纳米条码 “隐身”溯源

作者： 记者 袁一雪

2014年06月20日 来源： 中国科学报   

    自从美国人诺曼·伍德兰和伯纳德·西尔弗申请了用于食品自动识别领域的环形条形码后，条形码开始变成识别商品的主要标识。之后，条形码几经“改头换面”，变成不同粗细的竖条组合体。在物流日渐发达的今天，条形码更是作为流通环节中重要的跟踪依据。

    简单的表现，却蕴涵着大含义。人们感受到条形码带来便捷的同时，也越来越认识到，传统条形码跟不上时代的发展。首先它是静态的，信息容量有限，且无法给每个商品单元都进行标识，读取时也必须是接触式的。加之其没有分类和属性信息，不能实现分类、查询、统计等应用，因此在电子商务中的应用受到限制。

    于是，人们着手开发条形码的新形态，希望赋予它更多的含义，使用到更广的范围。由此产生出一种“隐形”条形码。早前，隐形条形码受到容易降解以及信息容量有限等技术方面的限制，无法大规模使用。现在，科学家正在利用纳米技术研发一个全新的隐形条形码系统，一旦研发成功，隐形条形码时代就会来临。

    纳米颗粒组成条形码

    英国《自然》下属《科学报告》期刊6月5日刊登了一篇论文，由美国马萨诸塞州伍斯特理工学院副教授Ming Su带领团队开发出全新的基于纳米颗粒的隐形条形码系统，可以通过纳米颗粒的独特性质来辨别物品。

    众所周知，纳米级别的物体极小，所以纳米颗粒隐形条形码技术能够标记各种不同的物品，而不用局限在商品的包装上。该文章称，在实验过程中，将纳米颗粒条形码添加到固态以及液态的物品中，整个过程中纳米条形码颗粒始终保持稳定，并且没有出现明显的毒副作用。不过现阶段由于各种条件的限制，该技术想要大范围推广、最终走到货架上与消费者“见面”，还需要耐心等待一段时间。该项技术很有可能首先应用于反恐以及追踪流通过程复杂的商品或高价商品上。

    对此，中科院国家纳米科学中心研究员赵宇亮评价说，条形码就是给商品贴上可以个性化识别的标签，像每个人的名字和所对应的身份证号码一样。条形码标签可以用在任何物品上，如果体积小到纳米尺度，仿造的难度就非常大，可以让仿品难以出现。

    可以标识爆炸物

    纳米条形码并非新概念。赵宇亮说，纳米界一直有人在研究纳米条形码技术。有媒体在2005年报道称，韩国汉城大学化学系教授崔珍镐（译）领导的研究小组开发了一种纳米DNA条码系统，将具有某种特定信息的DNA粒子附着在产品上，需要识别产品时，通过DNA译码机对信息进行解读。2007年，微软公司打破黑白条码的传统，通过色彩存储更多信息。这种小三角形的彩色条码通过纳米技术，将不可见的物理防伪标志嵌入到条码的材料和印制墨水以及产品包装中。

    而此次新研发的纳米颗粒隐形条码，更是将防伪做到“极致”。因为其体积为纳米级别，因此纳米颗粒条形码不仅可以有效阻止通过伪造条形码来进行造假，在国家安全，如反恐等领域的意义也非常重大。马萨诸塞州伍斯特理工学院的研发团队表示，可以将该技术应用到标记二硝基甲苯（三硝基甲苯TNT的前体）的应用上，监测爆炸后残留物的热特征，这样调查人员就能够很容易地确定炸药的供应商以及制造炸药的化学物质的来源。可以用在司法鉴定上，准确追踪炸药的来源。

    “我们在研发过程中遇到过困难，就是那些纳米粒子有不同的熔点。不过，我们在热力学和相位图的基础上解决了这个问题，同时形成了低共熔合金。”Ming Su在接受《中国科学报》记者采访时解释道，“纳米颗粒能够经受高温，其变化的过程也是可逆的。炸弹碎片被收集之后，经过冲洗，再通过离心分离机收集纳米颗粒，最后就可以被读取。”

    条形码更重要的使命

    在之前的报道中曾提到，纳米颗粒所做的条形码，可能将被应用于液体食品中，让牛奶、饮料等，不通过包装就可以被追溯生产源。问题是将纳米条形码放在食物中是否安全？赵宇亮表示，最好的策略是使用已经确认安全的纳米材料或食品添加剂制作纳米条形码。因为安全问题与条形码本身无关，而是需要确认构成条形码的材料本身是否安全、能否被生物降解等。Ming Su表示，安全性没有问题，“纳米颗粒可以被放进食品中，我们正在研究可食用的纳米颗粒，被添加进食品中。这些条形码都是安全的，可以被身体分解或吸收”。

    而且，纳米颗粒条形码的识别原理与普通条形码不同。后者往往都是通过黑白条的反射光不同被识别，白色物体能反射各种波长的可见光，黑色物体则吸收各种波长的可见光，所以当条形码扫描器光源发出的光经过两个凸透镜聚焦后，照射到光电转换器上，转换成相应的电信号输出到放大整形电路，整形电路把模拟信号转化成数字电信号，再经译码接口电路译成数字字符信息。而“纳米颗粒条形码则被热分析法读出，也被称为差示扫描量热分析。”

    “目前，我们正在尝试用最小量的纳米颗粒，检测爆炸物的出处。”Ming Su说。他在论文最后总结表明，纳米颗粒可以用于标记多种物品，这都要归功于纳米颗粒微小的体积，而尖锐的熔融峰和较大的热分析温度范围，使这种新方法能给犯罪调查带来极大的帮助。

    延伸阅读

    条形码的分类

    条码按照不同的分类方法、不同的编码规则可以分成许多种，现在已知的世界上正在使用的条码有250多种。条码的分类主要依据条码的编码结构和条码的性质来决定。例如，按条码的长度来分，可分为定长和非定长条码；按排列方式分，可分为连续型和非连续型条码；从校验方式分，又可分为自校验和非自校验型条码等。

    条码可分为一维条码和二维条码。一维条码是通常我们所说的传统条码。一维条码按照应用可分为商品条码和物流条码。商品条码包括EAN条码和UPC条码，物流条码包括128条码、ITF条码、39条码、库德巴条码等。二维条码根据构成原理、结构形状的差异，可分为两大类型：一类是行排式二维条码（2D stacked bar code）；另一类是矩阵式二维条码（2D matrix bar code）。

    一个完好的条码的组成次序依次为：静区（前）、起始符、数据符、中间分割符（主要用于EAN码）、校验符、终止符、静区（后）。

    静区，指条码左右两端外侧与空的反射率相同的限定区域，它能使阅读器进入准备阅读的状态，当两个条码相距间隔较近时，静区则有助于对它们加以辨别，静区的宽度通常应不小于6mm（或10倍模块宽度）。

    起始符、终止符，指位于条码开端和完毕的若干条与空，标志条码的开端和完毕，同时提供了码制辨认信息和阅读方向的信息。数据符，位于条码中间的条、空构造，它包含条码所表达的特定信息。

    构成条码的根本单位是模块，模块是指条码中最窄的条或空，模块的宽度通常以mm或mil（千分之一英寸）为单位。构成条码的一个条或空称为一个单元，一个单元包含的模块数是由编码方式决定的，有些码制中，如EAN码，一个单元由一个或多个模块组成；而另一些码制，如39码中，一个单元只要两种宽度，即宽单元和窄单元，其中的窄单元即为一个模块。