基于近红外荧光量子点的防伪技术基础研究

1、878计算机测量与控制.2010.18(4)ComputerMeasurement&Control文献标识码:A设计与应用文章编号:167124598(2010)0420878203中图分类号:TP391144基于近红外荧光量子点的防伪技术基础研究徐波,钱志余(南京航空航天大学生物医学工程系,江苏南京210016)摘要:提出了一种新型的利用近红外荧光量子点作为载体的防伪方法,并进行了相关基础研究,新的需要;设计了微弱荧光光谱测试系统,将近红外荧光量子点的荧光强度之间的差异作为识别的依据,;研究结果对近红外荧光量子点的防伪识别有重要的指导意义,关键词:近红外;荧光量子点;发射峰比值;信息

2、载体R-TechnologyBasedon-FluorescentQuantumDotsXuBo,QianZhiyu(DepartmentofBiomedicalEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)Abstract:Thenear-infraredfluorescentquantumdotsareusedasinformationcarrierstodesignanewanti-counterfeitingtechnologyandmaketherelatedbasicres

3、earchtomeettherequirementsoftheproductanti-counterfeitingtechnologyinnovation.AWeakfluorescencespectrometrytestsystemwhichadual-wavelengthfluorescentquantumdotstoidentifyanti-counterfeittechnologyisdesignedandthepa2perobtainthebasicmethodsofidentificationofdual-wavelengthfluorescencespectroscopy.Mak

4、ingthedifferenceoffluorescenceintensityasthebasisforidentificationanddesigningtheappropriateencodingmethodcanencrypttheinformation.Theresultoftestsshowsthatthemethodisfeasible.Thesestudieslaythefoundationforanti-counterfeitingtechnologybasedonnear-infraredfluorescentquantumdotsandopenabroaderspacefo

5、rdevelopment.Keywords:near-infrared;fluorescentquantumdots;ratioofemissionpeak;informationcarrier0引言量子点(quantumdots,QDs)是一种由族(CdSe,CdTe,CdS,ZnTe,ZnO)、族(InAs,GaSb)和族(Si,Ge)元素组成的纳米颗粒。荧光量子点在受到光激发时会产生强的荧光发射,荧光发射波长由颗粒尺寸调控,包含可见光和近红外波段。量子点与传统的荧光染料相比,其特点在于一元激发多元发射122。目前国内外研究机构中利用量子点进行防伪设计的主要思想是利用量子点在激发状态下发射

6、出可见光区域内的荧光产生“变色效应”,达到防伪的效果。单纯使用变色的效果进行防伪,易于仿制,防伪效果欠佳326。本文的设计思想是:利用两种近红外荧光量子点的发射光谱进行防伪,通过特定编码法7则实现防伪。技术本身作为一个产品信息的载体,提升了防伪技术的适用性和可靠性8。本文选用荧光发射峰为647nm和750nm近红外荧光量子点进行防伪基础研究。图1测试系统原理图1荧光测试系统介绍荧光测试系统构成如图1所示,硬件包括:HL220002HP2FHSA型卤钨光源,USB2000微型光纤光谱仪,发射光纤与收稿日期:2009210214;修回日期:2009211215。基金项目:国家自然科学基金项目(30

7、671997)。作者简介:徐波(19842),男,江苏南通人,工学硕士,主要从事近红外荧光量子点防伪技术的研究。图2一元激发多元发射光谱图接收光纤,光纤固定支架,计算机采集系统。其中HL220002HP2FHSA型卤钨光源是一种可变光源(360nm2000nm),输出功率20W。USB2000+微型光纤光谱仪是由一个2MHz模数(A/D)转换器、可编程模块,一个2048像素CCD阵列探测器以及一个高速USB210接口组成。HL220002HP2FHSA作为宽带光源激发荧光量子点发射荧光,USB22000光纤光谱中华测控网© 1994-2010 China Academic Journ

8、al Electronic Publishing House. All rights reserved. 第3期徐波,等:基于近红外荧光量子点的防伪技术基础研究213实验结果与讨论21311单一波长荧光量子点防伪实验测试879仪采集荧光光谱。图2所示为一元激发多元发射原理图:激发光由宽带光源提供波长范围360nm2000nm,荧光发射峰分别为646nm,750nm。2防伪技术设计方案211单一波长荧光量子点防伪设计方案依据在相同的检测条件下,单一波长量子点溶液中量子点的摩尔浓度不同,采集到的荧光强度也不同9,单一波长荧光量子点防伪设计方案如图3所示。信息模块中的量子点涂层呈条状并列分布,包含标

9、准模块和数据模块。标准模块的量子点涂层中量子点浓度恒定,设定为标准值。数据模块的各量子点涂层中的量子点浓度不等测信息模块中各量子点涂层的荧光发射光谱,据中的发射峰值,体。数据模块中的n个发射峰比值的序列,比值序列经过译码得到原信息。例:定义0181,0172,0163,0154,如检测设备得出的比值序列为018,016,017,015,通过译码器,则得出原信息1324。图5为同一量子点8个不同浓度的荧光发射光谱图。通过稀释荧光量子点原溶液,可以得到不同摩尔浓度的量子点溶液。实验采用的样品浓度分别为:100%,60%,50%,40%,30%,20%,10%,5%,其中100%浓度的原溶液设为参照

10、标准。,通过计算得出01,01,0,012211,011123。11。图58个浓度量子点的荧光光谱图21312双波长荧光量子点防伪实验测试首先对两种荧光量子点单独激发,采集荧光光谱数据。A、B两种荧光量子点样品在HL22000型卤钨光源激发下的荧光光谱如图6,图7所示。图6量子点A荧光光谱图图3单一波长荧光量子点防伪设计原理图212双波长荧光量子点防伪设计方案依据双波长荧光量子点混合溶液的发射光谱中含有两个发射峰10,不同的量子点混合比例对应着不同的发射峰比值关系,双波长荧光量子点防伪设计方案如图4所示。数据模块中的量子点涂层呈条状并列分布,分别检测各涂层的荧光发射光谱,每个涂层的荧光发射光谱

11、数据中都含有两个发射峰值,计算两个发射峰值之比,n个涂层检测得出含有n个发射峰比值的序列,依据设定的编码规则,比值序列经过译码得到原信息。图7量子点B荧光光谱图两种量子点样品混合实验,分别按两种量子点51和41的比例进行混合。图8是两种量子点按51和41的比例关系混合之后,在HL22000卤钨光源激发下的荧光光谱图,可以看出,混合之后的量子点溶液的荧光光谱图中,两种量子点的荧光特征峰能够清晰地辨别开。图4双波长荧光量子点防伪设计原理图图8混合量子点荧光光谱图中华测控网© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing Ho

12、use. All rights reserved. 880计算机测量与控制第18卷为了研究荧光编码的绝对数据,考察不同采集位置的荧光光谱,实验采集了不同高度荧光光谱。图9为垂直方向11个不同采集位置的光谱,采集点在垂直方向上等间距分布,间距2mm。图中可以看出,虽然随着采集位置的不同,荧光的强度有所不同,但是11组数据的波形变化趋势是一致的。1179166×10-5。两组不同混合比例的量子点两个荧光发射峰比值都保持较好的稳定性,并且可以非常方便的区别。从而我们得出结论:量子点混合比例和发射峰强度比值存在对应关系,并通过强度比值进行识别,达到防伪识别的目的,实现图4设计的防伪方案。3结

13、论,检,较,。混合双波,发射峰比,即和量子点的混合比例对应,制定编码法则,实现防伪效果。本文的两种防伪设计方案,通过大量的实验证明了其有效性和可靠性,本文的基础研究打下了荧光量子点防伪技术,特别是多波长荧光量子点防伪技术的基础。将这种技术和条形码技术相结合12,可以达到双重防伪的效果,为产品的隐形防伪技术打开了一个广阔的发展空间。参考文献:1陈启凡.量子点生物荧光探针的制备及应用M.沈阳:东北大(自上而下为由近及远采集的光谱)图9量子点(51)(自上而下为由近及远采集的光谱,间距2mm)学出版社,2007.2张立德.纳米材料的主要应用领域J.中国高新技术企业杂志,2000,Z1:26235.3

14、张志琨,崔作林.纳米技术与纳米材料M.北京:国防工业出图10量子点(41)不同位置荧光光谱图图10为混合比例为41的量子点样品,11个不同采集位置得到的光谱图,采集点在垂直方向上等间距分布,间距2mm。同样从11组荧光光谱数据中可以看出随着采集点位置的变化,荧光强度发生明显变化,但是整个波形的变化趋势是一致的。版社,2000.4柏金枝,于广省.医药包装防伪技术中的荧光油墨J.印刷杂志,2004,12:24225.5杜金鹏,白琳,王锦,等.纸张对荧光油墨荧光性能的影响J.印刷杂志,2002,12:64266.6陈鲁生,沈世镒.编码理论基础M.北京:高等教育出版社,2005.7ChangSD,Zh

15、ouM,GroverCD.Informationcodingandretrie2vingusingfluorescentsemiconductornanocrystalsforobjectidentifi2cationJ.OpticsExpress,2004,12(1):1432148.8林毅,谢海燕,张志凌,等.半导体荧光量子点标记技术J.图1151混合发射峰比值化学进展,2007,(12):186121865.9林章碧,苏星光,张皓,等.用水溶液中合成的量子点作为生物荧光标记物的研究J.高等学校化学学报,2003,24(2):2162220.10甘海明,索双富,郭红,等.单片机实现智能荧光鉴伪J.电子技术应用,2006,(9):82284.11陈扬,陆祖宏.生物分子的纳米粒子标记和检测技术J.中图1241混合发射峰比值国生物化学与分子生物学报,2003,19(1):124.12中国