Magnetische Suprapartikel mit einstellbarer ID Funktionalität

Stipendiatin/Stipendiat: Stephan Müssig

In der heutigen Zeit gewinnt die Fälschungssicherheit und damit eng verknüpft auch die Nachverfolgbarkeit von Produktströmen zunehmend an Bedeutung. Hierzu sollen Grundstoffe, Materialien und Produktkomponenten möglichst jederzeit nachverfolgt werden können. Aktuell häufig verwendete Produktmarkierungen, wie Barcodes oder QR-Codes, werden in der Regel nur oberflächlich auf die Produkte oder lediglich auf deren Verpackung angebracht und sind somit leicht zu entfernen. Außerdem lassen sich diese Markierungen kaum miniaturisieren und sind für viele Produkte und Materialien nicht verwendbar.

Die Nachverfolgbarkeit ist einerseits vor Verwendung eines Produkts zur Qualitätssicherung wichtig, andererseits auch nach dessen Verwendung zum Recycling. Effizientes Wiederverwerten von Kunststoffen gewinnt aufgrund ihres ansteigenden Bedarfs aus ökologischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Gründen zunehmend an Bedeutung. Dazu werden Kunststoffe in der Regel mit optischen Sortiersystemen getrennt. Bei schwarzen Kunststoffen absorbiert jedoch der Ruß, welcher dem Kunststoff seine Farbe verleiht, einen Großteil des optischen Signals. Deshalb können schwarze Kunststoffe nicht automatisiert sortenrein getrennt werden und landen zur energetischen Verwertung häufig in Müllverbrennungsanlagen. Durch eine geschickte Markierung dieser Kunststoffe, könnten sie sortenrein getrennt und somit wiederverwendet werden.

Eine Möglichkeit hierfür ist die Herstellung von Partikeln, welche als Markierung dienen, indem sie ein einstellbares, magnetisches Signal besitzen. Dieses magnetische Material kann als Zusatzstoff während der (Kunststoff)-Herstellung eingearbeitet werden und zu einem späteren Zeitpunkt aufgrund seines eindeutigen Signals identifiziert werden. Die magnetische Markierung kann im Gegensatz zu den meisten anderen Markierungstechniken, wie beispielsweise fluoreszierenden Markierungen, auch aus dem Inneren eines Materials detektiert werden. Dadurch können bereits mit minimalem Materialeinsatz Herkunftsort, Hersteller oder Produktserie markiert werden.

Eingestellt wird das Signal, indem verschiedene Nanopartikel mit jeweils definierten magnetischen Eigenschaften in bekannten Anteilsverhältnissen zu einem größeren Partikel (Suprapartikel) kombiniert werden. Das so entstehende, einstellbare magnetische Signal soll anschließend mit kommerziell erhältlichen Geräten zuverlässig und in Millisekunden ausgelesen werden.

Das hier vorgestellte Dissertationsvorhaben „Magnetische Suprapartikel mit einstellbarer ID‑Funktionalität“ setzt sich somit zum Ziel, universelle Marker zu entwickeln, die einen magnetisch auslesbaren Code enthalten und zur zuverlässigen, dauerhaften Markierung von Grundstoffen, Materialien und Produktkomponenten eingesetzt werden können.

Update 09/2019: Es konnte bereits gezeigt werden, dass eine magnetische Markierung funktioniert. Einerseits konnte durch chemische Strukturvariation der Suprapartikel das Signal variiert werden und als proof-of-concept gezeigt werden, dass das Signal nach Einarbeitung in einen schwarzen Kunststoff identisch mittels Magnetic Particle Spectroscopy (MPS) detektiert werden kann.

Weiterhin wurde gezeigt, dass durch eine unterschiedliche Anordnung von stäbchenförmigen Suprapartikeln gegenüber dem äußeren magnetischen Feld verschiedene Signale erzeugt werden können. Somit könnten diese Stäbchen als magnetische Richtungsdetektoren eingesetzt werden. Es ist außerdem denkbar, dass durch eine entsprechende Zerstörung dieser Ausrichtung (beispielsweise durch Schmelzen von Eis, in welchem diese eingearbeitet sind) durch Nicht-Einhalten der Kühlkette dies nachgewiesen werden kann. Auch wenn die vorgeschriebene Temperatur zu einem späteren Zeitpunkt wieder eingehalten wird, hat sich die Anordnung der Stäbchen verändert was mit einem anderen magnetischen Signal detektiert werden kann. 

Förderzeitraum:
01.06.2019 - 31.05.2022

Institut:
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
The Supraparticle Group
Professur für Anorganische Chemie

Betreuer:
Prof. Dr. Karl-Sebastian Mandel

E-Mail: E-Mail schreiben

URL: https://www.chemistry.nat.fau.eu/mandel-group/group/stephan-mussig/

Publikationen: