偽造品はブランド所有者に大きな頭痛の種をもたらします。企業は売上を失い、政府は税収を失います。国際商業会議所によると、偽造品や海賊版製品によって企業が被る損失は、世界全体で年間最大 6,500億米ドル に達します。
科学者や技術者は、偽造業者との戦いで多くの手法を開発してきました。今あなたのポケットにも、その一例が入っているかもしれません。私たちがほぼ毎日使う紙幣は、特殊な紙に透かし、ホログラム、光沢のある帯など、さまざまな偽造防止機能を施して作られています。高額紙幣を店員に渡すと、通常は紫外線ランプの下で本物か偽物かを確かめます。この光を当てると、日光の下では見えない色の画像が見えます。紫外線ランプの下で光るものは、蛍光性または発光性があるといいます。運転免許証やパスポートに付けられた同様の蛍光タグも、紫外線の下で光るように設計されています。
こうした蛍光材料は、高価な商品、政府文書、紙幣を保護するために広く導入されていますが、弱点があります。偽造業者にその配合が知られると、比較的簡単に模倣されてしまうのです。
今回、私たちは 偽造業者にとって大きな難題となる次世代蛍光インクを発明しました 。この新しいインクで印刷した画像は、組み込まれた「分子暗号化」の種類に応じた色を示し、紫外線の下で見たときにだけ見えるようになります。利用者はそれぞれ独自のインク配合を選べるため、発明者である私たちでさえ、保護対象の蛍光タグを模倣できません。
ヘテロロタキサンの模式図。
ストッダート研究グループ、 CC BY-NC-ND
インクの開発
この新しいインクのルーツは、環状分子をいくつか含む蛍光分子を作ろうとしていた際に起きた、偶然の発見にあります。予想外にも、私たちはヘテロロタキサンとして知られる化合物を単離しました。これは、目に見えないインクの有効成分となりました。
a）ゴッホの『ひまわり』を、b）紫外線の下とc）日光の下で撮影した、私たちの蛍光インクで印刷した画像。
CC BY-NC-ND
ヘテロロタキサン単体は、紫外線の下で暗赤色に光ります。しかし、その特異な分子配置は、トウモロコシデンプン由来の糖、すなわちシクロデキストリンを加えることで乱すことができます。加えるシクロデキストリンの量と、それがヘテロロタキサンとどう相互作用するかに応じて、インクを調整し、赤から黄色、緑へと続くスペクトルのさまざまな蛍光色を出せます。
分子レベルでは、無色のヘテロロタキサンがインクの他の成分と相互作用します。特定の部分を選択的に包み込み、他の分子同士が付着するのを防ぎます。その結果、色が変化しますが、その変化は予測がかなり困難です。これは、偽造防止ツールではこれまで見られなかった複雑さです。
私たちのインクは、清涼飲料の企業秘密の配合に似ています。他の材料で風味を近づけることはできても、配合を正確に知らずに風味を完全に一致させることは不可能です。
異なる種類の紙に印刷すると、蛍光インクは紫外線の下で色が変わる。
ストッダート研究グループ、 CC BY-NC-ND
それだけではありません。蛍光インクは、塗布する表面にも反応します。たとえば、一般的なコピー用紙ではオレンジ色に見えるインクの配合が、新聞紙では緑色に見えます。この現象により、この新しい種類の蛍光インクをさまざまな紙の識別に使えます。
暗号化と認証
コンピューターサイエンスにおける 暗号化のプロセス を考えてみてください。 暗号アルゴリズム は元の情報を保護し、データを「ランダムな」情報の集合に変換します。受信者はそれを復号します。
私たちの蛍光インクも同様の仕組みで機能します。「分子暗号化」のプロセスでは、色を変える物質の組み合わせを選び、その相対的な割合を調整します。利用者はパラメーターを設定でき、異なる設定によって何千もの色の組み合わせを生み出せます。個別の秘密のインク配合は、一般的なインクジェットプリンターでラベルなどのタグに印刷できます。暗号化設定を包括的に把握していなければ、このプロセスをリバースエンジニアリングすることは不可能です。
蛍光セキュリティインクには、固有で偽造不可能な指紋を持たせることができる。
ストッダート研究グループ、 CC BY-NC-ND
このようにして、蛍光染料に情報が符号化されます。しかし、物品が正規品か偽造品かを確かめるには、その情報を何らかの方法で検証する必要もあります。
私たちは、蛍光インクで印刷済みの画像に含まれる情報を検証できる認証方法を開発しました。印刷画像に認証用の指示薬を吹き付けるか、拭き取るように塗布するだけです。配合の異なるインクが同じ色に見えても、シクロデキストリンなどの認証指示薬分子を塗布すると、反応は大きく異なります。色の変化を引き起こす認証指示薬は、幅広く揃っています。この認証方法はインク成分間の複雑な分子相互作用によるものなので、偽造業者が元の蛍光色を模倣できたとしても、認証時の色変化を再現するのはほぼ不可能です。
本物か偽物か？認証用ワイプと紫外線ライトを用意しよう。
サイモン・A、 CC BY-NC-ND
最初から最後までの流れは次のとおりです。高級品メーカーは、自社独自のインクについて秘密の設定を選びます。たとえばハンドバッグごとにタグを印刷しますが、そのインクは通常の光の下では見えません。商品を購入したブティックの店主や最終消費者は、紫外線の下でタグを見て、想定される色と一致するか確かめられます。さらに、認証用の綿棒でタグを拭き、特定の認証分子と印刷インクの組み合わせによる変化が、メーカーから聞いていたものと同じであることも確認できます。基本的にこのプロセスは模倣できないため、偽造業者には手も足も出ません。
本記事は、 The Conversationとの協力により掲載されています。 元の記事を読む。
本記事の掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：フレイザー・ストッダートはノースウェスタン大学の化学教授。チェンフェン・ケはノースウェスタン大学の化学博士研究員。シセン・ホウはノースウェスタン大学の化学博士課程学生。
画像：2014年5月7日、フランクフルトにあるドイツ連邦準備銀行ブンデスバンク本部での記者会見で、導入されたばかりの10ユーロ紙幣に紫外線を当てた様子。ロイター／ラルフ・オルロウスキー。