Cada vez más se generaliza en todo el mundo el uso de los códigos QR. Precisamente, sobre el tema de la seguridad en la utilización de estos elementos, un estimado colega nos comparte el presente artículo, publicado el 14 de julio de 2023 en el boletín de noticias de la Universidad de Nagoya y traducido por nosotros para este espacio. Veamos qué nos informan al respecto…

Un grupo de investigación dirigido por la Dra. Jialei He de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Nagoya ha desarrollado un método para procesar cristales líquidos colestéricos (CLC) en partículas esféricas del tamaño de un micrómetro.

Los CLC son un tipo de cristal líquido que posee una estructura helicoidal, lo que les otorga propiedades ópticas únicas y la capacidad de reflejar la luz de forma selectiva. Al combinar partículas CLC esféricas con pigmentos disponibles en el mercado, los investigadores desarrollaron un código QR antifalsificación único que solo se puede mostrar bajo un polarizador circular específico. Los resultados fueron publicados en la revista Advanced Optical Materials.

Los CLC son un ejemplo de cómo se puede utilizar la naturaleza en la ingeniería. Si alguna vez ha notado las alas iridiscentes de las mariposas o la capa brillante en los exoesqueletos de los escarabajos, ha visto lo que pueden hacer los CLC. Una vez identificados, los CLC que imitan las unidades que generan los colores de los exoesqueletos de los escarabajos se sintetizan en el laboratorio debido a sus colores y propiedades inusuales, que se encuentran entre líquidos y cristales.

Particularmente útiles son las propiedades ópticas de los CLC. Muestran colores inusuales debido a su estructura molecular única y propiedades ópticas que conducen a la reflexión selectiva de la luz en longitudes de onda específicas. Los CLC consisten en moléculas largas que se repiten en forma de hélice. En la hélice, la distancia vertical desde donde una región gira y se repite se denomina "paso".

Si la hélice tiene unidades repetitivas que están muy juntas, el cristal líquido tiene un paso corto y refleja longitudes de onda de luz más cortas, emitiendo colores azul y violeta. Sin embargo, aquellos con un espacio vertical más largo tienen longitudes de onda más largas, lo que lleva a colores rojos o naranjas.

Para complicar aún más las cosas, debido a que las moléculas que componen el cristal están dispuestas en una hélice, el color puede cambiar dependiendo de la orientación del espectador hacia la hélice. Por lo tanto, un número infinito de colores son posibles dependiendo de cómo se mire el cristal líquido.

Para utilizar los CLC de manera más eficaz, los investigadores fabrican partículas CLC esféricas. Estas partículas son esféricas e incluyen la hélice en una matriz 3D para que los científicos puedan controlar mejor su coloración. Sin embargo, un problema importante es el tamaño. Los métodos actuales crean partículas CLC esféricas de 100 micrómetros, que son demasiado grandes para la mayoría de los usos.

Para abordar este problema, los investigadores Jialei He  y Yukikazu Takeoka de la Universidad de Nagoya y sus colegas usaron una mezcla de solventes para crear partículas CLC esféricas con un tamaño de partícula controlado de unos pocos micrómetros usando una técnica llamada polimerización por dispersión.

Dado que las muestras se tomaron a temperatura ambiente, fue difícil descubrir la nueva técnica. "La prueba de la muestra fue un momento particularmente desafiante debido a la suavidad de las muestras a temperatura ambiente, que es una propiedad inherente a los CLC", dijo el Dr. He. "En consecuencia, se requirió un esfuerzo considerable para encontrar un método apropiado para caracterizar las muestras sin causar ningún daño".

Dado que el tono del cristal líquido colestérico de las partículas CLC esféricas de este tamaño varía con la curvatura de las partículas, los investigadores hicieron que las partículas fueran esféricas con una distribución de tamaño uniforme. Esto se conoce como una esfera monodispersa.

"Durante el experimento, inesperadamente descubrimos que el tamaño de las partículas de las microesferas influía significativamente en el color estructural resultante. Podríamos producir una variedad de colores dependiendo del tamaño de las partículas", comentó la Dr.a He. "También descubrimos que cubrir las partículas CLC esféricas con el polímero polidimetilsiloxano mejoró la coloración y la estabilidad térmica".

Una aplicación potencial para esta investigación es la creación de códigos QR más seguros que no se pueden replicar. Podrían crearse aprovechando una característica de los CLC llamada quiralidad. La quiralidad se refiere a la propiedad de un objeto o molécula de que no se puede superponer a su imagen especular debido a una asimetría.

Los CLC son quirales y tienen actividad óptica, por lo que se podría crear un código QR antifalsificación combinando el color de las partículas esféricas de CLC con pigmentos no quirales disponibles en el mercado. El código solo se puede leer cuando se usa un polarizador circular específico que permite el paso de la luz no quiral pero no la luz quiral del código QR.

"El desarrollo de partículas CLC esféricas resultante de esta investigación brindará nuevas posibilidades para funciones de color estructural de bajo costo diferentes a las de los materiales de color convencionales", dijo el Dr. Takeoka. "Además de ser un pigmento funcional especial para la lucha contra la falsificación, también se puede usar para otras aplicaciones que aprovechan el color estructural polarizado circularmente con poca dependencia del ángulo".

Fuente: https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result-en/2023/07/20230719-01.html