Einführung Im Sol-Gel konnten alle ausgewählten Antigene nachgewiesen werden, wobei sich die Nachweisgrenze der Antigene sehr unterschied. Konnte Antigen 2 schon ab einer Menge von 0,0001% im Sol-Gel nachgewiesen werden, wurde Antigen 3 erst ab einer Menge von 20% und Antigen 1 ab einer Menge von 0,002%
nachgewiesen. Die Nachweisbarkeit der Antigene im Sol-Gel sollte erste An-haltspunkte für die Funktionalität des Sicherheitsmerkmals geben. Die Nach-weisbarkeit der Antigene auf dem beschichteten Papier also in der Sol-Gel Matrix ist jedoch der ausschlaggebende Parameter für die Funktionalität des Sicher-heitsmerkmals.
Am Beispiel von Antigen 1 werden im Folgenden die Funktionalität und die Lagerstabilität des Sicherheitsmerkmals dargestellt.
Nachweis-methode Zum Nachweis des Antigens in der aufgebrachten Sol-Gel Matrix sollte das sogenannte Färbeschnelltestverfahren genutzt werden. Bei diesem Verfahren ist neben dem Aufbringen eines markierten Antikörpers immer ein Waschschritt notwendig, um die überschüssigen Antikörper auszuwaschen und somit einen falschen Positivnachweis zu vermeiden. Da das Sicherheitsmerkmal primär für Verpackungen genutzt werden soll, die vorwiegend aus Papiermaterialien bestehen, würde diese Vorgehensweise zur Beschädigung der Papiere und somit auch der Verpackung führen.
Um eine Beschädigung der Papieroberfläche und damit der Verpackung so gering wie möglich zu halten wurde der Nachweis mittels eines sogenannten Kassettentests durchgeführt: Hierbei wird ein Tropfen von ca. 1ml Lösungsmittel (i.d.R. Wasser) auf die Stelle der Verpackung mit dem Sicherheitsmerkmal aufgebracht. Nach einer festgelegten Einwirkzeit (ca. 3min) wird der Tropfen wieder aufgenommen und dem Kassettentest zugeführt (siehe Skizze). Nach Aussage von Spezialisten können Kassettentests relativ kostengünstig für alle denkbaren Antigene hergestellt werden.
Nachweis mittels Kassettentest
Nachweisbar-keitsgrenze des aufgebrachten Sicherheits-merkmals
Um die Nachweisbarkeitsgrenze auf dem Papier zu ermitteln, wurden Sol-Gel Materialien mit verschiedenen Anteilen an Antigen 1 hergestellt. Die Sol-Gel-Antigen Mischungen wurden mittels eines halbautomatischen Handrakels auf die Papiere aufgebracht (Rakel 1, Geschwindigkeit 10 Æ Nassfilmdickenauftrag von ca. 6µm) und bei 60°C für 90s in einem Laborofen getrocknet. Nach Auftrag der Sol-Gel-Antigen Schicht wurde die Funktionalität des Sicherheitsmerkmals mittels Kassettentest untersucht, siehe folgende Tabelle:
Bezeichnung G3-C1 G3-C2 G3-C4 G3-C5 G3-C10 G3-C20 Sx3-C20 B2-C20 B4-C20 Ergebnis Kassettentest positiv positiv positiv positiv positiv positiv positiv positiv positiv
Bei allen Varianten des Sicherheitsmerkmals konnte das Antigen nach Auftrag auf dem Papier mittels Kassettentests nachgewiesen werden, d.h. ein Anteil von 0,002% Antigen 1 in einem Sol-Gel ist für ein funktionierendes Sicherheitsmerk-mal ausreichend. Dies entspricht bei einem Nassfilmdickenauftrag von ca. 6µm und einem Feststoffgehalt von 3,4% einem Anteil von 0,06% Antigen 1 in der aufgebrachten und getrockneten Schicht.
Alterung des Sicherheits-merkmals – Funktionalität
Die mit dem Sicherheitsmerkmal ausgestatteten Papiere wurden über einen Zeitraum von 4 Monaten auf die Funktionalität des Sicherheitsmerkmals unter-sucht. Für die Untersuchungen wurden die Papiere unter konstanten Klimabe-dingungen gelagert und getestet. Neben den Untersuchungen zur Alterung der Beschichtung, wurde auch die Alterung der Sol-Gele untersucht. Dafür wurden nach festgelegten Zeiten die gealterten Sol-Gel-Antigen Mischungen auf Papier aufgebracht und getestet. Bei positivem Nachweis wurde die Alterung der Beschichtung wie oben beschrieben weiter untersucht. In der folgenden Tabelle ist dies beispielhaft für eine Variante des Sicherheitsmerkmals (G3-C10: Sol-Gel G3 mit 0,02% Antigen 1) dargestellt. Das Sicherheitsmerkmal ist nach Auftrag mindestens 4 Monate haltbar.
positiv
Bei der Prüfung der Schichten der gealterten Sol-Gele mit Antigen zeigte sich, dass sich die Oberflächenspannung dieser über die Lagerungsdauer stark verändert. So ist bei G3-C10-W16, also nach 4 Monaten Lagerzeit der Sol-Gel-Antigen Mischung, ein starkes Spreiten des Wassers auf der damit beschichteten Oberfläche zu beobachten. Dies ist auf die Reifung der Sol-Gele zurückzuführen, die im Laufe der Zeit immer hydrophiler werden. Die Messung der Oberflächen-spannung der beschichteten Muster bestätigt diesen Umstand:
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0
Papier G3-C10-W0 G3-C10-W4 G3-C10-W8 B2-C20-W0 B2-C20-W4 B2-C20-W8 B2-C20-W12
Oberflächenspannung [mN/m]
disperser Anteil polarer Anteil G3-C10: 0,02% Antigen 1 in Sol-Gel G3
B2-C20: 0,04% Antigen 2 in Sol-Gel B2
So erhöht sich die Oberflächenspannung – vor allem der polare Anteil – der Beschichtung, je länger das Sol-Gel gelagert ist. Die Funktionalität des Sicher-heitsmerkmals wird durch die Lagerung zwar nicht zerstört, für den kommerziel-len Einsatz sollte aber aufgrund der Benutzerfreundlichkeit hinsichtlich des Nachweises auf den Einsatz der Druckfarbe nach 2 Monaten Lagerzeit verzichtet werden.
Beständigkeit des Sicherheits-merkmals
Neben der Lagerstabilität und Funktionalität des Sicherheitsmerkmals ist auch die Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit, UV, Chemikalien und Witterung ein wichtiger Punkt gerade im Hinblick auf das geplante Einsatzgebiet (Verpackun-gen) des Sicherheitsmerkmals.
Freilandbewitterung (3 Monate, Nordwestausrichtung):
Die eigentliche Sol-Gel-Schicht zeigte keine signifikanten Qualitätsmängel. Das Antigen konnte jedoch nicht mehr nachgewiesen werden. Durch den Regen wurde das Antigen aus der Sol-Gel Schicht ausgewaschen. Dies war zu erwar-ten, da die Wasserlöslichkeit von Antigen 1 für den eigentlichen Nachweis genutzt wird.
UV-Bestrahlung (2 Wochen, 245nm)
Sowohl die Sol-Gel Schichten als auch das untersuchte Antigen (Antigen 1) wurden durch die UV-Bestrahlung nicht beeinträchtigt.
Feuchte- und Chemikalienbeständigkeit (1h, getränkter Wattebausch):
Die Sol-Gel Schichten zeigten sich sehr beständig gegenüber Säuren und Wasser. Auch gegenüber Alkoholen wie sie im Druckprozess genutzt werden, konnte eine gute Beständigkeit der Sol-Gele beobachtet werden. Die Muster mit Antigen in der Sol-Gelschicht zeigten bei Wasser wie auch schon beim Bewitte-rungstest einen Verlust der Funktionalität. Bei Säuren und Alkoholen dagegen blieb die Funktionalität erhalten.