JP2012123004A - 発光マーカのトレースを使用する産業プロセス材料の高分解能追跡 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】極微量の発光マーカ1は材料制御、目録制御、在庫制御、プロセス制御、論理制御、品質制御、汚染制御のうちの少なくとも1つにおいて産業プロセス材料7を追跡、識別または認証するために使用される。
【選択図】図1
Description
その内部および/または上に極微量の発光マーカを選択的に組み込むことによって産業プロセス材料上に特有の発光応答特性を与え、
その特有の発光応答に対応するフィールドの元の位置または現場で産業プロセス材料からの発光応答を検出することにより、その複数のライフサイクル段期間中に産業プロセス材料を識別または認証するステップを含んでいる。
産業プロセス材料および/またはそれから形成された製品、部品または構造的に与えられた特有の発光応答をフィールドの元の位置または現場で検出するように構成されているポータブル発光読取装置と、
産業プロセス材料、製品、部品および/または構造物に関する情報と、それらの対応する与えられた特有の発光応答特性とを関連して記憶するデータベースと、
ポータブル発光読取装置により検出された発光応答と、データベース中に記憶された与えられた特有の発光応答特性とをプロセッサに比較させ、産業プロセス材料、製品、部品および/または構造物を識別するプロセッサ命令を含んでいるシステムを提供する。
ここで使用されているように、用語「発光マーカ」は先の熱ではないエネルギの伝導の結果として蛍光または燐光(光の放射)を表示する材料または材料の混合物を意味している。例えば発光材料が本発明の任意の方法にしたがって産業プロセス材料の上やその中へ組み込まれる場合、その産業プロセス材料は発光材料により「マーク」されたと言う。このようにして、発光材料はその特定の産業プロセス材料の「発光マーカ」として作用している。このマーカは産業プロセス材料の中や上へ組み込まれるときそれぞれ特有の発光応答特性を与える1以上の発光材料から選択されることができる。このようにして極微量の発光マーカはその産業プロセス材料に対して特有のアイデンティティを与える。それぞれ発光マーカを含んでいる1以上の発光材料は、例えばそれらの励起および放射周波数と強度のような特有の発光プロフィールを利用することによって、特有のアイデンティティを提供するように選択されることができる。発光マーカはそれ故、特有の発光放射および/または励起プロフィールを個別または集合的に有する1以上の発光材料を含むことができる。
a)以下の物を含む発光有機材料
芳香族および異種芳香族モノマー:例えばピレン、アンスラセン、ナフタレン、フルオレセイン、クマリン、ビフェニル、フルオランテン、ペリレン、フェナジン、フェナントレン、フェナントロジン、アクリジン、キノリン、ピリジン、プリムレン、ハロゲン化プロピジニウム、テトラゾール、マレイミド、カルバゾール、ローダミン、ナフトール、ベンゼン、ハロゲン化エチジウム、エチルビオローゲン、フルオレスカミン、ペンタセン、スチルベン、p−テルフェニル、ポルフィリン、トリフェニレン、ウンベリフェロンと、それらの誘導体:例えば9−アンスラセニルメチルアクリラート、2−ナフチルアクリラート、9−ビニルアンスラセン、7−[4−(トリフルオロメチル)クマリン]アクリルイミド、2−アミノビフェニル、2−アミノピリジン、ビス−N−メチルアクリジウム硝酸塩、ジアセチルベンゼン、ジアミノベンゼン、臭化ジミジウム、メチルピレン、2−ナフトール、3−オクタデカノイルウンベリフェロン。
金属複合エミッタ:亜鉛−、金−、パラジウム−、ロジウム−、イリジウム−、銀−、プラチナ−、ルテニウム−、ホウ素−、ユーロピウム−、インジウム−、サマリウム−、広範囲の配位子の一般的な希土類−複合物と、それらの誘導体:ビス(8-ヒドロキシキノラト)亜鉛、(2,2’-ビピリジン)ジクロロパラジウム(II)、(2,2’-ビピリジン)ジクロロプラチナ(II)、クロロビス(2-フェニルピリジン)ロジウム(III)、8-ヒドロキシキノリンアルミニウム塩、リチウムテトラ(8-ヒドロキシキノリアナト)ホウ素、トリス(ジベンゾイルメタン)、モノ(5-アミノフェナントロリン)ユーロピウム(III)、トリクロロトリス(ピリジン)イリジウム(III)。他の例が化学雑誌(“Metallated molecular materials of fluorene derivatives and their analogues”:Coordination Chemistry Reviews Volume:249、2005年5月9-10日発行、971-997頁)と(“Luminescent molecular sensors base on analyte coordination to transition-metal complexes”:Coordination Chemistry Reviews Volume:233-234、2002年11月1日発行、341-350頁)に記載されている。
酸化物:例えばCao:Eu、Cao:Eu,Na、CaO:Sm、CaO:Tb、ThO2:Eu、ThO2:Pr、ThO2:Tb、Y2O3:Er、Y2O3:Eu、Y2O3:Ho、Y2O3:Tb、La2O3:Eu、CaTiO3:Eu、CaTiO3:Pr、SrIn2O4:Pr,Al、SrY2O4:Eu、SrTiO3:Pr,Al、SrTiO3:Pr、Y(P,V)O4:Eu、Y2O3:Eu、Y2O3:Tb、Y2O3:Ce,Tb、Y2O3S:Eu、(Y,Gd)O3:Eu、YVO4:Dy。
a)構造物に使用される材料には以下のものが含まれている。
コンクリート、
セメント、
木材、
加工木材、
粘土および粘土製品、
ガラス、
構造用プラスティックおよびポリマー、
装飾用プラスティックおよびポリマー、
密封用プラスティックおよびポリマー、
複合材料、
セラミック、
金属および金属合金、
石膏、
ビチューメン、
アスファルトおよびアスファルトコンクリート、
塗料、
塗料のような錆止め材料、
シリコン、
構造用繊維。
ゴム、加硫ゴムおよびそれらの化合物、
シリコン、
プラスティック、
複合材料、
エポキシ、
セラミック材料およびセラミック複合物、
ブレーキのパッドに限定されないがそのような化合された材料、
接着剤、糊、(ビークル)セメント、
金属および金属合金、
ガラス、
ポリカーボネート、
塗料、下塗り、プリマー、
研磨化合物、艶出し、シーラントのような仕上げ剤、
汚染防止材料および化合物、
低摩擦材料および化合物、
帯電防止化合物、
潤滑剤、
冷却材料および化合物、
圧媒液、
錆止め添加物および化合物、
繊維。
メモリカードおよび電子チップだけに限定されないがそのような取外し可能な媒体用の基板として使用されるプラスティックおよびポリマーと複合物、
コンピュータ、電話機、電池、プラスティック用品およびコンポーネント、玩具のためのベース材料として使用されるプラスティックおよびポリマーと複合物、
ガラス、
構造目的の複合材料、
エポキシ、
糊、
セラミック、
半導体、
繊維。
セラミック、
プラスティック、
ポリマー、
複合材料、
回路板、プロセッサ、メモリチップのようなコンポーネント。
紙、
厚紙、
プラスティック、
繊維。
汎用化学製品と日用品材料として使用されるバルクな材料、
推進剤、
エネルギ材料、
政治的に注目されている材料および化学物質、
シアン化物、
前駆化学物質、
核物質、
アグリゲート、
鉱石および加工された鉱石および半分加工された鉱石、
硝酸アンモニウム、
他の硝酸塩、
殺虫剤、除草剤、他の潜在的に危険な材料、
土壌改良剤、
洗浄剤、
日用品取引場で取引される鉱物および農業用品。
医薬品およびそれらの前駆物質、
食品添加物および製品、
化粧品、
アルコール。
多数のバッチを含んでいる大きなコンクリート構造の明白なバッチおよび製造業者の割当てを助けるために、発光マーカを形成するために異なる量による多数の異なる発光材料が前述したタイプの多様で複雑なコードを生成するために使用され、それによってコンクリートの異なるバッチを弁別することができる。注入されたコンクリートの強度は延長された乾燥時間(典型的に3ヶ月)後にのみ決定されることができるので、仕様に達しないコンクリートバッチが正確に発見され、その範囲を定められ、必要ならば交換される。
木材片は1以上の発光材料からなる発光マーカが保存処理期間中に木材へ組み込まれるように加工されることができる。したがって、例えば家のフレームに存在する木材片はいつでも使用される加工のタイプと、加工の成功を外部および内部の両者で査定するため検査されることができる。さらに発光マーカは木材の生産元である加工会社または農場と、任意の他の所望の種々の場所で指示を与えるために使用されることができる。
新しく抽出された鉱石、例えば鉄鉱石は発光マーカの適切な溶液でスプレーすることによりマークされることができる。極微量の発光マーカは鉱石に浸透しおよび/または付着する。その鉱石はその後、少しずつ鉄道車輌に積まれ、鉱物処理センタへ輸送される。処理センタは他の鉱物により使用されることができる。鉄道での輸送後、鉱石は全ての他の鉱山の鉱石を含んでいる鉱物置場に置かれる。別々の鉱物からの鉱石は僅かに異なる状態下で処理されることが必要とされる可能性があるので、各鉱石のバッチの原産地の追跡が重要である。処理の直前に、鉱石は発光マーカの存在を確かめるために検査されることができ、それによってその原産地とその最適な処理条件を識別する。処理技術はその後マークされた鉱石を処理するときの効率性のための最適にされる。
1以上の発光材料からなる発光マーカが選択され、これは天然または合成繊維、糸、撚糸等に強力に結合する。特定の染色工場内では、発光マーカは撚糸、糸等を着色するために使用される染料内で低レベルで含ませることができる。これらの染料で処理されるとき、撚糸および糸は発光マーカと強力に結合することが好ましい。本発明のポータブル読取装置を使用して、繊維、撚糸、糸上の発光マーカの存在は決定的におよび明白に決定されることができる。
食品添加物として使用するように承認されたそれぞれ1以上の発光材料からなる発光マーカは食料または食品内、或いは大量生産される薬または医薬品内またはその上に組み込まれることができる。発光材料の微量の組込みは、必要なときに、材料についての情報、例えば製造日時、バッチ番号、製造方法、梱包方法、製造業者のアイデンティティを含めたこれらの産業プロセス材料に関する基本的または詳細な情報を提供するために使用されることができる。これは発光マーカを含む発光材料の各組み合わせに特有の識別アドレスを割当てることにより実現されることができる。このアドレスはデータベース中の前述の詳細に接続されることができる。その後の発光材料を含んでいる特定の食品、薬または医薬品に関する健康および安全性の問題は、材料内に明白に埋設された情報を使用して調査されることができる。
凶悪な目的の危険性のために、爆弾製造に使用されることのできる材料はそれらの製造、分配、保管と、それらの物理的使用と爆弾製造に適切な形態への転用点を含めた点までの全ての段階で緊密に監視されなければならない。このような供給はプラスティック爆弾のような軍事用爆発物から硝酸アンモニウムのような肥料までの範囲にわたる広い多様性の潜在的な爆発材料を含んでいる。このことに関する重要な問題は別の同じサンプルから爆発物または潜在的な爆発材料の1サンプルを弁別することである。したがって、爆発(または潜在的な爆発)材料の物理的な製造は多数の同じサンプルの製造を伴い、これらは集合的に保管され、カウントされ、分配される。各サンプルは次のサンプルと同じであるので、在庫調べ中に二重にカウントされるか全くカウントされない可能性が高く、それによって無許可の転用が検出されないことが可能である。その代わりに、製造の直後であるが最初の在庫調べの前に凶悪な目的で転用され、したがってその存在と不存在が認識されない結果を生じる可能性がある。このような場合、爆発材料の転用されたサンプルはこれが製造されていないかのようにみなされ扱われる可能性がある。別の可能性は、凶悪な目的で転用されている爆発物のサンプルが同じ外観の偽材料で置換されることがあり、その非爆発特性はそのかなり後まで検出されず、検出されたときには製造および分配チェーンの何処でそれが転用されたかを決定することができない。爆発材料のサンプルの1つが次のサンプルと弁別可能ではないために、これらの全てに可能性が生じる。
エアロゾル吹付け塗装は、不法な落書きの作品、即ち別人が所有する物に対して塗装が行われる汚損の形態で広く使用されている。落書きを禁じ、このような汚損の犯人を識別するために、吹付け塗料の個々の缶には法律量の1以上の異なる発光材料からなる発光マーカを組み込むように作られることができ、それによって各個々の缶に前述のタイプの特有の識別アドレスを与える。個々のエアロゾル吹付け缶の購入者の登録を維持し、(前述の読取装置を使用して)落書きの作品で使用される塗料のアドレスを決定することによって、使用された吹付け塗料の個々の缶と、さらにそれを購入した人物を識別することが可能になる。このようにして、その不法な使用を監視し、検出し、防止するために吹付け塗料の個々の各缶の分配チェーンを監視することが可能になる。
産業金属の特性はしばしば合金マトリックス中に存在する極微量の材料の存在に依存する事実により、マーキングにおいては産業金属は特別な問題を提起する。それぞれ1以上の発光材料を含んでいる法律量または極微量の発光マーカを金属合金に組み込むことでさえも金属の所望の特性に干渉する可能性がある。さらに、金属のバルク特性もまたそれらの結晶構造および結晶の方位により非常に影響される。再度述べると、1以上の発光材料または他の粒子を含む法定量または極微量の発光マーカを合金マトリックスに含ませることは金属の所望の結晶構造と干渉し、不所望な方法でバルクな金属の特性に影響する可能性がある。
図1は産業プロセス材料7中および/またはその上に組み込まれる発光マーカ1のフィールドまたは現場追跡のためのシステム100を示している。発光マーカ1が波長F1の光で照射されるとき、これは特有の波長f11を含んでいるスペクトル2で発光する。産業プロセス材料7中またはその上に組み込まれる発光マーカ1の存在を検出するため、材料7はF1で照射され、材料7により放射される任意の光は集められ、これが波長f11の光を含んでいるか否かを調べるために検査される。このような動作を行うため、ポータブルな発光読取装置3が使用されることができる。読取装置3では、光源4は取付けられたコンピュータ12により要求されたとき波長F1の光を発生する。コンピュータ12は少なくとも1つのプロセッサ(図示せず)と、その少なくとも1つのプロセッサにより実行可能なプロセッサ命令とを含んでいる。随意選択的に、光源4はまたコンピュータ12により命令されるときに他の波長F2、F3、F4…Fmの光を発生することができる。光源4により発生された光は随意選択的に光ファイバまたは光ファイバエレメントの束5により集められ転送される。その代わりに読取装置3は光ファイバコレクタ5が視線の構成により置換されるように構成されることができ、視線の構成では光は光源4によって材料7へ直接転送される。
以下の実施例1−3では、発光マーカ1はピレンであり、これは波長337nm(これらの例の目的ではF1)の光を吸収し、特徴的な波長367nm(これらの例の目的ではf11)で発光する。発光マーカ2はAgで活性された硫化亜鉛であり、これは波長337nm(F1)の光を吸収し、451nm(これらの例の目的ではf12)で特徴的に光を放射する。発光マーカ3はMnで活性化されたマグネシウムフルオロゲミネートであり、これは波長337nm(これらの説明の目的ではF1)の光で照射されたとき、425nm(これらの例の目的ではf14)で特徴的に放射する。
発光マーカ1(15グラム)が1500グラムのポリマー、ポリメチルメタクリル酸メチル(PMMA)を含んでいるジクロロメタン溶液で溶解される。この溶液は商用の噴霧乾燥器を使用して噴霧乾燥され、1%wt/wt比を含んでいる微細なポリマービーズでカプセル化された発光マーカ1を与える。極微量の発光マーカ1(150グラムのPMMAポリマー内で1.5グラム)は2リットルの水で懸濁され、ミキサトラック13内のコンクリートの単一のバッチ(7立方メートル)に付加される。ミキサはレデーミクスコンクリート産業で標準的であるように最大の回転で4分間動作される。ミキサはその後低速度の回転に設定され、トラックはコンクリートバッチが再度最大の回転で2分間混合される注入場所へ進む。注入と硬化の後、コンクリートバッチの正確な位置とコンクリートの他の注入されたバッチ内の境界は読取装置によりコンクリートの表面を検査することにより決定されることができる。読取装置は図1に示されているような構成であり、F1を生成するように同調され、f11を検出するために調節される。読取装置はラップトップコンピュータと、オーシャンオプティックス社により供給されるUSB2000小型化分光光度計と、レーザーサイエンス社により供給され、光ファイバコネクタと適合されるVSL−337小型化UVレーザと、Systron-Donner社により供給されるデータパルス100Aパルス発生器と、(励起および放射光を伝播するための)QBIF−400−UV−V15として構成されオーシャンオプティックスにより供給される400nmミクロンの厚さの二又光ファイバケーブルからなる。光ファイルケーブルは光ファイバの2つの層、即ち周囲に外部束が構成されている内部束を含んでいる。外部束の終点はレーザに固定された光ファイルへプラグ接続される。内部束の終点は分光光度計に適合された光ファイバにプラグ接続される。プローブのヘッドには、円錐状のゴムのスリーブからなるキャップが適合されている。キャップの円錐状のゴムスリーブ部の下部近くには、第2の広いゴムの円錐が取付けられている。この円錐は一連の同心の円形ゴムリップ部を含んでおり、それぞれ読取ヘッドがサンプル表面に対して加圧されるときに周囲光を遮断することができる。読取装置の動作はオーシャンオプティックス社により供給されるOOIBase37(商標名)オペレーティングソフトウェアを使用して制御される。検出はコンクリートの表面にわたって読取装置のヘッドを滑動することにより実現される。F1による照射時にコンクリートの放射スペクトルのF11が存在することは、バッチの物理的位置を示している。発光材料1を含まない他のバッチはF1による照射時に明白な信号f11を発生しない。
木材製品は発光マーカ4によりマークされる。発光マーカ4はホワイトスピリットおよび強力で溶解可能な殺虫剤からなる商用の木材防腐液中で0.003%のwt/wt比で溶解される。結果的な混合物は防腐剤および極微量の発光マーカ4を含んでいる。
エアロゾルが推進剤、クリア、自然乾燥ラッカーまたはエナメル、および発光ラッカー1または4により重量で0.5%(即ち内容物の100グラム当り0.5g)で充填される。エアロゾルのパッケージに使用されるマシンは専売のColorPak 300gエアロゾル塗料充填システムであり、これは溶剤と推進剤の予めパックされた混合物と共に、空気圧で動作されるエアロゾル充填マシンからなる。所有物はエアロゾルにより吹付けられ、ラッカー/塗料は乾燥を可能にされる。波長f11とf14の識別は所有物の表面を覆って(例1で説明したように波長F1を放射する)読取装置を使用することにより検出される。
Claims (30)
- 発光材料マーカを周囲光の存在する中では光学的に検出可能であるには不十分であるがフィールド中または現場位置では非破壊的に光学的に検出可能である極微量で、産業プロセス材料上および内部の少なくとも一方に選択的に組み込ませ、前記極微量の発光マーカは材料制御、目録制御、在庫制御、プロセス制御、論理制御、品質制御、汚染制御の少なくとも1つに対して産業プロセス材料を追跡、識別または認証するために使用される産業プロセス材料のマーキング方法。
- 産業プロセス材料は固有視覚識別力が低い、標準化され、および/または画一化された固体、液体または気体媒体である請求項1記載の方法。
- 産業プロセス材料はセメント、コンクリート、木材、鉱石、プラスティック、繊維、食品、塗料、金属、爆発前駆物質、爆発材料の少なくとも1つである請求項1または2記載の方法。
- 発光マーカは個別または集合的に特有の発光放射および/または励起プロフィールを有する1以上の発光材料を含んでいる請求項1乃至3のいずれか1項記載の方法。
- 発光マーカの極微量の量は産業プロセス材料の質量の10億分の1から約1%未満の範囲である請求項1乃至4のいずれか1項記載の方法。
- 発光マーカの極微量は産業プロセス材料の生物学的試験には使用されない量である請求項1乃至5のいずれか1項記載の方法。
- 発光マーカは約250nmから365nmの波長範囲を有する光放射を使用して光学的に検出可能である請求項1乃至6のいずれか1項記載の方法。
- 発光マーカはポータブル発光読取装置によりフィールドの位置または現場で光学的に検出される請求項1乃至7のいずれか1項記載の方法。
- 複数のライフサイクル段階を通して産業プロセス材料を追跡する方法において、
内部および/または表面上に極微量の発光マーカを選択的に組み込むことによって産業プロセス材料上に特有の発光応答特性を与え、
その特有の発光応答特性に対応するフィールド中の位置または現場で産業プロセス材料からの発光応答を検出することにより、その複数のライフサイクル段期間中に産業プロセス材料を識別または確認するステップを含んでいる方法。 - 産業プロセス材料は固有視覚識別力の低い、標準化され、および/または画一化された固体、液体または気体の媒体である請求項9記載の方法。
- 産業プロセス材料はセメント、コンクリート、木材、鉱石、プラスティック、繊維、食品、塗料、金属、爆発前駆物質、爆発材料のうちの少なくとも1つである請求項8または10記載の方法。
- 発光マーカは個別または集合的に特有の発光放射および/または励起プロフィールを有する1以上の発光材料を含んでいる請求項9乃至11のいずれか1項記載の方法。
- 発光マーカの極微量の量は産業プロセス材料の質量の10億分の1から約1%未満の範囲である請求項9乃至12のいずれか1項記載の方法。
- 発光マーカの極微量は産業プロセス材料の生物学的試験には使用されない請求項9乃至13のいずれか1項記載の方法。
- 発光マーカは約250nmから365nmの波長範囲を有する光放射を使用して光学的に検出可能である請求項9乃至14のいずれか1項記載の方法。
- 発光マーカはポータブル発光読取装置によりフィールドの位置または現場で光学的に検出される請求項9乃至15のいずれか1項記載の方法。
- 特有の発光応答特性は産業プロセス材料に対応する特有のコードを表している請求項9乃至16のいずれか1項記載の方法。
- 前記特有のコードはさらに1以上の予め定められた発光検出パラメータおよび/または発光検出アルゴリズムにより表される請求項17記載の方法。
- 前記特有のコードはさらに、発光マーカを含む対応する複数の発光材料にそれぞれ関連される複数の発光放射および/または励起プロフィールの相対的な存在および/または不存在により表される請求項17または18記載の方法。
- 産業プロセス材料に関連される情報およびその与えられた特有の発光応答特性は関連されてデータベースに記憶される請求項9乃至19のいずれか1項記載の方法。
- 産業プロセス材料の複数のライフサイクル段階が生の材料の捕捉、処理、製造、処方、輸送、分配、使用、再使用、メンテナンス、リサイクル、破棄、廃棄物管理の少なくとも2つを含んでいる請求項9乃至20のいずれか1項記載の方法。
- さらに、製品、部品または構造物に損傷を与えずに産業プロセス材料から形成された製品、部品または構造物を追跡するステップを含んでいる請求項9乃至21のいずれか1項記載の方法。
- 産業プロセス材料は複数のバッチで捕捉または処理され、特有の発光応答特性はその目録制御または在庫制御を可能にするために産業プロセス材料の個々のバッチについて与えられる請求項9乃至22のいずれか1項記載の方法。
- 産業プロセス材料および/またはそれから形成された製品、部品または構造物に与えられた特有の発光応答特性をフィールドの位置または現場で検出するように構成されているポータブル発光読取装置と、
産業プロセス材料、製品、部品および/または構造物に関する情報と、それらの対応する与えられた特有の発光応答特性とを関連して記憶するデータベースと、
ポータブル発光読取装置により検出された発光応答と、データベース中に記憶されている与えられた特有の発光応答とをプロセッサに比較させ、産業プロセス材料、製品、部品および/または構造物を識別するプロセッサ命令を含んでいるシステム。 - 分光計光源と分光計検出器とを含み、これらの光路はサンプル領域を規定する開口を有する不透明なシュラウド中に共通して配置されているポータブル発光読取装置において、分光計光源と分光計検出器はサンプル領域では実質的に焦点面が同一であり、不透明なシュラウドは開口が実質的にサンプルにより閉塞されているとき分光計検出器から周囲光を実質的に遮蔽するポータブル発光読取装置。
- 分光計光源は約250nmから365nmの波長範囲を有する少なくとも1つの発光ダイオード(LED)を含んでいる請求項25記載のポータブル発光読取装置。
- 不透明のシュラウドは産業プロセス材料またはそこから形成された製品、部品および/または構造物のサンプルを実質的にカプセル化するように適合可能である請求項25または26記載のポータブル発光読取装置。
- 添付図面および/または実施例を参照にして記載されている方法。
- 添付図面を参照して実質的に記載されているシステム。
- 添付図面および/または例を参照して実質的に記載されているポータブル発光読取装置。
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