Светочувствительная идентифицирующая метка

Полезная модель относится к области проверки идентичности или подлинности объекта и может быть использовано для технологически простого и надежного контроля подлинности и защиты от подделки различных ценных документов и изделий путем использования светочувствительной идентифицирующей метки на основе бактериородопсина.
Бактериородопсин - светочувствительный белок, используемый в качестве фотохромного материала, который получают из галобактерий Halobacterium salinarum, в клеточные мембраны (пурпурные мембраны) которых он встроен. В технике используют основное свойство бактериородопсина, которое заключается в наличие у фотохимического цикла: после поглощения кванта света молекула бактериородопсина проходит циклическую последовательность состояний и самопроизвольно возвращается в исходную форму. При этом в соответствии с циклическим изменением состояния молекул бактериородопсина возникают наведенные светом циклические изменения оптико-физических характеристик - показателей преломления и поглощения. Спектральная чувствительность бактериородопсина лежит в оптическом диапазоне. Максимум поглощения в исходном состоянии молекул бактериородопсина в форме БР570 соответствует длине волны 570 нм. Основное промежуточное состояние М412 имеет максимум поглощения на длине волны 412 нм. После облучения светом с длиной волны 570 нм пурпурная окраска состояния молекул бактериородопсина в форме БР570 переходит в желтую (желто-коричневую) окраску состояния М412 с низким поглощением на длине волны 570 нм. В результате поглощение в области зеленого света падает, среда становится более прозрачной - просветленной (обесцвечиватьс). В результате светового воздействия с длиной волны 412 нм молекулы бактериородопсина снова переходят в состояние БР570 и появляется пурпурная окраска. Данное известное фотохромное свойство бактериородопсина (RU 2329155 С2, G07D 7/00, 2008; RU 2244923 С2, G07D 7/00, 2004; DE 19914702.7 от 31.03.1999) использовано в различных технических решениях для фотохромной маркировки и контроля подлинности различных объектов.
Известно использование светочувствительной идентифицирующей метки в виде нанесенного на подложку фотохромная слоя, содержащего бактериородопсин, который запечатан в карман из пленки типа GHQ-120TR с посредством горячего ламинирования (GPM, Mylam 9) при температуре от 90 до 140°С (RU 2244923 С2, G07D 7/00, 2004). Однако процесс горячего ламинирования при изготовлении светочувствительной метки ухудшает фотохромные свойства бактериородопсина, что снижает надежность контроля подлинности объекта и его защиты от подделки.
Кроме того, известна светочувствительная идентифицирующая метка, содержащая расположенный на подложке фотохромной слой на основе суспензии бактериородопсина в водным растворе полимерного связующегослой в виде пленки из желатина со встроенным -взвешенным бактериородопсином (RU 2679535 C1, G07D 7/00, опубл. 11.02.2019; RU 2679536 C1, G07D 7/00, опубл. 11.02.2019). Данная светочувствительная метка выполнена в виде многослойной конструкции с использованием оптического акрилового клея, что существенно усложняет процесс изготовления светочувствительной защитной метки.
Полезная модель направлена на создание технологически простой в изготовлении конструкции светочувствительной идентифицирующей метки с повышенной длительностью сохранения фотохромных свойств бактериородопсин, обеспечивающей качественную воспроизводимость получаемого при дополнительном внешнем воздействии оптического цветового эффекта и, соответственно, эффективную идентификацию и контроль подлинности различных объектов.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в светочувствительной идентифицирующей метке, содержащей расположенный на подложке слой фотохромной композиции на основе суспензии бактериородопсина в водным растворе полимерного связующего, согласно полезной модели, слой фотохромной композиции дополнительно содержит волокна нанофибриллированной целлюлозы при следующем соотношении компонентов, масс, ч.:
бактериородопсин
1÷5
полимерное связующее
1÷10
нанофибриллированная целлюлоза
0,05÷2,0
вода
40÷80
Как вариант, слой фотохромной композиции может дополнительно содержать модификатор свойств бактериородопсина в количестве 10÷30 масс. ч.
При этом в качестве модификатор свойств бактериородопсина используют модификатор на основе лизина или полилизина.
Кроме того, в качестве полимерного связующего используют поливиниловый спирт, или поливинилпирролидон, или полиэтиленоксид, или полиакриламид, или гидроксиэтилцеллюлоза.
Нанофибриллированная целлюлоза (также известная как микрофибриллированная целлюлоза) является типичным наноструктурированным полимерным материалом, выполненным из целлюлозных стержнеобразных волокон, где отдельные нанофибриллы поперечным размером (диаметром) от 3 нм до 20 нм и длиной от 50 нм до 500 нм или комплексы нанофибрилл отделены друг от друга (см., например, RU 2528394).
Выполнение фотохромного слоя в заявленной светочувствительной идентифицирующей метки в виде пленки на основе суспензии бактериородопсина в водным растворе полимерного связующего со встроенными волокнами нанофибриллированной целлюлозы в количестве 0,05-2,0 масс. ч., которые препятствуют слипанию фрагментов клеточных пурпурных мембран, в которые встроен бактериородопсин, друг с другом, обеспечивает как технологическую простоту изготовления, так и длительную и надежную сохранность и воспроизводимость фотохромных свойств бактериородопсина, при хранении и использовании светочувствительной идентифицирующей метки.
Кроме того, наличие в заявленном составе компонентов фотохромной композиции модификатора фотохромных свойств бактериородопсина, предпочтительно, на основе лизина или полилизина в количестве 10÷30 масс. ч. обеспечивает оптическую однородность и высокую оптическую плотность с показателями преломления и поглощения, необходимыми для оптимального визуального восприятия оптического цветового эффекта, получаемого при дополнительном внешнем воздействии и, соответственно, эффективную защиту от фальсификации различных объектов.
На чертеже схематично представлен общий вид светочувствительной идентифицирующей метки.
Светочувствительная идентифицирующая метка содержит расположенный на подложке 1 фотохромный слой 2, который сформирован путем нанесения микродозатором суспензии фотохромной композиции, содержащей бактериородопсин в виде фрагментов пурпурных мембран, предпочтительно, размером 15÷250 нм, полученных после ультразвуковой обработки пурпурных мембран галобактерий Halobacterium salinarum, в водным растворе полимерного связующего, и волокна нанофибриллированной целлюлозы, и закреплен в процессе сушки при комнатной температуре в виде пленки, толщиной, предпочтительно 1÷20 мкм, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:
бактериородопсин
1÷5
полимерное связующее
1÷10
нанофибриллированная целлюлоза
0,05÷2,0
вода
40÷80
Как вариант, слой фотохромной композиции может дополнительно содержать модификатор свойств бактериородопсина в количестве 10÷30 масс. ч., предпочтительно, на основе лизина или полилизина, что обеспечивает возможность визуального восприятия оптического цветового эффекта, получаемого при дополнительном внешнем воздействии.
Кроме того, в качестве полимерного связующего используют, предпочтительно, поливиниловый спирт, или поливинилпирролидон, или полиэтиленоксид, или полиакриламид, или гидроксиэтилцеллюлоза.
Пример 1.
Светочувствительная идентифицирующая метка включает подложку 1, на которой в виде пленки (толщиной 10 мкм и размером 10×10 мм) закреплен слой 2 фотохромной композиции, содержащий 2 масс. ч., бактериородопсина с размером фрагментов пурпурных мембран 15÷20 нм, 5 масс. ч. полимерного связующего (поливиниловый спирт) и 1 масс. ч. нанофибриллированной целлюлозы.
1
1
2
2
При рассеянном дневном свете слой 2 фотохромной композиции имеют красно-фиолетовую (пурпурную) окраску. Идентификацию объекта производят аппаратным методом, при этом светочувствительную метку первоначально освещают источником света в виде светодиода с длиной волны λ=570 нм и регистрируют интенсивность светового потока, прошедшего через слой 2 фотохромной композиции с бактериородопсином и отраженного от подложки 1, зафиксированный сигнал используют в качестве эталонного. Затем производят освещение метки одновременно двумя источниками света: светодиодом с длиной волны λ=570 нм и светодиодом с длиной волны λ=410 нм, регистрируют интенсивность светового потока, прошедшего через слой 2 фотохромной композиции с бактериородопсином и отраженного от подложки 1, и сравнивают зафиксированный сигнал с эталонным, ранее зарегистрированным сигналом. При плотности мощности излучения 1,5÷2,0 мВт/см уменьшение интенсивности светового потока относительно эталонного значения составляет 8÷10%, что свидетельствует о подлинности светочувствительной метки и, соответственно, подлинности объекта.
Пример 2.
Светочувствительная идентифицирующая метка включает подложку 1, на которой в виде пленки (толщиной 20 мкм и размером 10×10 мм) закреплен слой 2 фотохромной композиции, содержащий 1 масс. ч., бактериородопсина с размером фрагментов пурпурных мембран 150÷180 нм, 8 масс. ч. полимерного связующего (поливинилпирролидон) и 1,5 масс. ч. нанофибриллированной целлюлозы.
1
1
2
2
При рассеянном дневном свете слой 2 фотохромной композиции имеют красно-фиолетовую (пурпурную) окраску. Идентификацию объекта производят аппаратным методом, при этом светочувствительную метку первоначально освещают источником света в виде светодиода с длиной волны λ=570 нм и регистрируют интенсивность светового потока, прошедшего через слой 2 фотохромной композиции с бактериородопсином и отраженного от подложки 1, зафиксированный сигнал используют в качестве эталонного. Затем производят освещение метки одновременно двумя источниками света: светодиодом с длиной волны λ=570 нм и светодиодом с длиной волны λ=410 нм, регистрируют интенсивность светового потока, прошедшего через слой 2 фотохромной композиции с бактериородопсином и отраженного от подложки 1, и сравнивают зафиксированный сигнал с эталонным, ранее зарегистрированным сигналом. При плотности мощности излучения 1,5÷2,0 мВт/см уменьшение интенсивности светового потока относительно эталонного значения составляет 8÷10%, что свидетельствует о подлинности светочувствительной метки и, соответственно, подлинности объекта.
Пример 3.
Светочувствительная идентифицирующая метка включает подложку 1, на которой в виде пленки (толщиной 1 мкм и размером 10×10 мм) закреплен слой 2 фотохромной композиции, содержащий 1 масс. ч., бактериородопсина с размером фрагментов пурпурных мембран 50÷60 нм, 5 масс. ч. полимерного связующего (полиэтиленоксид) и 0,5 масс. ч. нанофибриллированной целлюлозы.
1
1
2
2
При рассеянном дневном свете слой 2 фотохромной композиции имеют красно-фиолетовую (пурпурную) окраску. Идентификацию объекта производят аппаратным методом, при этом светочувствительную метку первоначально освещают источником света в виде светодиода с длиной волны λ=570 нм и регистрируют интенсивность светового потока, прошедшего через слой 2 фотохромной композиции с бактериородопсином и отраженного от подложки 1, зафиксированный сигнал используют в качестве эталонного. Затем производят освещение метки одновременно двумя источниками света: светодиодом с длиной волны λ=570 нм и светодиодом с длиной волны λ=410 нм, регистрируют интенсивность светового потока, прошедшего через слой 2 фотохромной композиции с бактериородопсином и отраженного от подложки 1, и сравнивают зафиксированный сигнал с эталонным, ранее зарегистрированным сигналом. При плотности мощности излучения 1,5÷2,0 мВт/см уменьшение интенсивности светового потока относительно эталонного значения составляет 8÷10%, что свидетельствует о подлинности светочувствительной метки и, соответственно, подлинности объекта.
Пример 4.
Светочувствительная идентифицирующая метка включает подложку 1, на которой в виде пленки (толщиной 5 мкм и размером 10×10 мм) закреплен слой 2 фотохромной композиции, содержащий 5 масс. ч., бактериородопсина с размером фрагментов пурпурных мембран 200÷250 нм, 10 масс. ч. полимерного связующего (гидроксиэтилцеллюлоза) и 2 масс. ч. нанофибриллированной целлюлозы.
1
1
2
2
При рассеянном дневном свете слой 2 фотохромной композиции имеют красно-фиолетовую (пурпурную) окраску. Идентификацию объекта производят аппаратным методом, при этом светочувствительную метку первоначально освещают источником света в виде светодиода с длиной волны λ=570 нм и регистрируют интенсивность светового потока, прошедшего через слой 2 фотохромной композиции с бактериородопсином и отраженного от подложки 1, зафиксированный сигнал используют в качестве эталонного. Затем производят освещение метки одновременно двумя источниками света: светодиодом с длиной волны λ=570 нм и светодиодом с длиной волны λ=410 нм, регистрируют интенсивность светового потока, прошедшего через слой 2 фотохромной композиции с бактериородопсином и отраженного от подложки 1, и сравнивают зафиксированный сигнал с эталонным, ранее зарегистрированным сигналом. При плотности мощности излучения 1,5÷2,0 мВт/см уменьшение интенсивности светового потока относительно эталонного значения составляет 8÷10%, что свидетельствует о подлинности светочувствительной метки и, соответственно, подлинности объекта.
Пример 5.
Светочувствительная идентифицирующая метка включает подложку 1, на которой в виде пленки (толщиной 15 мкм и размером 10×10 мм) закреплен слой 2 фотохромной композиции, содержащий 5 масс. ч., бактериородопсина с размером фрагментов пурпурных мембран 200-250 нм, 10 масс. ч. полимерного связующего (полиакриламид), 1,8 масс. ч. нанофибриллированной целлюлозы и 30 масс. ч. модификатора свойств бактериородопсина на основе лизина.
При рассеянном дневном свете слой 2 фотохромной композиции имеют красно-фиолетовую (пурпурную) окраску. Идентификацию светочувствительной метки производят визуально путем освещения люминесцентной лампой дневного света мощностью 15 Вт при освещенности 10 Лк, при этом слой 2 фотохромной композиции в течение нескольких секунд приобретает желто-коричневую окраску. После выключения люминесцентной лампы слой 2 фотохромной композиции, содержащей бактериородопсин, приобретает прежнюю красно-фиолетовую (пурпурную) окраску, что свидетельствует о подлинности идентифицирующей метки и, соответственно, подлинности защищаемого объекта. Наличие в составе фотохромной композиции модификатора свойств бактериородопсина увеличивает его фотохромную чувствительность, что обеспечивает эффективную визуальную идентификацию подлинности защищаемого объекта.
Пример 6.
Светочувствительная идентифицирующая метка включает подложку 1, на которой в виде пленки (толщиной 2 мкм и размером 10×10 мм) закреплен слой 2 фотохромной композиции, содержащий 5 масс. ч., бактериородопсина с размером фрагментов пурпурных мембран 20÷25 нм, 2 масс. ч. полимерного связующего (полиакриламид), 0, 05 масс. ч. нанофибриллированной целлюлозы и 10 масс. ч. модификатора свойств бактериородопсина на основе полилизина.
При рассеянном дневном свете слой 2 фотохромной композиции имеют красно-фиолетовую (пурпурную) окраску. Идентификацию светочувствительной метки производят визуально путем освещения люминесцентной лампой дневного света мощностью 15 Вт при освещенности 10 Лк, при этом слой 2 фотохромной композиции в течение нескольких секунд приобретает желто-коричневую окраску. После выключения люминесцентной лампы слой 2 фотохромной композиции, содержащей бактериородопсин, приобретает прежнюю красно-фиолетовую (пурпурную) окраску, что свидетельствует о подлинности идентифицирующей метки и, соответственно, подлинности защищаемого объекта.
Пример 7.
Светочувствительная идентифицирующая метка включает подложку 1, на которой в виде пленки (толщиной 10 мкм и размером 10×10 мм) закреплен слой 2 фотохромной композиции, содержащий 3 масс. ч., бактериородопсина с размером фрагментов пурпурных мембран 100÷150 нм, 5 масс. ч. полимерного связующего (поливиниловый спирт), 1 масс. ч. нанофибриллированной целлюлозы и 15 масс. ч. модификатора свойств бактериородопсина на основе лизина.
При рассеянном дневном свете слой 2 фотохромной композиции имеют красно-фиолетовую (пурпурную) окраску. Идентификацию светочувствительной метки производят визуально путем освещения люминесцентной лампой дневного света мощностью 15 Вт при освещенности 10 Лк, при этом слой 2 фотохромной композиции в течение нескольких секунд приобретает желто-коричневую окраску. После выключения люминесцентной лампы слой 2 фотохромной композиции, содержащей бактериородопсин, приобретает прежнюю красно-фиолетовую (пурпурную) окраску, что свидетельствует о подлинности идентифицирующей метки и, соответственно, подлинности защищаемого объекта.