Gängige Identifikationsmethoden wie Barcodes lassen sich aufgrund ihrer Größe oder Ablesbarkeit nicht in verschiedene Materialien integrieren. Mit dem Magnetpartikelmarker wird das aber möglich sein. Bild: Pixabay

Magnetische Mikropartikel ermöglichen eine fälschungssichere Kennzeichnung von Objekten

Publiziert

Die Gruppe um Prof. Karl Mandel, Professur für Anorganische Chemie, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hat nun einen Magnetpartikelmarker entwickelt, mit dem sich Materialien auf einfache Weise kennzeichnen lassen und der mit einem handlichen Gerät ausgelesen werden kann. Damit wird die Nachverfolgung globaler Lieferketten durch magnetische Signale möglich.

Sowohl die umwelt- und sozialverträgliche Herstellung, als auch das fachgerechte Recycling eines Objekts können nur gewährleistet werden, wenn alle Rohstoffe und Zwischenprodukte eindeutig und möglichst fälschungssicher gekennzeichnet sind. Die gängigen optischen (Barcode) und elektromagnetischen (RFID-Chip) Identifikationsmethoden können diese Anforderung nicht erfüllen, da sie sich aufgrund ihrer Größe oder Ablesbarkeit nicht in verschiedene Materialien integrieren lassen.

Die Gruppe um Prof. Karl Mandel (Professur für Anorganische Chemie) der FAU hat nun einen Magnetpartikelmarker entwickelt, mit dem sich Materialien auf einfache Weise kennzeichnen lassen und der mit einem handlichen Gerät ausgelesen werden kann. Die Forschungsarbeit wurde in der Fachzeitschrift Small veröffentlicht.

Die Arbeitsgruppe von Prof. Mandel arbeitet seit Längerem an speziellen Partikeln, sogenannten Suprapartikeln, die sich beispielsweise aufgrund ihrer optischen oder magnetischen Eigenschaften eindeutig identifizieren lassen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des NanoMatFutur Grant 03XP0149 gefördert, der an Nachwuchsforschende in der Materialforschung vergeben wird.

Die kugelförmigen Suprapartikel haben einen Durchmesser von ein bis zehn Mikrometer. Sie bestehen ihrerseits aus hunderttausenden von Bausteinen mit einem Durchmesser von jeweils nur wenigen Nanometern.

Prinzipiell kann man für die Partikelherstellung alle Nanobausteine verwenden, die magnetisch sind. Die Forschenden der FAU haben sich aus ökonomischen und ökologischen Gründen für Eisenoxid entschieden. „Der kluge Rost ist kostengünstig herzustellen und ökologisch unbedenklich“, erklärt Doktorand Stephan Müssig, Promotionsstipendiat bei der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU).

Richtig klug wird der Rost aber erst durch die Kombination unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften in einem Partikel. Die Arbeitsgruppe hat drei Eisenoxid-Nanobausteine ausgesucht, die sich magnetisch unterscheiden. Mit Hilfe des Mischungsverhältnisses der drei Bausteine lässt sich nun ein Identifikationscode erstellen.

So besteht ein Suprapartikel 1 beispielsweise aus den Nanobausteinen A, B und C im Verhältnis 10 zu 10 zu 80 Prozent, während ein Suprapartikel 2 ein Verhältnis von 20 zu 30 zu 50 aufweist. Die Kombinationsmöglichkeiten sind enorm. Das Mischungsverhältnis weist dem Suprapartikel eine spezifische Eigenschaft zu, die mit einem Magnetpartikelspektrometer ausgelesen und wie bei einem Fingerprint eindeutig identifiziert werden kann.

Es existieren in der Literatur mit Sicherheit über hundert unterscheidbare magnetische Nanopartikel-Typen, auf die bei Bedarf zurückgegriffen werden könnte. „Setzt man nur fünf unterschiedliche Nanobaustein-Typen pro Suprapartikel ein, ergeben sich etwa 77 Milliarden Codierungsvariationen in einem einzigen Partikel“, erklärt Müssig.

Die Nanobausteine ließen sich in kurzer Zeit in Wasser synthetisieren und mittels Sprühtrocknung zu einem magnetisch identifizierbaren Pulver verarbeiten. Das Pulver könnte in kleinen Mengen einem Kunststoff oder Kleber beigefügt werden und damit eine Vielzahl von Materialien, Chargen oder Produktlinien kennzeichnen. Der magnetische Code sei im Vergleich zum Barcode äußerlich nicht sichtbar und könne im Nachhinein nicht mehr verändert werden, sagt Müssig.

„Magnetische Signale werden durch viele Materialien übertragen, die optische Signale nicht durchlassen“, betont Müssig. Schwarze Kunststoffe beispielsweise, die in vielen elektronischen Geräten verbaut sind, können mit den bisher verwendeten optischen Methoden maschinell nur schwer aussortiert und recycelt werden. Mit der magnetischen Kennzeichnung könnte sich dies grundlegend ändern.

„Das Prinzip der verwendeten Magnetpartikelspektroskopie ermöglicht die Detektion sehr sensitiv, kostengünstig und mobil“, so Müssig. „Das Lesegerät benötigt nur den Bruchteil einer Sekunde um das magnetische Signal der Suprapartikel auszulesen und besteht perspektivisch aus einer Spule, die etwa die Größe einer Münze hat.“ Ein solcher Magnetpartikelmarker könnte die Qualitätskontrolle verbessern und die Zahl der gefälschten Produkte reduzieren, die weltweit einen jährlichen Schaden von ungefähr 500 Milliarden US-Dollar verursachen.

Originalveröffentlichung

EVENTS

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 27.-29. September 2022

Ort: Nürnberg (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 27.-29. September 2022

Ort: Nürnberg (D)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 28.-29. September 2022

Ort: Lausanne (CH)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 04.-06. Oktober 2022

Ort: Stuttgart (D)

IndustrieTag SüdWest

Total Production Day – Wir treffen uns, um zu gewinnen!

Datum: 06. Oktober 2022

Ort: Karlsruhe (D)

IN.STAND

Die Fachmesse für Instandhaltung und Services

Datum: 18.-19. Oktober 2022

Ort: Stuttgart (D)

Ifas

Fachmesse für Gesundheitsmarkt

Datum: 25.-27. Oktober 2022

Ort: Digital (CH)

electronica

Komponenten, Systeme, Anwendungen, Lösungen

Datum: 15.-18. November 2022

Ort: München (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 15.-18. November 2022

Ort: München (D)

all4pack Paris

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 21.-24. November 2022

Ort: Paris (F)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 23.-24. November 2022

Ort: Frankfurt am Main (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 29. November-01. Dezember 2022

Ort: Düsseldorf (D)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 25.-26. Januar 2023

Ort: Zürich (CH)

LOGISTICS & AUTOMATION

Schweizer Fachmesse für Logistik und Transport

Datum: 25.-26. Januar 2023

Ort: Zürich (CH)

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 14.-16. Februar 2023

Ort: Köln (D)

Global Industrie

Midest - smart Industries - Industrie - Tolexpo - die weltweit grössten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft

Datum: 07.-10. März 2023

Ort: Lyon (F)

ZHAW-IFM Day

Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

Datum: 10. März 2023

Ort: Wädenswil (CH)

Hannover Messe

TRANSFORMING INDUSTRY TOGETHER

Datum: 17.-21. April 2023

Ort: Hannover (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 25.-27. April 2023

Ort: Stuttgart (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 04.-10. Mai 2023

Ort: Düsseldorf (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Nürnberg (D)

LABVOLUTION

Als europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows bildet die LABVOLUTION das gesamte Spektrum der Laborwelt ab und zeigt neue Wege für Anwenderbranchen auf.

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Messegelände Hannover (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 27.-30. Juni 2023

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 05.-07. September 2023

Ort: Bern (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Basel (CH)

A + A

Internationale Fachmesse für Persönlichen Schutz, Betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit.

Datum: 24.-27. Oktober 2023

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für Wasser, Abwasser und Gas

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

Swissbau

Die führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft in der Schweiz.

Datum: 16.-19. Januar 2024

Ort: Basel (CH)

Swisstech

Internationale Fachmesse für Werkstoffe, Komponenten und Systembau

Datum: 16.-19. Januar 2024

Ort: Basel (CH)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 16.-19. April 2024

Ort: Halle d'Exposition, Moutier (CH)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 13.-17. Mai 2024

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führenden Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai - 07. Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheitSchweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Bern (CH)

Bezugsquellenverzeichnis