气传感千变万化的特点,结合磷光寿命成像技术,开发了一种基于氧气刺激响应的具有高安全性、可反复多次检验并且无法被伪造的信息加密与防伪方法,这项技术有望在印钞、护照、银行支票、身份证等需要高级别防伪认证领域得到大规模应用。

随着商品经济的发展,假冒伪劣产品给国家与人民的安全造成了巨大的威胁。各国政府和企业不断加大对防伪技术与品牌保护的投资,如何防止伪造者制假售假成为全球性难题。

近日,复旦大学的王旭东教授团队利用氧气传感千变万化的特点,结合磷光寿命成像技术,开发了一种基于氧气刺激响应的具有高安全性、可反复多次检验并且无法被伪造的信息加密与防伪方法,这项技术有望在印钞、护照、银行支票、身份证等需要高级别防伪认证领域得到大规模应用。基于荧光材料的加密技术由于其使用简单、操作方便、成本低和快速直观等特点,已经在钞票、商业票据、医药包装等高档印刷品防伪标识领域得到广泛应用。

目前市面上可见的荧光防伪技术属于第一代荧光防伪技术,主要采用发光颜色进行防伪,在荧光材料已经得到大力发展的今天,伪造者很容易找到具有相同发光特性的荧光分子来替代或模拟正版的防伪材料。

第二代荧光防伪技术多采用多色染料混合使用得到彩色的防伪图案,虽然加密程度有所提高,但仍面临和第一代一样的被仿造的问题。

第三代荧光防伪技术多采用具有刺激响应的荧光分子,在特定化学环境下实现防伪,这种技术极大地提高了防伪的可靠性。然而这种具有特殊响应的分子种类稀少,在仪器分析高度发达的今天,伪造者可以通过现代仪器分析技术获得发光分子的结构和组成信息,一旦分子结构被破解后,这种防伪技术将彻底丧失其防伪能力。

针对这一难题,复旦大学王旭东教授团队采用将对氧气敏感的荧光探针与具有氧气通透性的基底材料(包括聚合物、有机材料、无机材料以及它们的混合物)通过排列组合的方式,制备成可印刷的发光墨水。

由于氧气敏感探针和基质材料的种类繁多,它们可以有成千上万种不同的组合。更为重要的是,每种特定的组合对于给定的刺激响应都具有唯一确定的非线性响应行为。在特定的氧浓度下,打印出的防伪图案具有唯一确定的荧光寿命值。伪造者要获取正确的加密信息,需要同时破解以下所有信息:(1)发光材料和基质材料的正确排列组合,(2)枚举并找到正确的化学刺激物,(3)获得化学刺激物的准确浓度信息,(4)在读取装置中输入正确的荧光/磷光寿命读取值,才能获得正确的加密信息。

更为重要的是,以上这4个需要破解的信息呈现出严格的一一对应关系,缺一不可,在高安全级别的防伪领域具有重要应用前景。更难能可贵的是,这项防伪技术使用的是无毒无害的氧气做为刺激物,甚至空气都可以用于信息防伪加密,可实现无损的重复校验,极大地方便了这项技术在实际应用中的推广。

实验中利用改装的三色墨盒,使用喷墨打印技术对这项技术进行了验证。打印时加密字母C、H、E、M使用一种排列组合的墨水进行印刷,其他字母为用另一种排列组合的墨水印刷,在这些字母整列打印完成后,再在原位置使用短荧光寿命的墨水打印一个干扰图案。这样打印出的图案在可见光下几乎不可见,在紫外灯下也只可以看到绿色荧光干扰图案。即使使用先进的技术,采集荧光衰减过程中的图像,也只能看到四个平行排列的单词。只有使用荧光寿命,在特定氧气浓度下进行成像,比如在5%氧气浓度下,Y墨水的荧光寿命约为45 μs,M墨水的荧光寿命约为30 μs,这样通过荧光寿命成像则可以明显看出区别这些字母的区别,再输入特定的荧光寿命读取值,比如44-47,则在“生命之花”下才能读取到加密的真实信息CHEM。

利用新一代荧光防伪加密技术实现信息加密解密过程


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