WO2020200911A1 - Verfahren zur detektion und/oder identifikation magnetischer suprapartikel mittels magnet-partikel-spektroskopie oder magnet-partikel-bildgebung - Google Patents

Verfahren zur detektion und/oder identifikation magnetischer suprapartikel mittels magnet-partikel-spektroskopie oder magnet-partikel-bildgebung Download PDF

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WO2020200911A1
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magnetic
supraparticles
nanoparticles
basic shape
objects
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PCT/EP2020/058135
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Karl-Sebastian MANDEL
Stephan MÜSSIG
Susanne WINTZHEIMER
Florian Fidler
Daniel Haddad
Karl-Heinz Hiller
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Universität Würzburg, Chemische Technologie der Materialsynthese
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    • G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G01R33/1276—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids of magnetic particles, e.g. imaging of magnetic nanoparticles
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    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/0515—Magnetic particle imaging

Definitions

  • the present invention relates to a method for the detection and / or identification of magnetic super-particles by means of magnetic-particle spectroscopy
  • MPS magnetic particle imaging
  • MPI magnetic particle imaging
  • magnetic supraparticles are provided, each containing a large number of magnetic nanoparticles and having a certain composition and / or structure, the magnetic supraparticles are exposed to at least one magnetic field, whereby depending on the magnetic moment of the magnetic supraparticle, at least one voltage and / or a voltage curve is induced, the at least one voltage and / or the voltage curve being detected as at least one measurement signal, from which at least one measurement signal is used to generate at least one spectrum which ches contains harmonics, each having an amplitude and a phase, and the magnetic superparticles are (unambiguously) detected and / or identified using the at least one generated spectrum.
  • the present invention also relates to the use of the method according to the invention for the detection and / or identification of objects.
  • Particle-based object identification to address the "4N" (traceability, traceability, sustainability, protection against imitation) and to be able to meet the various requirements.
  • contrast media for improved imaging are among others of particular importance in computed tomography (CT) or magnetic resonance tomography (MRI).
  • CT computed tomography
  • MRI magnetic resonance tomography
  • Intensive research is carried out here on multimodal contrast media, which are often based on nanoparticles. Work on complex particles made up of nanoparticles with different physical signaling behavior or signal influencing behavior are known from this research field.
  • Magnetic particle imaging (“Magnetic Particle Imaging”, MPI) is also known from the field of biomedical imaging.
  • WO 2012/001579 A1 describes the production of magnetic nanoparticles for use as imaging markers or tracers , detectable by means of MPI.
  • MPS Magnetic particle imaging
  • Composite particles e.g. magnetic composite particles, magnetic composite particles with luminescent, degradable metal-organic framework compounds or magneto-optical rods are known. However, it is not proposed to use these particles as coding objects in an identification or detection method.
  • the object of the present invention was to specify a method for simple and precise detection and / or identification of particles.
  • a) magnetic supraparticles which each contain a large number of magnetic nanoparticles and have a certain composition and / or structure,
  • the magnetic super particles are exposed to at least one magnetic field, whereby at least one voltage and / or one voltage curve depending on the magnetic moment of the magnetic super particles is induced, with the at least one voltage and / or the voltage curve being detected as at least one measurement signal,
  • At least one spectrum is generated from the at least one measurement signal which contains harmonics each having an amplitude and a phase
  • the magnetic supraparticles are detected and / or identified using the at least one generated spectrum.
  • magnetic particle spectroscopy MMS
  • MPI magnetic particle imaging
  • magnetic supraparticles are first provided which each contain a large number of magnetic nanoparticles and have a specific composition and / or structure.
  • Supraparticles are generally understood to mean particles that are each made up of smaller particles.
  • the supraparticles can be microparticles that are each made up of nanoparticles.
  • the supraparticles provided in step a) contain a large number of magnetic nanoparticles.
  • the supraparticles are magnetic supraparticles.
  • the magnetic supraparticles have a magnetic moment.
  • the magnetic supraparticles have a certain (ie a predetermined or defined or known) composition and / or structure.
  • composition and / or structure of the Sup rapumble used can ultimately be selected as desired. However, it is crucial that it has a clearly defined and therefore known composition and / or structure.
  • Composition is preferably also understood to mean a defined quantitative ratio of the nanoparticles from which the supraparticles are made up. Under the structure of the magnetic supraparticles, the structural Understood tural arrangement of the components of the composition of the magnetic supraparticles.
  • the composition and structure of the magnetic superparticles influence their magnetic properties, ie also their magnetic moment and their magnetization behavior. Magnetic supraparticles with a certain composition and / or structure thus have characteristic magnetic properties that can be determined with the aid of suitable determination methods, such as magnetic particle spectroscopy or magnetic particle imaging.
  • step b) of the method according to the invention the magnetic superparticles provided in step a) are exposed to at least one magnetic field.
  • at least one voltage and / or a voltage curve is induced depending on the magnetic moment of the magnetic supraparticle.
  • This at least one induced voltage and / or this at least one induced voltage profile is then detected as at least one measurement signal. Due to the specific composition and / or structure of the magnetic supraparticles, they have a characteristic magnetic moment, which is why in step b) a voltage characteristic of the magnetic supraparticles used or a voltage curve characteristic of the magnetic supraparticles used is induced and thus also a a characteristic measurement signal for the magnetic supraparticles used is generated and detected.
  • the magnetic super particles can be exposed to different magnetic fields, these being for example different static and / or time-dependent magnetic fields.
  • step b) the magnetic superparticles are exposed to a magnetic field, as a result of which, depending on the magnetic moment of the magnetic superparticles, a voltage is induced which is detected as a measurement signal.
  • step c) of the method according to the invention at least one spectrum is generated from the at least one measurement signal detected in step b).
  • This at least one spectrum contains harmonics, the one Have amplitude and phase.
  • the at least one spectrum is preferably generated by means of Fourier transformation.
  • the at least one measurement signal, which is characteristic of the magnetic supraparticles used, and is detected in step b) is thus converted within step c) into at least one spectrum which is characteristic of the magnetic supraparticles used.
  • This at least one spectrum contains harmonics which are characteristic of the magnetic superparticles used.
  • Steps b) and c) can also be repeated one or more times, the magnetic superparticles being exposed to a different magnetic field in each of the various steps b). As a result, a separate measurement signal is obtained for each of the steps b) carried out, from which a separate spectrum is then generated in the respective step c).
  • the magnetic fields used in the various steps b) can be, for example, various static and / or time-dependent magnetic fields.
  • step d) the magnetic supraparticles are finally detected and / or identified on the basis of the at least one spectrum generated in step c) (or the spectra generated in several steps c)). Due to the harmonics of the spectrum characteristic of the magnetic supraparticles used, conclusions can be drawn about the special magnetic supraparticles used in step a). In other words, the magnetic superparticles used can be detected and / or identified, for example, on the basis of the harmonics in the spectrum that are characteristic of these particles.
  • magnetic supraparticles with a certain composition and / or structure have characteristic magnetic properties which, for example, result in characteristic harmonics in a magnetic particle spectroscopy (MPS) or magnetic particle imaging (MPI) lead measured spectrum, on the basis of which the magnetic supraparticles used can be detected and / or identified. It is therefore essential for the method according to the invention that the provided in step a) th magnetic supraparticles have a certain, known composition and / or structure.
  • the magnetic super-particle can, for example, comprise several different types of nanoparticles that differ from one another in terms of their shape and / or size.
  • nanoparticles can be present in a certain quantity ratio to one another, so that a certain composition of the supraparticle results, and can be present in a certain structural arrangement to one another, so that a certain structure of the supraparticle results.
  • the composition and / or structure of the magnetic supraparticle can be determined in such a way that a specific characteristic spectrum or a series of specific characteristic spectra can be obtained by means of magnetic particle spectroscopy or magnetic particle imaging.
  • composition and / or structure by specifying the composition and / or structure, a type of “fingerprint” or “ID” or (unique) “code” can be set for the supraparti, this “fingerprint” or this “ID” or this (Unique) “code” can be detected and / or identified by measurement using magnetic particle spectroscopy or magnetic particle imaging or using the harmonics of the at least one spectrum obtained there.
  • the determined composition and / or structure can thus be inferred on the basis of the at least one spectrum obtained, whereby a detection and / or identification of the magnetic supraparticles used is made possible.
  • the "fingerprint” or the "ID” or the “code” of the magnetic supraparticle can be stored, for example, in a database or a code table, so that an easier detection and / or identification of the particular magnetic supraparticle by a comparison of the measured “fingerprint” or the measured “ID” or the measured “code” with the “fingerprints” or “IDs” or “codes” from the database or the code table.
  • composition or structure of the particles can preferably be determined in such a way that a large number of different “fingerprints” or “IDs” or “codes” can be set for the particles, which can then be clearly identified by means of MPS or MPI
  • different types of supraparticles can be used, each of which has its own specific composition and / or structure so that each have their own “fingerprint” or their own “ID” or their own “code”.
  • fingerprints” or “IDs” or “codes” can be stored in a database or a code table, so that for the detection and / or identification of the specific magnetic super particles, the measured “fingerprint” or the measured “ID” or the measured “code” only with the various “fingerprints” or “IDs” or “codes” "must be matched from the database or the code table.
  • special magnetic particles are uniquely identified by their composition or structure by means of the technique of magnetic-particle spectroscopy or magnetic-particle imaging.
  • Magnetic particle spectroscopy is also available under the names “Magnetization Response Spectroscopy” (see S. Biederer, T. Knopp, T. Sat tel, K. Lüdtke-Buzug, B. Gleich, J. Weizenecker, J. Borgert, T . Buzug, J. Phys. D: Appl. Phys., 2009, 42, 205007), “Magnetic Particle Spectrometry” (MPS) (see K. Lüdtke-Buzug, D. Rapoport, D.
  • MPS Magnetic Particle Spectrometry
  • MPI Magnetic Particle Imaging
  • the MPS or the MPI is an approach that provides the appropriate analysis technology to be able to detect complex particles with a magnetic ID for the first time.
  • the technology of the MPS or the MPI is able to capture a characteristic spectrum from the integral interaction of nanomagnetic components and their structural arrangement. This happens contactless, deeply effective and within a few milliseconds.
  • the measuring principle of MPS or MPI is based on the fact that a magnetic sample is exposed to an alternating magnetic field and the magnetization of the sample following this alternating field is recorded. The magnetization resulting from superpara- and ferromagnetic / ferrimagnetic particles and the resulting signal is non-linear to the course of the applied field. By Fourier transformation of the measurement signal (magnetization response), a spectrum is obtained which shows characteristic harmonics.
  • a sample is exposed to an alternating magnetic field, the magnetic moment of the sample following the external alternating field. This change in the magnetic flux induces a voltage which can be detected by a suitable measurement setup. Since the magnetization behavior of superparamagnetic, ferromagnetic and ferrimagnetic materials is non-linear in relation to the external field, Fourier transformation of the measurement signal generates a spectrum that contains higher harmonic oscillations (harmonics). The harmonics have an amplitude and a phase. Both the amplitude and the phase of one or more harmonics can be used as a characteristic signal.
  • the signal can be generated by setting any measurement parameters. For example, the frequency of the applied magnetic field, the magnetic field strength, the duration of the measurement or the number of measurements on the measuring device can be varied. Several measurements with variable measurement parameters for signal detection are therefore also conceivable and preferably provided.
  • the signals can be determined using measurement parameters as well as physical or chemical ones
  • the code reading can preferably be carried out with the relative amplitude intensity, not with the absolute measured values. This can be done through the characteristic curve of the amplitude intensity as a function of the higher harmonics.
  • One, two or more amplitude intensities of different harmonics can be set in relation to one another so that the decrease or increase in the curves is described.
  • a graph can be described exactly. Code particles can be identified by including errors and preferably by comparing them with, for example, a database or a code table in which the code signals are stored. Additionally or alternatively, absolute values or relative values of the phase of one or more harmonics can be used.
  • Magnetic particles have the property that they can be detected far below the visible range of the electromagnetic spectrum. This has the great advantage that it is possible to read out the particles from the bulk matrix of an optically non-transparent material. This means that the particles can be integrated into a material and do not have to be applied superficially, which means on the one hand that the particles are protected from destruction, cannot be easily removed, and are real, hidden features that are not obvious from the outside are (visually) recognizable.
  • magnetic supraparticles which contain magnetic nanoparticles and have a specific composition and / or structure, as well as the use of magnetic particle spectroscopy or magnetic particle imaging, thus becomes a method for simple and precise detection and / or Get identification of particles, which can be used for a simple and accurate detection and / or identification of objects.
  • the magnetic supraparticles provided in step a) can preferably be produced by means of spray drying.
  • the magnetic nanoparticles are assembled to form the magnetic supra-particles.
  • the magnetic nanoparticles in dispersion can be sprayed as fine (1 ⁇ m to 10 ⁇ m) droplets into a chamber in which there is an elevated temperature by means of an atomizer nozzle, whereupon the solvent (preferably water) evaporates and the magnetic nanoparticles to the agglomerate magnetic supraparticles.
  • solvent preferably water
  • the magnetic nanoparticles can, however, be produced according to another method known to those skilled in the art, for example according to a method selected from the group consisting of emulsion methods, sol-gel methods, microfluidic methods, dry self-assembly Methods, wet-self-assembly methods, self-limited-self-assembly methods and combinations thereof.
  • nanoparticles are understood as meaning particles with a particle size from 0.1 nm to 1000 nm, preferably from 1 nm to 100 nm.
  • the magnetic supraparticles are preferably magnetic microparticles and / or magnetic nanoparticles.
  • a microparticle is understood to mean a particle with a particle size of 0.1 ⁇ m to 1000 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the particle size of the magnetic supraparticles and / or the nanoparticles contained in the magnetic supraparticles can be determined, for example, according to light microscopy, electron microscopy, dynamic light scattering or Fraunhofer diffraction.
  • a preferred variant of the method according to the invention is shown characterized in that the detection and / or identification of the magnetic superparticles in step d) takes place on the basis of the course of the phases of the harmonics of the at least one spectrum and / or on the basis of relative ratios of intensities of the amplitudes of the harmonics of the at least one spectrum.
  • the magnetic supraparticles which contain a large number of magnetic nanoparticles, have a magnetization behavior in the applied alternating field or magnetic field, which, due to the interplay of the components or their structural alignment, results in a characteristic curve of the amplitude intensities and / or the phase of the “higher harmonic orders "/ Harmonics of the magnetic spectrum, measured by MPS or MPI.
  • the magnetic supraparticles each have a particle size of 50 nm to 150 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, and / or
  • the magnetic nanoparticles of the large number of magnetic nanoparticles each have a particle size of 1 nm to 100 nm.
  • the nanoparticles of the large number of magnetic nanoparticles can all (essentially) have the same particle size. However, the nanoparticles preferably have different particle sizes, for example at least two different particle sizes or at least three different particle sizes or at least four different particle sizes.
  • the parti- The particle size of the nanoparticles influences the magnetic properties or the magnetic moment of the supraparticles. The more different particle sizes the nanoparticles from which the supraparticles are composed, the more characteristic, distinguishable spectra can be generated, which increases the number of available "codes".
  • the magnetic nanoparticles of the plurality of magnetic nanoparticles each have a basic shape which is selected from a spherical basic shape, an octahedral basic shape, an ellipsoidal basic shape, a rod-shaped basic shape, a cylindrical basic shape and a cubic basic shape.
  • the nanoparticles of the large number of magnetic nanoparticles can all have the same basic shape.
  • the nanoparticles preferably have different basic shapes, for example at least two different basic shapes or at least three different basic shapes or at least four different basic shapes.
  • the basic shape of the nano-particles influences the magnetic properties or the magnetic moment of the super-particles. The more different basic shapes the nanoparticles from which the supraparticles are made up, the more characteristic, distinguishable spectra that can be generated, which increases the number of available "codes".
  • the nanoparticles of the plurality of magnetic nanoparticles each contain or consist of a material which is selected from the group consisting of ferromagnetic materials, ferrimagnetic materials, superparamagnetic materials and mixtures thereof.
  • the material is particularly preferably selected from the group consisting of iron oxides, ferrites and mixtures thereof.
  • the multitude of magnetic nanoparticles comprises several types, preferably at least three types, particularly preferably at least four types, of magnetic nanoparticles, which differ from one another at least in their particle size, and / or
  • the basic shape preferably being selected from a spherical basic shape, an octahedral basic shape, an ellipsoidal basic shape, a rod-shaped basic shape, a cylindrical basic shape and a cubic basic shape, and / or
  • nanoparticles have different particle sizes and / or basic shapes and / or materials, more characteristic, distinguishable spectra can be generated, which increases the number of available “codes”.
  • the magnetic supraparticles or at least some of the magnetic supraparticles, are hollow spheres.
  • hollow spheres are understood to mean a special structure of the supraparticles, in which the supraparticles merely comprise a hollow shell but no core arranged within this shell.
  • the shell preferably has a thickness of 0.25 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the hollow area arranged inside the shell preferably has a diameter of 5 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the hollow balls used have the advantage that, for example, mechanical pressure or shear forces on the hollow balls can easily change their structure.
  • the structure of the hollow spheres has a direct influence on the recorded measurement signal of the MPS or MPI measurements, conclusions can be drawn from the recorded measurement signal about the mechanical influence on the hollow spheres, for example.
  • the hollow spheres thus act as a detector for, for example, mechanical influences.
  • the irreversible change in the structure of the hollow sphere results in a "memory effect", ie mechanical effects or shear forces that acted on the hollow spheres before the actual MPS or MPI measurement and thereby changed their structure are also used the later measurements detected and read out.
  • the mechanical properties of the hollow spheres can be precisely and very finely adjusted.
  • the multitude of magnetic nanoparticles comprises at least two, preferably at least three, types of magnetic nanoparticles which differ from one another at least in their saturation magnetization, and that within step b) additionally a static or time-variable offset field is created.
  • measurement approach 2 - represents a supplement to the basic measurement approach - hereinafter referred to as measurement approach 1 - of the method according to the invention.
  • measurement approach 1 - of the method according to the invention.
  • the field strength is selected so that type X and now also type Y are in saturation.
  • the field strength is so weak that none of the three types of magnetic particles are saturated.
  • the component that is saturated in each case no longer follows the alternating magnetic field and is thus switched off as a signal generator.
  • a combination signal of first Y + Z then only Z and then X + Y + Z is obtained.
  • the respective signal spectra correlate with the respective (quantitative) proportions of the components X, Y and Z, which can be freely adjusted. This allows a unique ID to be generated for the multi-component particles.
  • any number of types of magnetic particles can be used to build the multi-component particles with different complex IDs possible.
  • This offset field can either be varied between successive measurements or continuously during a measurement, for example by linearly increasing this offset field.
  • the multitude of magnetic nanoparticles comprises at least two, preferably at least three, types of magnetic nanoparticles which are at least different in their (nonlinear) magnetization behavior in an applied magnetic field and / or in their saturation magnetization differ from one another, and that within step b) the magnetic field strength of the magnetic field and / or the frequency of the magnetic field is varied.
  • measurement approach S - represents a further addition to the basic measurement approach (ie measurement approach 1) of the method according to the invention.
  • the composition of the resulting system can be used by varying the alternating magnetic field used for the measurement, analogous to the measurement approach 2 described above.
  • This variation consists of changing the strength of this field; a change in frequency or a combination of both is also possible.
  • These variations can be queried as a measurement signal either in successive measurements or in a continuously changing magnetic field.
  • particle X analogous to measurement approach 2
  • particle Y shows a low saturation magnetization, and thus a non-linear behavior, especially at low magnetic field strengths
  • the measurement signal can only be varied slightly by increasing the field strength.
  • the changes at higher fields are dominantly influenced by those particles which also show nonlinear behavior in the increased area, for example a particle Y.
  • Non-linear behavior or saturation behavior of particles X, Y and Z a conclusion about the quantitative composition and an assignment to a unique ID can be drawn from the measurements at different field strengths.
  • such a measurement can be carried out by recording a measurement signal during a sinusoidal magnetic field that increases linearly in amplitude.
  • Other ramp functions are also possible, including other field functions that differ from a sine.
  • a variation of the frequency analogous to the variation of the magnetic field strength can also be used to generate a unique ID.
  • the nonlinear magnetic response of particles with suitable variation of physical parameters, such as diameter, material composition, etc. differs in their amplitude and phase progression when excited at different frequencies. If, for example, different particles X, Y and Z are combined into a system, this combination can be designed in such a way that the measurement signal is weighted to different degrees by the individual particles at different frequencies and thus conclusions can be drawn about the composition a unique ID can be assigned.
  • the frequency can either be varied in successive measurements or changed continuously during a measurement. It is possible to assign a unique ID from a combination of frequency and amplitude variation. Here, the amplitude and frequency are changed simultaneously, either in successive measurements or continuously during a measurement. An assignment to a unique ID is obtained from the measurement signal.
  • the multitude of magnetic nanoparticles comprises at least two, preferably at least three, types of magnetic nanoparticles which are at least different in their (non-linear) magnetization behavior in an applied magnetic field and / or in their saturation magnetization differ from one another that within step b) a static or time-variable offset field is additionally applied and that within step b) the magnetic field strength of the magnetic field and / or the frequency the magnetic field is varied.
  • an offset field can be switched in a suitable manner during the amplitude and / or frequency variation of the magnetic field. If different frequency measurements are combined at the same time, the particles act as frequency mixers due to their non-linear behavior in a magnetic field. In this case, those frequency components of the measurement signal at the mixed frequencies that ideally differ from the higher harmonics of the individual particles through a suitable choice of frequencies can also be used to generate the unique ID.
  • the magnetic supraparticles used can preferably also have other properties that can be detected using different methods, e.g. optical properties such as Fluorescence.
  • optical properties such as Fluorescence.
  • a combination of several of these "multimodal" properties can also be used to generate a unique ID.
  • the nanoparticles of the plurality of magnetic nanoparticles are each surface-modified with chemical groups.
  • the chemical groups are preferably selected from the group consisting of organic acids, in particular citric acid; Silanes, especially octyltriethoxysilane; Polycarboxylate ethers and mixtures hereof.
  • the surface modification of the nanoparticles influences the magnetic properties or the magnetic moment of the supraparticles.
  • the surface modification of at least some of the nanoparticles of the multitude of magnetic nanoparticles results in changed distances between the nanoparticles when they are combined to form a supraparticle. This results in different interactions dependent on the modification, which result in a modification of the characteristic signals. In this way, the number of characteristic, different separable spectra and thus “codes” are further increased.
  • the multitude of magnetic nanoparticles comprise several types of magnetic nanoparticles which differ from one another in terms of their surface modification. In this way, the number of characteristic, distinguishable spectra and thus of "codes" can be increased further.
  • Another preferred variant of the method according to the invention is characterized in that at least some (i.e. at least a majority) of the nanoparticles of the plurality of magnetic nanoparticles each comprise a core and a shell surrounding the core.
  • the shell is preferably made of a different material than the core. Particularly before given to the shell consists of a material which is selected from the group consisting of silicon dioxide; Polymers, for example polymethyl methacrylate, polystyrene, polyethylene glycol; Metal oxides, for example titanium dioxide; and mixtures thereof.
  • the shell can have a variable thickness.
  • the structure of the nanoparticles influences the magnetic properties or the magnetic moment of the supraparticles.
  • the number of characteristic, distinguishable spectra and thus of “codes” can be increased further.
  • the multiplicity of magnetic nanoparticles comprises several types of magnetic nanoparticles, each of which comprises a core and a shell surrounding the core and which differ from one another at least with regard to the material of the shell. In this way, the number of characteristic, distinguishable spectra and thus of "codes" can be increased further.
  • Another preferred variant of the method according to the invention is characterized in that at least some, preferably all, of the nanoparticles of the plurality of magnetic nanoparticles are assembled to form hierarchical substructures within the magnetic supraparticle.
  • the hierarchical See substructures are preferably selected from the group consisting of clusters, spheres, rods and mixtures and combinations thereof.
  • the magnetic nanoparticles can first be assembled into clusters / rods. These are already supraparticles that could be used for ID generation, but are then agglomerated to form larger supraparticles.
  • the magnetic supraparticles contain further nanoparticles, preferably diamagnetic nanoparticles and / or paramagnetic nanoparticles, in addition to the large number of magnetic nanoparticles.
  • the other nanoparticles are non-magnetic nanoparticles.
  • diamagnetic nanoparticles and paramagnetic nanoparticles are understood as non-magnetic nanoparticles.
  • the magnetic supraparticles can consist of the multitude of magnetic nanoparticles and the other nanoparticles.
  • the magnetic super-particles can also consist of the large number of magnetic nanoparticles.
  • the magnetic supraparticles each have a shell which surrounds the magnetic supraparticle, the shell preferably having a thickness of 1 nm to 10 ⁇ m, and / or
  • silicon dioxide contains or consists of a material selected from the group consisting of silicon dioxide; Polymers, for example polymethyl methacrylate, polystyrene, polyethylene glycol; Metal oxides such as titanium dioxide; and mixtures thereof, and / or
  • the magnetic supraparticles each have pores with a pore size of 1 nm to 60 nm, preferably with a pore size between 7 nm and 12 nm, the pores being infiltrated with a polymer.
  • the pore size can be determined, for example, by means of gas adsorption, in particular by means of nitrogen adsorption.
  • the magnetic supraparticles can be modified, for example by providing (eg coating) the magnetic supraparticles with a shell (eg with a thickness of 1 nm to 10 ⁇ m and / or made of silica or polymer) and / or by infiltration or filling of the pore spaces of the particle with a polymer. In this way, the described penetration of the matrix material can be prevented.
  • the modified particles are therefore inert and indifferent to the embedding matrices of objects in which the magnetic superparticles are to be used.
  • step d) the magnetic supraparticles are exposed to at least one mechanical influence, preferably mechanical pressure and / or shear, through which the magnetic moment of the magnetic supraparticles is changed, then steps b) and c) are repeated, and then the change in the magnetic moment of the magnetic superparticles is detected on the basis of the comparison between the spectra generated in the first step c) and in the second step c).
  • steps b) and c) are repeated, and then the change in the magnetic moment of the magnetic superparticles is detected on the basis of the comparison between the spectra generated in the first step c) and in the second step c).
  • the magnetic superparticles can be used as mechanical sensors for the detection of mechanical environmental influences.
  • the magnetic supraparticles are measured in accordance with steps a) to d) of the method according to the invention, so that an initial value is obtained at which there are no mechanical environmental influences.
  • mechanical environmental influences such as mechanical pressure or shear
  • the magnetic supraparticles which can also lead to a complete or partial destruction and / or change in the composition and / or structure of the magnetic supraparticles, this leads to a change in the magnetic properties and thus the magnetic moment of the magnetic super particles.
  • the signal measured by means of the MPS and the spectrum obtained also change.
  • steps b) and c) are thus repeated after the action of the mechanical ambient influences, a spectrum is obtained which differs from the spectrum that was obtained when step c) was carried out for the first time.
  • This difference allows conclusions to be drawn about the presence of a mechanical environmental influence.
  • the process detects mechanical environmental influences, the magnetic superparticles functioning as sensors. In this way, for example, wear, damage or improper handling of objects provided with the magnetic supraparticles can be detected or verified.
  • hollow spheres are preferably used as the magnetic supraparticles or at least as part of the magnetic supraparticles.
  • This has the advantage that, for example, mechanical pressure or shear forces on the hollow spheres can easily change their structure.
  • These structural changes in the hollow spheres have a direct effect on the recorded measurement signal of the MPS or MPI measurements.
  • conclusions can be drawn directly from the recorded measurement signal and its changes, for example, about the mechanical influence on the hollow spheres.
  • the hollow spheres thus act as a detector for, for example, mechanical influences.
  • the irreversible changes in the structure of the hollow sphere also result in a "memory effect", ie mechanical influences or shear forces that acted on the hollow spheres before the actual MPS or MPI measurement and thereby changed their structure, are also used in the subsequent measurements gene detected and read out.
  • the mechanical properties of the hollow spheres can also be precisely and very finely adjusted, for example by adjusting the wall thickness and strength of the shell. Thus, each on detectors adapted to the expected mechanical influences are manufactured.
  • the above-described signal-changing effects in an MPS measurement which are caused by the penetration of matrix material into the supraparticle structure, can also be used to determine the penetration e.g. of liquids, gases or other materials in the areas of an object marked with supraparticles and thus to provide evidence of further environmental influences on the object
  • the magnetic supraparticles are provided in step a) by providing at least one object which contains the magnetic supraparticles, the at least one object preferably being selected from the group consisting of plastic objects, Metal objects, ceramic objects, glass objects and mixtures and combinations thereof, the at least one object being particularly preferably selected from the group consisting of household appliances, clothing, electrical appliances, vehicles, pharmaceutical products and mixtures and combinations thereof.
  • the at least one object can thus also be detected and / or identified through the detection and / or identification of the magnetic superparticles.
  • the magnetic supraparticles thus serve as a type of marker with which an object can be marked in order to be able to detect and / or identify it again later using the marker.
  • a particularly preferred variant of the method according to the invention is characterized in that the magnetic superparticles are integrated into the material of the at least one object.
  • the superficial magnetic particles are not only applied to the surface of the at least one object, but are also introduced into the matrix of the at least one object.
  • the supraparticles can no longer be easily removed from the object or destroyed.
  • markers applied to the surface of the object can be easily removed or destroyed.
  • the magnetic supraparticles can be used in a certain concentration, e.g.
  • 0.00001% by weight to 10% by weight preferably 0.0001% by weight to 1% by weight, particularly preferably 0.001% by weight to 0, 1% by weight, very particularly preferably 0.001% by weight to 0.01% by weight, can be incorporated into the object or the matrix of the object.
  • all incorporation processes are conceivable which embed particles in a surrounding matrix, for example incorporation by means of injection molding, stirring, shaking, mixers and / or extruders.
  • the method according to the invention is a method for the detection and / or identification of objects containing magnetic supra particles by means of magnetic particle spectroscopy or magnetic particle imaging, wherein in step a) at least one object is provided which the Contains magnetic supraparticles.
  • the at least one object is preferably selected from the group consisting of plastic objects, metal objects, ceramic objects, glass objects and mixtures and combinations thereof, with the at least one object being particularly preferably selected from the group consisting of household appliances, clothing, electrical appliances, vehicles, pharmaceutical products as well as mixtures and combinations thereof.
  • the magnetic superparticles are integrated into the material of the at least one object. In other words, the magnetic supraparticles are not only applied superficially to the at least one object, but are also introduced into the matrix of the at least one object.
  • the present invention also relates to the use of the method according to the invention for the detection and / or identification of objects.
  • the objects are preferably selected from the group consisting of plastic objects, metal objects, ceramic objects, glass objects and mixtures and combinations thereof, the objects being particularly preferably selected from the group consisting of household appliances, clothing, electrical appliances, vehicles, pharmaceutical products and mixtures and Combinations of these. It is particularly preferred here that the magnetic superparticles are integrated into the material of the objects.
  • the magnetic supraparticles are not only Applied flat to the objects, but rather incorporated into the matrix of the objects.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary magnetic supraparticle as can be used in the method according to the invention.
  • the magnetic supraparticle contains a large number of magnetic nanoparticles with different sizes and different shapes. These magnetic nanoparticles are assembled to form the magnetic superparticle, which then has a specific composition and structure.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a further exemplary magnetic superparticle is shown, as it can be used in the method according to the invention.
  • the magnetic nanoparticles that are contained in the magnetic superparticle are surface-modified with chemical groups.
  • the magnetic nanoparticles are shown in black in FIG. 2, whereas the surface modification is shown as a white dashed line.
  • the magnetic supraparticle itself can also have a surface modification.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the assembly of two further exemplary supraparticles as they can be used in the method according to the invention.
  • individual magnetic nanoparticles 1 are first assembled to form a superstructure 2.
  • a spherical superstructure is obtained, whereas in the example shown in the lower part of the figure, a rod-shaped superstructure is obtained.
  • the respective superstructure 2 is then agglomerated to form the magnetic supraparticle 3.
  • the multitude of magnetic nanoparticles is thus assembled into hierarchical substructures within the magnetic supraparticle.
  • the respective superstructures 2 or substructures are already supraparticles that are used for ID generation. can be det.
  • the agglomeration of several (different) superstructures can generate an even larger supraparticle and thereby generate an even more characteristic signal.
  • FIG. 1 A possible production of the supraparticles used in the method according to the invention by means of spray drying is shown schematically in FIG.
  • magnetic nanoparticles 1 are assembled to form the magnetic supraparticles S.
  • the magnetic nanoparticles 1 are sprayed in dispersion as fine (1 ⁇ m to 10 ⁇ m) droplets from an atomizer nozzle 4 into a sample chamber. Due to an increased temperature in the sample chamber, the solvent evaporates, e.g. Water, successively, and the individual magnetic nanoparticles 1 agglomerate to form magnetic supraparticles S.
  • the magnetic supraparticle has a shell 5 which surrounds the magnetic supraparticle. Penetration of another matrix material, e.g. the material of an object in which the magnetic superparticles are contained prevents.
  • the shell 5 can have a thickness of 1 nm to 10 ⁇ m, and / or contain or consist of a material which is selected from the group consisting of silicon dioxide; Polymers, for example polymethyl methacrylate, polystyrene, polyethylene glycol; Metal oxides such as titanium dioxide; and mixtures thereof, and / or can be designed as a coating.
  • the magnetic supraparticle has pores (e.g. with a pore size of 1 nm to 60 nm or with a pore size between 7 nm and 12 nm), the pores being infiltrated or filled with a polymer 6.
  • the infiltration or filling of the pores prevents the penetration of another matrix material, e.g. the material of an object in which the magnetic super particles are contained prevents.
  • a particularly characteristic signal can be achieved by assembling into a superstructure or substructure.
  • FIGS. 6 and 7 This is illustrated in FIGS. 6 and 7, in which amplitude spectra and phase spectra of four different samples determined by means of MPS are shown.
  • the relative amplitude is plotted against the higher harmonics.
  • the phase is plotted against the higher harmonics.
  • the graph marked with the dotted line and the diamond symbols in FIG. 6 and FIG. 7 shows the respective spectrum of magnetic nanoparticles that are present in a dispersion.
  • the graph marked with the solid line and the square symbols in Fig. 6 and Fig. 7 shows the respective spectrum of the same magnetic nanoparticles, which, however, were assembled into magnetic supraparticles by means of spray drying, as they can also be used in the method according to the invention.
  • the graph marked with the dashed lines and the circle symbols in FIG. 6 and FIG. 7 again shows the respective spectrum of the same magnetic nanoparticles, which are, however, assemb lated to form rod-shaped superstructures. These superstructures are basically magnetic supraparticles as they can be used in the method according to the invention.
  • the signal can in turn be varied.
  • the resulting amplitude intensity signal (solid line, rectangular symbol) is almost identical to the spray drying of the original nanoparticles.
  • the two curves differ with regard to their phase as a function of the higher harmonics, as can be seen in FIG. These differences are particularly significant up to about the 20th harmonic. After that, the measured values scatter more strongly due to the relatively large measurement error (not shown).
  • the amplitude intensity curves which are identical here in the last-mentioned samples, or the curve of the phase, or a combination of the two, can be used to differentiate the code objects.
  • the individual nanoparticles can be assembled to form supraparticles by drying them. As the solvent evaporates, the individual nanoparticles agglomerate or aggregate and form supraparticles.
  • the suspension rhombus, dotted representation
  • spray drying rectangle, line representation
  • freeze drying triangle, dash-dot representation
  • characteristic signals with regard to the phase Figure 9
  • amplitude intensity Figure 10
  • FIGS. 9 and 10 This is illustrated in FIGS. 9 and 10, in which amplitude spectra and phase spectra of four different samples determined by means of MPS are shown.
  • the relative amplitude intensity is plotted against the higher harmonics.
  • the phase is plotted against the higher Harmoni rule.
  • the graph marked with the dotted line and the diamond symbols in FIG. 9 and FIG. 10 shows the respective spectrum of magnetic nanoparticles which are present in a dispersion.
  • the graph marked with the solid line and the square symbols in FIG. 9 and FIG. 10 shows the respective spectrum of the same magnetic nanoparticles, which, however, were assembled to magnetic supraparticles by spray drying, as they can also be used in the method according to the invention.
  • the graph marked with the dashed line and the circle symbols in FIG. 9 and FIG. 10 again show the respective spectrum of the same magnetic nanoparticles, which, however, were assembled into magnetic super particles by means of oven drying. These magnetic supraparticles can also be used in the method according to the invention.
  • the graph marked with the dash-dot line and the triangular symbols in FIG. 9 and FIG. 10 finally shows the respective spectrum of the same magnetic nanoparticles, which, however, were assembled into magnetic supraparate articles by means of freeze-drying. These magnetic supraparticles can also be used in the method according to the invention
  • each different process parameters here as an example different drying parameters of the original suspension, such as oven drying, freeze drying or spray drying, different curves of the relative Realize amplitude intensity and different phase curves.
  • a particularly characteristic signal can be generated by modifying the nanoparticle surfaces used before they are combined to form supraparticles.
  • Non-surface-modified iron oxide nanoparticles which have been assembled into magnetic supraparticles by spray drying show a different signal curve than surface-modified iron oxide nanoparticles which have been assembled into magnetic supraparticles by spray drying (triangular symbols , dotted line).
  • the surface was modified by functionalization with a silane.
  • the phase courses are not shown, but can also be influenced by surface modification of the nanoparticles.
  • the characteristic signal of the untreated magnetic supraparticles is changed by incorporation into polyethylene glycol, whereas the signal remains unchanged when incorporated into paraffin wax.
  • the structure of the supraparticle can be changed, which results in a changed magnetic signal.
  • the particles were incorporated into the matrices shown here in a concentration of approx. 1% by weight using a vortexer from Heathrow Scientific by means of shaking for 2 min at 1000 rpm. This change in the signal can be prevented by skillful sample preparation or it can be used deliberately to change the code.
  • Structural changes can also be detected through the use of the supraparticles and their multiple measurements using MPS or MPI.
  • Structure-changing influences such as mechanical stress, change the structure of the supraparticle.
  • This structural change for hollow-sphere supraparticles is illustrated in FIG. 13 by way of example.
  • the hollow structure can be (partially) changed.
  • the structural change then results in a change in the detected signal in the MPS or MPI.
  • environmental effects such as both for example acting mechanical stress can be closed.
  • This signal change for differently strong compressive forces is shown by way of example in FIG. With increasing pressure on the originally intact hollow spheres, the relative amplitude intensity drops faster over the higher harmonics.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion und/oder Identifikation magnetischer Suprapartikel mittels Magnet-Partikel-Spektroskopie (MPS) oder Magnet- Partikel-Bildgebung (MPI), bei welchem magnetische Suprapartikel bereitgestellt werden, die jeweils eine Vielzahl magnetischer Nanopartikel enthalten und eine bestimmte Zusammensetzung und/oder Struktur aufweisen, die magnetischen Suprapartikel mindestens einem Magnetfeld ausgesetzt werden, wodurch abhängig vom magnetischen Moment der magnetischen Suprapartikel mindestens eine Spannung und/oder ein Spannungsverlauf induziert wird, wobei die mindesten eine Spannung und/oder der Spannungsverlauf als mindestens ein Messsignal detektiert wird, aus dem mindestens einen Messsignal mindestens ein Spektrum generiert wird, welches Oberschwingungen enthält, die jeweils eine Amplitude und eine Phase aufweisen, und die magnetischen Suprapartikel anhand des mindestens einen generierten Spektrums (eindeutig) detektiert und/oder identifiziert werden.

Description

Verfahren zur Detektion und/oder Identifikation magnetischer Suprapartikel mittels Magnet-Partikel-Spektroskopie oder Magnet-Partikel-Bildgebung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion und/oder Iden- tifikation magnetischer Suprapartikel mittels Magnet-Partikel-Spektroskopie
(MPS) oder Magnet-Partikel-Bildgebung (MPI), bei welchem magnetische Sup rapartikel bereitgestellt werden, die jeweils eine Vielzahl magnetischer Nano- partikel enthalten und eine bestimmte Zusammensetzung und/oder Struktur aufweisen, die magnetischen Suprapartikel mindestens einem Magnetfeld ausgesetzt werden, wodurch abhängig vom magnetischen Moment der mag netischen Suprapartikel mindestens eine Spannung und/oder ein Spannungs verlauf induziert wird, wobei die mindesten eine Spannung und/oder der Spannungsverlauf als mindestens ein Messsignal detektiert wird, aus dem mindestens einen Messsignal mindestens ein Spektrum generiert wird, wel- ches Oberschwingungen enthält, die jeweils eine Amplitude und eine Phase aufweisen, und die magnetischen Suprapartikel anhand des mindestens einen generierten Spektrums (eindeutig) detektiert und/oder identifiziert werden. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung des erfin dungsgemäßen Verfahrens zur Detektion und/oder Identifikation von Objek ten.
Nahezu alle Produkte sind heutzutage hinsichtlich ihrer Fertigungslogistik von enormer Komplexität geprägt. Globale Bezugsquellen für Rohstoffe, Halbfer tigprodukte und Komponenten sind die Regel und gelten für fast alle Güter, von Haushaltsgeräten und Bekleidung bis hin zu„High-End"-Elektrogeräten, Fahrzeugen oder Pharmaprodukten.
Die Gewährleistungspflicht des Endherstellers verlangt einen lückenlosen Nachweis der Ausgangsstoffe und Zwischenprodukte in der Zulieferkette, sei es aus technischen, rechtlichen oder (geo-)politischen Gründen. Zudem müs sen Originalkomponenten unverwechselbar gekennzeichnet sein, um Pro duktpiraterie zu unterbinden. So beträgt der Schaden durch Fälschungen al lein in Deutschland über 50 Mrd.€ jährlich. Gerade im Pharmabereich können gefälschte Produkte lebensbedrohlich sein. Eine EU-Verordnung sieht daher vor, dass bis 2019 Arzneimittel sicher gekennzeichnet werden müssen.
Neben dem passiven Herkunftsnachweis wird es immer wichtiger, jedem Ob jekt eine aktive, kommunikationsfähige Kennung zuzuordnen, um die Digitali sierung und Automatisierung in den Fertigungsabläufen (Industrie 4.0) zu un terstützen.
Im Sinne der Nachhaltigkeit ist zudem über das eigentliche Produktleben hin aus der Secondlife-Bereich bis zur Wiederverwertung von Komponenten und sekundären Rohstoffen zu betrachten. Zur Schließung des Kreislaufs („cradle- to-cradle") ist daher eine gleichermaßen unverwüstliche und eindeutige Kennzeichnung notwendig.
Aus den genannten Gründen ist es von höchstem Interesse, preisgünstige und zuverlässige Techniken zur Kennzeichnung von Objekten zu entwickeln, die all diesen Ansprüchen genügen. Die bisher existierenden Lösungsansätze sind hinsichtlich ihrer Miniaturisierbarkeit und universellen Applizierbarkeit in be liebige Material- oder Produktkomponenten eingeschränkt. Physikalische Effekte der Nanoskaligkeit ermöglichen jedoch eine
partikelbasierte Objektkennzeichnung um die„4N" (Nachvollziehbarkeit, Nachverfolgbarkeit, Nachhaltigkeit, Nachahmungsschutz) zu adressieren und die vielfältigen Anforderungen erfüllen zu können.
In der modernen Medizin sind Kontrastmittel für die verbesserte Bildgebung u.a. bei der Computertomographie (CT) oder der Magnetresonanztomogra phie (MRT) von besonderer Bedeutung. Intensiv wird hier an multimodalen Kontrastmitteln geforscht, welche oft nanopartikelbasiert sind. Aus diesem Forschungsfeld sind Arbeiten zu komplexen Teilchen, aufgebaut aus Nanopar- tikeln mit unterschiedlichem physikalischem Signalgebungsverhalten bzw. Signalbeeinflussungsverhalten, bekannt.
Mit Fokus auf Plagiat-/Fälschungsschutz wurden in den letzten Jahrzehnten eine Vielzahl an Kennzeichnungsmerkmalen entwickelt, beispielsweise Was serzeichen, Hologrammtechniken, IR-Schutzfarben, metallische Sicherheits streifen oder in jüngster Zeit die RFID-Technologie. Letztere ist auch im Sinne der Industrie 4.0 von großer Bedeutung. Der große Nachteil aller bisher exis tierender Sender ist jedoch, dass sie typischerweise Größen im Millimeterbe reich aufweisen und in der Regel nur oberflächlich angebracht werden kön nen, so dass hier nicht von einer echten Integration des Markers / einer„di rekten" Kennzeichnung eines Objekts gesprochen werden kann. Gleiches gilt für nahezu alle etablierten Marker. Wenn Marker groß sind und nur ober flächlich appliziert werden können, sind sie jedoch leicht entfernbar oder zer störbar.
Die Idee, Partikel als Produktmarker einzusetzen, wurde in einigen For schungsarbeiten bereits verfolgt. In Arbeiten aus den letzten 15 Jahren wurde der Fokus auf graphische bzw. optische Merkmale gelegt. Bei graphischen Merkmalen wird räumlich eine Abfolge von Strukturen visualisiert, beispiels weise eingefärbte Polymerschichten oder in Streifen unterteilte Metall- Nanodrähte. Bei optischen Merkmalen werden meist organische Farbstoffe in Partikel, die als Träger fungieren, eingeschlossen. Weiter wurde der Ansatz verfolgt, fluoreszierende Quantum-Dots (QDots, z.B. CdSe) in
Polystyrolpartikel einzubetten und durch Mischungen unterschiedlicher Parti kel charakteristische optische Spektren zu erhalten. Dabei ist es gelungen, Kompositpartikel (Sekundärstruktur aus unterschiedlichen (Nano-Bausteinen) mit eindeutigen, optischen Codes zu erzeugen. Nachteilig ist die potentielle Toxizität der QDots.
Aus dem Stand der Technik ist bereits der Ansatz bekannt, mit lumineszieren- den Teilchensystemen, wie beispielsweise QDots, dotierten Nanodiamanten oder plasmonisch-aktiven Teilchen Objekte zu markieren (siehe z.B. US 8,021,517 B2). Zudem finden sich magnetische Teilchen mit Multifunktionali tät, welche in der Regel durch Kombination mit fluoreszierenden Partikeln erzielt wird, in Zusammenhang mit biomedizinischen Anwendungen (siehe z.B. US 2012/0B190B0 Al).
Aus dem Bereich der biomedizinischen Bildgebung ist auch die Magnet- Partikel-Bildgebung („Magnetic Particle Imaging", MPI) bekannt. In diesem Zusammenhang wird in der WO 2012/001579 Al die Herstellung von magne tischen Nanopartikeln zum Einsatz als bildgebende Marker bzw. Tracer, detektierbar mittels MPI, beschrieben. Teilweise wird hierbei auch auf die Messung mittels MPS verwiesen, da dies die 0-dimensionale spektroskopische Methode des MPI und somit eng mit diesem verwandt ist. In der WO
2012/001579 Al werden jedoch ausschließlich einfache Nanopartikel einge setzt.
Weiterhin sind Ansätze bekannt, bei welchen magnetische Partikel auf unter schiedliche Arten (beispielsweise als Tinte) auf Objekte, insbesondere wertvol le Papiere, aufgebracht werden. Eine Markierung findet dann entweder durch die schlichte Detektion dieses magnetischen Signals statt (siehe z.B. CN 103774502 A) oder dadurch dass das magnetische Material in einer definier ten Anordnung aufgetragen wird (siehe z.B. CN 103468056 A), sodass dadurch zusätzlich eine graphische Markierung resultiert. Das Aufbringen des magneti schen Materials in einem bestimmten Muster wird teilweise noch durch eine Variation der magnetischen Eigenschaften, beispielsweise hartmagnetisch oder weichmagnetisch, ferromagnetisch oder nicht ferromagnetisch, o.ä., erweitert, wie in US 2018/293411 A beschrieben.
Zudem sind aus dem Stand der Technik verschiedene Systeme, wie lumines- zierende Zinkoxid-Partikel als photostimulierbare Nanopartikel-Marker, sowie multifunktionale Nanopartikeltinten mit charakteristischen magnetischen, optischen und elektrischen Marker-Features bekannt.
Zudem ist aus der DE 10 2012 201 774 Al, der DE 10 2015 109 637 Al und der DE 2015 118 816 Al die Assemblierung von Nanopartikeln zu
Kompositpartikeln, wie z.B. magnetischen Kompositpartikeln, magnetischen Kompositpartikeln mit lumineszierenden, degradierbaren metal-organic- framework Verbindungen oder magneto-optischen Stäbchen bekannt. Eine Verwendung dieser Partikel als Kodierobjekte in einem Identifikations- oder Detektionsverfahren wird jedoch nicht vorgeschlagen.
Die DE 10 2015 108 749 Al, WO 2012/034696 Al und DE 10 2014 110 573 beschäftigen sich schließlich mit Partikeln mit charakteristischen Signalen, einsetzbar als Marker. Bei den dort verwendeten Partikeln handelt es sich jedoch ausschließlich um einfache Nanopartikel. Zudem wird nicht die Ver wendung der Magnet-Partikel-Spektroskopie vorgeschlagen.
Ausgehend hiervon war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ver fahren für eine einfache und genaue Detektion und/oder Identifikation von Partikeln anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In Patentanspruch 19 werden Verwendungsmöglichkeiten des Verfah rens angegeben. Die abhängigen Patentansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zur Detektion und/oder Identifika tion magnetischer Suprapartikel mittels Magnet-Partikel-Spektroskopie oder Magnet-Partikel-Bildgebung angegeben, bei welchem
a) magnetische Suprapartikel bereitgestellt werden, die jeweils eine Vielzahl magnetischer Nanopartikel enthalten und eine bestimmte Zusammenset zung und/oder Struktur aufweisen,
b) die magnetischen Suprapartikel mindestens einem Magnetfeld ausgesetzt werden, wodurch abhängig vom magnetischen Moment der magnetischen Suprapartikel mindestens eine Spannung und/oder ein Spannungsverlauf induziert wird, wobei die mindesten eine Spannung und/oder der Span nungsverlauf als mindestens ein Messsignal detektiert wird,
c) aus dem mindestens einen Messsignal mindestens ein Spektrum generiert wird, welches Oberschwingungen enthält, die jeweils eine Amplitude und eine Phase aufweisen, und
d) die magnetischen Suprapartikel anhand des mindestens einen generierten Spektrums detektiert und/oder identifiziert werden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die Magnet-Partikel- Spektroskopie (MPS) oder die Magnet-Partikel-Bildgebung (MPI) verwendet, um magnetische Suprapartikel eindeutig zu detektieren und/oder identifizie ren. Die magnetischen Suprapartikel können dabei in Objekte integriert sein. Durch Detektion/Identifikation der in die Objekte integrierten magnetischen Suprapartikel können somit auch die Objekte selbst detektiert bzw. identifi ziert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit für die Detektion und/oder Identifikation von Objekten verwendet werden.
In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zunächst magneti sche Suprapartikel bereitgestellt, die jeweils eine Vielzahl magnetischer Na- nopartikel enthalten und eine bestimmte Zusammensetzung und/oder Struk tur aufweisen. Unter Suprapartikeln werden dabei allgemein Partikel verstan den, die jeweils aus kleineren Partikeln aufgebaut sind. Beispielsweise kann es sich bei den Suprapartikeln um Mikropartikel handeln, die jeweils aus Nano- partikeln aufgebaut sind. Erfindungsgemäß enthalten die in Schritt a) bereit gestellten Suprapartikel eine Vielzahl magnetischer Nanopartikel. In der Folge handelt es sich bei den Suprapartikeln um magnetische Suprapartikel. Die magnetischen Suprapartikel weisen ein magnetisches Moment auf. Zudem weisen die magnetischen Suprapartikel eine bestimmte (d.h. eine vorbe stimmte bzw. definierte bzw. bekannte) Zusammensetzung und/oder Struktur auf. Dabei ist die verwendete Zusammensetzung und/oder Struktur der Sup rapartikel letztlich beliebig wählbar. Entscheidend jedoch ist, dass es eine klar definierte und somit bekannte Zusammensetzung und/oder Struktur ist. Unter Zusammensetzung wird dabei vorzugsweise auch ein definiertes Mengenver hältnis der Nanopartikel verstanden, aus denen die Suprapartikel aufgebaut sind. Unter der Struktur der magnetischen Suprapartikel wird dabei die struk- turelle Anordnung der Komponenten der Zusammensetzung der magneti schen Suprapartikel verstanden. Die Zusammensetzung und Struktur der magnetischen Suprapartikel beeinflussen deren magnetische Eigenschaften, d.h. auch deren magnetisches Moment und ihr Magnetisierungsverhalten. Magnetische Suprapartikel mit einer bestimmten Zusammensetzung und/oder Struktur haben somit charakteristische magnetische Eigenschaften, die mithilfe geeigneter Bestimmungsmethoden, wie z.B. der Magnet-Partikel- Spektroskopie oder der Magnet-Partikel-Bildgebung, bestimmt werden kön nen.
In Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die in Schritt a) be reitgestellten magnetischen Suprapartikel mindestens einem Magnetfeld aus gesetzt. Durch Aussetzen gegenüber dem mindestens einen Magnetfeld wird abhängig vom magnetischen Moment der magnetischen Suprapartikel min destens eine Spannung und/oder ein Spannungsverlauf induziert. Diese min destens eine induzierte Spannung und/oder dieser mindestens eine induzierte Spannungsverlauf wird dann als mindestens ein Messsignal detektiert. Durch die bestimmte Zusammensetzung und/oder Struktur der magnetischen Sup rapartikel weisen diese ein charakteristisches magnetisches Moment auf, weswegen in Schritt b) eine für die verwendeten magnetischen Suprapartikel charakteristische Spannung bzw. ein für die verwendeten magnetischen Sup rapartikel charakteristischer Spannungsverlauf induziert wird und somit auch ein für die verwendeten magnetischen Suprapartikel charakteristisches Mess signal erzeugt und detektiert wird. In Schritt können die magnetischen Supra partikel verschiedenen Magnetfeldern ausgesetzt werden, wobei es sich bei diesen beispielsweise um verschiedene statische und/oder zeitabhängige Magnetfelder handeln kann.
Beispielsweise werden in Schritt b) die magnetischen Suprapartikel einem Magnetfeld ausgesetzt, wodurch abhängig vom magnetischen Moment der magnetischen Suprapartikel eine Spannung induziert wird, die als Messsignal detektiert wird.
In Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus dem mindestens einen in Schritt b) detektierten Messsignal mindestens ein Spektrum gene riert. Dieses mindestens eine Spektrum enthält Oberschwingungen, die eine Amplitude und eine Phase aufweisen. Vorzugsweise erfolgt das Generieren des mindestens einen Spektrums mittels Fourier-Transformation. Das in Schritt b) detektierte für die verwendeten magnetischen Suprapartikel charak teristische mindestens eine Messsignal wird somit innerhalb von Schritt c) in mindestens ein für die verwendeten magnetischen Suprapartikel charakteris tisches Spektrum umgewandelt. Dieses mindestens eine Spektrum enthält Oberschwingungen, welche für die verwendeten magnetischen Suprapartikel charakteristisch sind.
Die Schritte b) und c) können auch einmal oder mehrmals wiederholt werden, wobei in den verschiedenen Schritten b) die magnetischen Suprapartikel je weils einem anderen Magnetfeld ausgesetzt werden können. In der Folge wird für jeden einzelnen der durchgeführten Schritte b) ein eigenes Messsignal erhalten, aus welchem dann im jeweiligen Schritt c) jeweils ein eigenes Spekt rum generiert wird. Bei den in den verschiedenen Schritten b) verwendeten Magnetfelder kann es sich beispielsweise um verschiedene statische und/oder zeitabhängige Magnetfelder handeln.
In Schritt d) werden schließlich die magnetischen Suprapartikel anhand des in Schritt c) generierten mindestens einen Spektrums (bzw. der in mehreren Schritten c) generierten Spektren) detektiert und/oder identifiziert. Aufgrund der für die verwendeten magnetischen Suprapartikel charakteristischen Ober schwingungen des Spektrums kann auf die in Schritt a) verwendeten speziel len magnetischen Suprapartikel rückgeschlossen werden. Mit anderen Wor ten können die eingesetzten magnetischen Suprapartikel zum Beispiel anhand der für diese Partikel charakteristischen Oberschwingungen im Spektrum de tektiert und/oder identifiziert werden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird sich somit zunutze gemacht, dass magnetische Suprapartikel mit einer bestimmten Zusammensetzung und/oder Struktur charakteristische magnetische Eigenschaften aufweisen, die zum Bei spiel zu charakteristischen Oberschwingungen in einem mittels Magnet- Partikel-Spektroskopie (MPS) oder mittels Magnet-Partikel-Bildgebung (MPI) gemessenen Spektrum führen, anhand derer die eingesetzten magnetischen Suprapartikel detektiert und/oder identifiziert werden können. Wesentlich ist für das erfindungsgemäße Verfahren somit, dass die in Schritt a) bereitgestell- ten magnetischen Suprapartikel eine bestimmte, bekannte Zusammensetzung und/oder Struktur aufweisen. Das magnetische Suprapartikel kann beispiels weise mehrere verschiedene Typen von Nanopartikeln umfassen, die sich in ihrer Form und/oder Größe voneinander unterscheiden. Diese Nanopartikel- Typen können in einem bestimmten Mengenverhältnis zueinander vorliegen, sodass sich eine bestimmte Zusammensetzung des Suprapartikels ergibt, und können in einer bestimmten strukturellen Anordnung zueinander vorliegen, so dass sich eine bestimmte Struktur des Suprapartikels ergibt. Auf diese Wei se kann die Zusammensetzung und/oder Struktur der magnetischen Suprapar- tikel so festgelegt werden, dass mittels Magnet-Partikel-Spektroskopie oder Magnet-Partikel-Bildgebung ein bestimmtes charakteristisches Spektrum oder eine Reihe bestimmter charakteristischer Spektren erhalten werden. Mit an deren Worten kann durch Festlegen der Zusammensetzung und/oder Struktur eine Art„Fingerprint" oder„ID" oder (einzigartiger)„Code" für die Supraparti kel eingestellt werden, wobei dieser„Fingerprint" bzw. diese„ID" bzw. dieser (einzigartige)„Code" durch die Messung mittels Magnet-Partikel- Spektroskopie oder Magnet-Partikel-Bildgebung bzw. anhand der Ober schwingungen des mindestens einen dort erhaltenen Spektrums detektiert und/oder identifiziert werden kann. Es kann somit anhand des mindestens einen erhaltenen Spektrums auf die festgelegte Zusammensetzung und/oder Struktur rückgeschlossen werden, wodurch eine Detektion und/oder Identifi kation der eingesetzten magnetischen Suprapartikel ermöglicht wird. Der „Fingerprint" bzw. die„ID" bzw. der„Code" des magnetischen Suprapartikels kann beispielsweise in einer Datenbank oder einer Code-Tabelle abgespei chert sein, so dass eine leichtere Detektion und/oder Identifizierung der be stimmten magnetischen Suprapartikel durch einen Abgleich des gemessenen „Fingerprints" bzw. der gemessenen„ID" bzw. des gemessenen„Codes" mit den„Fingerprints" bzw.„IDs" bzw.„Codes" aus der Datenbank oder der Code- Tabelle ermöglicht wird.
Vorzugsweise können die Zusammensetzung bzw. Struktur der Partikel so festgelegt werden, dass eine Vielzahl an unterschiedlichen„Fingerprints" bzw. „IDs" bzw.„Codes" für die Partikel eingestellt werden können, welche dann mittels MPS oder MPI eindeutig identifizierbar sind. Mit anderen Worten kön nen verschiedene Arten von Suprapartikeln verwendet werden, die jeweils eine eigene bestimmte Zusammensetzung und/oder Struktur aufweisen und damit jeweils einen eigenen„Fingerprint" bzw. eine eigene„ID" bzw. einen eigenen„Code" aufweisen. Diese„Fingerprints" bzw.„IDs" bzw.„Codes" kön nen in einer Datenbank oder einer Code-Tabelle abgespeichert sein, so dass zur Detektion und/oder Identifikation der bestimmten magnetischen Supra partikel der gemessene der gemessene„Fingerprint" bzw. die gemessene„ID" bzw. der gemessene„Code" nur mit den verschiedenen„Fingerprints" bzw. „IDs" bzw.„Codes" aus der Datenbank oder der Code-Tabelle abgeglichen werden muss.
Bei der vorliegenden Erfindung werden spezielle magnetische Partikel, durch ihre Zusammensetzung bzw. Struktur mittels der Technik der Magnet-Partikel- Spektroskopie oder der Magnet-Partikel-Bildgebung eindeutig identifiziert.
Die Magnet-Partikel-Spektroskopie ist auch unter den Bezeichnungen „Magnetization Response Spectroscopy" (siehe S. Biederer, T. Knopp, T. Sat tel, K. Lüdtke-Buzug, B. Gleich, J. Weizenecker, J. Borgert, T. Buzug, J. Phys. D: Appl. Phys., 2009, 42, 205007),„Magnetic Particle Spectrometry" (MPS) (siehe K. Lüdtke-Buzug, D. Rapoport, D. Schneider:„Characterization of Iron-Oxide Loaded Adult Stern Cells for Magnetic Particle Imaging in Targeted Cancer Therapy", AIP conf Proc, 2010, 1311, 244-248) und„Magnetic Particle Spec troscopy" (MPS) (siehe T. Wawrzik, F. Ludwig, M. Schilling:„Multivariate Mag netic Particle Spectroscopy for Magnetic Nanoparticle Characterization, 8th international Conference on the scientific and clinical applications of magnetic carriers, 2010, 1311, 267-270) bekannt.
Die Magnet-Partikel-Bildgebung („Magnetic Particle Imaging", MPI) ist eng mit der Magnet-Partikel-Spektroskopie verwandt. Bei der MPI wird im Vergleich zur MPS zusätzlich eine Ortsinformation des gemessenen Signals bestimmt und somit die bei der MPS erhaltene„spektrale" Information jeweils einem bestimmten Ort zugeordnet.
Die MPS bzw. die MPI ist ein Ansatz, der die passende Analysetechnik berei thält, um erstmals komplexe Teilchen mit einer magnetischen ID detektieren zu können. Die Technologie der MPS bzw. der MPI ist in der Lage, aus dem integralen Zusammenspiel aus Nanomagnetkomponenten und ihrer struktu rellen Anordnung ein charakteristisches Spektrum zu erfassen. Dies geschieht berührungslos, tiefenwirksam und innerhalb von wenigen Millisekunden. Das Messprinzip von MPS bzw. MPI basiert darauf, dass eine magnetische Probe einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt wird und die diesem Wechselfeld folgende Magnetisierung der Probe aufgezeichnet wird. Die bei superpara- und ferro- /ferrimagnetischen Teilchen resultierende Magnetisie rung und das daraus resultierende Signal ist nichtlinear zum Verlauf des ange legten Feldes. Durch Fouriertransformation des Messsignals (Magnetisie rungsantwort) erhält man ein Spektrum, welches charakteristische Ober schwingungen zeigt.
Das prinzipielle Messprinzip der verwendeten Messmethodik der Magnet- Partikel-Spektroskopie bzw. der Magnet-Partikel-Bildgebung wird im Folgen den erläutert:
Eine Probe wird einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt, wobei das magnetische Moment der Probe dem äußeren Wechselfeld folgt. Durch diese Änderung des magnetischen Flusses wird eine Spannung induziert, welche durch einen geeigneten Messaufbau detektiert werden kann. Da das Magneti sierungsverhalten von superparamagnetischen, ferromagnetischen und ferrimagnetischen Materialien nicht-linear zum äußeren Feld ist, wird bei Fou rier-Transformation des Messsignals ein Spektrum generiert, welches höhere harmonische Schwingungen (Oberschwingungen) enthält. Die Oberschwin gungen besitzen eine Amplitude und eine Phase. Sowohl die Amplitude als auch die Phase einer oder mehrerer Oberschwingungen können als charakte ristisches Signal verwendet werden. Die Signalerzeugung kann durch beliebi ges Einstellen von Messparametern erfolgen. So lassen sich beispielsweise die Frequenz des angelegten Magnetfeldes, die Magnetfeldstärke, die Messdauer oder die Anzahl der Messungen am Messgerät variieren. Somit sind auch mehrere Messungen mit variablen Messparametern zur Signaldetektion denkbar und vorzugsweise vorgesehen.
Werden geeignete Partikel verwendet, lassen sich die Signale sowohl über Messparameter als auch über physikalische oder chemische
Partikelparameter beeinflussen und einstellen, sodass die Messsignale als „Code" bzw. als„ID" verwendet werden können. Im erfindungsgemäßen Ver fahren kann die Code-Auslesung vorzugsweise mit der relativen Amplitudenin- tensität, nicht mit den absoluten Messwerten, erfolgen. Dies kann durch cha rakteristischen Verlauf der Amplitudenintensität in Abhängigkeit der höheren Harmonischen geschehen. Hierbei können ein, zwei oder mehrere Amplitu denintensitäten unterschiedlicher Oberschwingungen ins Verhältnis gesetzt werden, sodass der Abfall bzw. Anstieg der Kurven beschrieben wird. Durch eine geschickte mathematische Vorgehensweise kann dadurch ein Graph- Verlauf exakt beschrieben werden. Durch Einbeziehung von Fehlern und vor zugsweise dem Abgleich z.B. mit einer Datenbank oder einer Code-Tabelle, in welcher die Code-Signale gespeichert sind, können Code-Partikel identifiziert werden. Zusätzlich oder alternativ können Absolutwerte oder Relativwerte der Phase einer oder mehrerer Oberschwingungen verwendet werden. Es ist denkbar, dass bei verschiedenen Proben ein im Rahmen des Fehlers identi scher Amplitudenverlauf in Abhängigkeit der Oberschwingungen auftritt, sich die Phase in Abhängigkeit der Harmonischen jedoch unterscheidet oder vice versa. Die Amplitudenintensität und Phase, welche mittels MPS oder MPI ge messen werden, sind von einem komplexen Zusammenspiel unterschiedlicher Materialeigenschaften abhängig.
Magnetische Partikel haben die Eigenschaft, dass sie weit unterhalb des sicht baren Bereichs des elektromagnetischen Spektrums detektierbar sind. Dies hat den großen Vorteil, dass es damit möglich ist, die Partikel aus der Bulk- matrix eines optisch nicht transparenten Materials auslesen zu können. Das heißt, die Partikel können in ein Material integriert werden und müssen nicht oberflächlich appliziert werden, was zum einen bedeutet, dass die Partikel vor Zerstörung geschützt sind, nicht ohne weiteres entfernt werden können, und echte, versteckte Merkmale sind, die von außen nicht offensichtlich (visuell) erkennbar sind.
Durch die Verwendung magnetischer Suprapartikel, welche magnetische Na- nopartikel enthalten und eine bestimmte Zusammensetzung und/oder Struk tur aufweisen, sowie der Verwendung der Magnet-Partikel-Spektroskopie oder Magnet-Partikel-Bildgebung wird somit ein Verfahren zur einfachen und genauen Detektion und/oder Identifikation von Partikeln erhalten, welches für eine einfache und genaue Detektion und/oder Identifikation von Objekten verwendet werden kann. Die Herstellung der in Schritt a) bereitgestellten magnetischen Suprapartikel kann vorzugsweise mittels Sprühtrocknung erfolgen. Hierbei werden die mag netischen Nanopartikel zu den magnetischen Suprapartikeln assembliert. Bei spielsweise können die magnetischen Nanopartikel in Dispersion mittels einer Zerstäuberdüse als feine (1 pm bis 10 pm) Tröpfchen in eine Kammer, in der eine erhöhte Temperatur herrscht, gesprüht werden, woraufhin das Lösemit tel (vorzugsweise Wasser) verdampft und die magnetischen Nanopartikel zu den magnetischen Suprapartikel agglomerieren.
Neben diesem bevorzugten Herstellungsverfahren können die magnetischen Nanopartikel jedoch gemäß einem anderen, dem Fachmann bekannten, Ver fahren hergestellt werden, beispielsweise gemäß einem Verfahren ausge wählt aus der Gruppe bestehend aus Emulsionsmethoden, Sol-Gel-Methoden, Mikrofluidik-Methoden, Dry-self-assembly-Methoden, Wet-self-assembly- Methoden, Self-limited-self-assembly-Methoden und Kombinationen hiervon.
Eine Erläuterung der wichtigsten Verfahren zur Herstellung der magnetischen Suprapartikel findet sich in S. Wintzheimer, T. Granath, M. Oppmann, T. Kis ter, T. Thai, T. Kraus, N. Vogel, K. Mandel,„Supraparticles: Functionality from Uniform Structural Motifs", ACS Nano, 2018, 12, 6, 5093-5120.
Unter Nanopartikeln werden erfindungsgemäß Partikel mit einer Partikelgrö ße von 0,1 nm bis 1000 nm, vorzugsweise von 1 nm bis 100 nm, verstanden.
Vorzugsweise handelt es sich bei den magnetischen Suprapartikeln um mag netische Mikropartikel und/oder magnetische Nanopartikel. Unter einem Mik ropartikel wird dabei ein Partikel mit einer Partikelgröße von 0,1 pm bis 1000 pm, vorzugsweise von 1 pm bis 100 pm, verstanden.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann die Partikelgröße der magneti schen Suprapartikel und/oder der in den magnetischen Suprapartikeln enthal tenen Nanopartikel beispielsweise gemäß Lichtmikroskopie, Elektronenmikro skopie, Dynamischer Lichtstreuung oder Fraunhofer-Beugung bestimmt wer den.
Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Detektion und/oder Identifikation der magnetischen Suprapartikel in Schritt d) anhand des Verlaufs der Phasen der Oberschwin gungen des mindestens einen Spektrums und/oder anhand relativer Verhält nisse von Intensitäten der Amplituden der Oberschwingungen des mindestens einen Spektrums erfolgt. Die magnetische Suprapartikel, die eine Vielzahl magnetischer Nanopartikel enthalten, weisen ein Magnetisierungsverhalten im angelegten Wechselfeld bzw. Magnetfeld auf, das aufgrund des Zusam menspiels der Komponenten bzw. ihrer strukturellen Ausrichtung zu einem charakteristischen Kurvenverlauf der Amplitudenintensitäten und/oder der Phase der„höheren harmonischen Ordnungen" / Oberschwingungen des magnetischen Spektrums, gemessen mittels MPS oder MPI, führt. Dabei ist von Vorteil, dass der Verlauf der Phase und die relativen Amplituden- Intensitätsverhältnisse bestimmter Oberschwingungen zueinander charakte ristisch für die eingesetzten magnetischen Suprapartikeln mit ihrer bestimm ten Zusammensetzung und/oder Struktur sind und dieses Verhältnis der In tensitäten somit eindeutig den eingesetzten spezifischen Suprapartikeln zu geordnet werden kann. Dabei ist zu beachten, dass durch die Betrachtung der Relativverhältnisse der Intensitäten das System nahezu unabhängig von Um gebungseffekten ist, die die Absolutintensität des magnetischen Signals des Partikels ggf. beeinflusst.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist da durch gekennzeichnet, dass
die magnetischen Suprapartikel jeweils eine Partikelgröße von 50 nm bis 150 miti, bevorzugt von 1 pm bis 10 miti, aufweisen, und/oder
die magnetischen Nanopartikel der Vielzahl an magnetischen Nanopartikeln jeweils eine Partikelgröße von 1 nm bis 100 nm auf weisen.
Die Nanopartikel der Vielzahl magnetischer Nanopartikel können alle (im We sentlichen) die gleiche Partikelgröße aufweisen. Vorzugsweise weisen die Na nopartikel jedoch verschiedene Partikelgrößen, beispielsweise mindestens zwei verschiedene Partikelgrößen oder mindestens drei verschiedene Parti kelgrößen oder mindestens vier verschiedene Partikelgrößen, auf. Die Parti- kelgröße der Nanopartikel beeinflusst die magnetischen Eigenschaften bzw. das magnetische Moment der Suprapartikel. Je mehr verschiedene Partikelg rößen die Nanopartikel besitzen, aus denen die Suprapartikel aufgebaut sind, desto mehr charakteristische, unterscheidbare Spektren können generiert werden, was die Anzahl an verfügbaren„Codes" erhöht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die magneti schen Nanopartikel der Vielzahl magnetischer Nanopartikel jeweils eine Grundform auf, welche ausgewählt ist aus einer sphärischen Grundform, einer oktaedrischen Grundform, einer ellipsoidischen Grundform, einer stäbchen förmigen Grundform, einer zylindrischen Grundform und einer kubischen Grundform. Die Nanopartikel der Vielzahl magnetischer Nanopartikel können alle die gleiche Grundform aufweisen. Vorzugsweise weisen die Nanopartikel jedoch verschiedene Grundformen, beispielsweise mindestens zwei verschie dene Grundformen oder mindestens drei verschiedene Grundformen oder mindestens vier verschiedene Grundformen, auf. Die Grundform der Nano partikel beeinflusst die magnetischen Eigenschaften bzw. das magnetische Moment der Suprapartikel. Je mehr verschiedene Grundformen die Nanopar tikel besitzen, aus denen die Suprapartikel aufgebaut sind, desto mehr charak teristische, unterscheidbare Spektren können generiert werden, was die An zahl an verfügbaren„Codes" erhöht.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Nanopartikel der Vielzahl magnetischer Nanopartikel jeweils ein Material enthalten oder aus diesem bestehen, wel ches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus ferromagnetischen Mate rialien, ferrimagnetischen Materialien, superparamagnetischen Materialien und Mischungen hiervon. Besonders bevorzugt ist das Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxiden, Ferriten und Mischungen hiervon. Diese sind vorteilhafterweise besonders kostengünstig und umweltverträglich und haben zudem nur eine geringe Toxizität.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeich net sich dadurch aus, dass die Vielzahl magnetischer Nanopartikel mehrere Arten, bevorzugt mindestens drei Arten, besonders bevorzugt mindestens vier Arten, magnetischer Nanopartikel umfasst, die sich zumindest in ihrer Partikelgröße voneinander unterschei den, und/oder
die sich zumindest in ihrer Grundform voneinander unterscheiden, wobei die Grundform vorzugsweise ausgewählt ist aus einer sphä rischen Grundform, einer oktaedrischen Grundform, einer ellipsoidischen Grundform, einer stäbchenförmigen Grundform, ei ner zylindrischen Grundform und einer kubischen Grundform, und/oder
die sich zumindest in ihrem Material voneinander unterscheiden.
Weisen die Nanopartikel verschiedene Partikelgrößen und/oder Grundformen und/oder Materialien auf, können mehr charakteristische, unterscheidbare Spektren können generiert werden, was die Anzahl an verfügbaren„Codes" erhöht.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeich net sich dadurch aus, dass es sich bei den magnetischen Suprapartikeln oder zumindest bei einem Teil der magnetischen Suprapartikel um Hohlkugeln handelt. Unter Hohlkugeln wird dabei eine spezielle Struktur der Suprapartikel verstanden, bei welcher die Suprapartikel lediglich eine hohle Schale jedoch keinen innerhalb dieser Schale angeordneten Kern umfassen. Die Schale hat dabei vorzugsweise eine Dicke von 0,25 pm bis 2 pm. Der innerhalb der Schale angeordnete Hohlbereich hat vorzugsweise einen Durchmesser von 5 pm bis 100 pm. Die verwendeten Hohlkugeln haben den Vorteil, dass zum Beispiel durch mechanischen Druck oder Scherkräfte auf die Hohlkugeln, diese leicht in ihrer Struktur verändert werden können. Da die Struktur der Hohlkugeln allerdings einen direkten Einfluss auf das aufgenommene Messsignal der MPS- oder MPI-Messungen hat, kann damit aus dem aufgenommenen Messsignal direkt auf den zum Beispiel mechanischen Einfluss auf die Hohlkugeln ge schlossen werden. Die Hohlkugeln wirken also als Detektor für zum Beispiel mechanische Einflüsse. Außerdem ergibt sich aus der irreversiblen Verände rung der Struktur der Hohlkugel zudem ein "Speichereffekt", d.h. auch me chanische Einwirkungen oder Scherkräfte, die vor der eigentlichen MPS- oder MPI-Messung auf die Hohlkugeln eingewirkt und dabei deren Struktur verän dert haben, werden bei den späteren Messungen detektiert und ausgelesen. Zudem können zum Beispiel durch Einstellen der Wandstärke und Festigkeit der Schale oder Variation der eingesetzten Nanopartikel, die mechanischen Eigenschaften der Hohlkugeln genau und sehr fein abgestimmt werden. Damit ist es möglich einen jeweils auf die zu erwartenden mechanischen Einflüsse angepassten Detektor herzustellen, der zum Beispiel erst ab einer gewissen Kraftwirkung deformiert wird und kleinere Erschütterungen, zum Beispiel während des Transports, nicht detektiert. Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Viel zahl magnetischer Nanopartikel mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, Arten magnetischer Nanopartikel umfasst, die sich zumindest in ihrer Sätti gungsmagnetisierung voneinander unterscheiden, und dass innerhalb von Schritt b) zusätzlich ein statisches oder zeitlich veränderliches Offsetfeld ange legt wird.
Diese bevorzugte Variante - im Folgenden als Messansatz 2 bezeichnet - stellt eine Ergänzung des grundlegenden Messansatzes - im Folgenden als Messan satz 1 bezeichnet - des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Auf diese Weise kann eine noch genauere Detektion bzw. Identifikation der magnetischen Suprapartikel erreicht werden. Werden beispielsweise drei Magnetteilchenty pen X, Y und Z, die sich in ihrer Sättigungsmagnetisierung deutlich unterschei den, in einem magnetischen Suprateilchen vergesellschaftet, so steht ein Sys tem zur Verfügung, dessen Zusammensetzung X-Y-Z detektierbar ist. Dazu wird bei der Messung des X-Y-Z-komponentigen Teilchens die Stärke des an gelegten magnetischen Wechselfeldes so variiert, dass bei einer ersten Mes sung das Feld als Offset immer wenigstens so stark ist, dass Teilchentyp X dauerhaft seine magnetische Sättigung erreicht. In einer zweiten Messung wird die Feldstärke so gewählt, dass Typ X und nun auch Typ Y in Sättigung sind. In einer dritten Messung ist die Feldstärke so schwach, dass keiner der drei Magnetteilchentypen in Sättigung ist. Die Komponente, die jeweils gesät tigt ist, folgt dem magnetischen Wechselfeld nicht mehr und ist damit als Sig nalgeber ausgeschaltet. In den drei Messungen wird somit ein Kombinations signal von erst Y + Z dann nur Z und dann X + Y + Z erhalten. Die jeweiligen Signalspektren korrelieren mit den jeweiligen (mengenmäßigen) Anteilen der Komponenten X, Y und Z, welche frei eingestellt werden können. Damit lässt sich eine eindeutige ID für die mehrkomponentigen Teilchen generieren. Prin zipiell ist dabei jede beliebige Anzahl an Magnetteilchentypen zum Aufbau der mehrkomponentigen Teilchen mit unterschiedlich komplexen IDs möglich. Dieses Offsetfeld kann entweder zwischen aufeinanderfolgenden Messungen variiert werden oder kontinuierlich während einer Messung, z.B. durch ein lineares Erhöhen dieses Offsetfeldes.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist da durch gekennzeichnet, dass die Vielzahl magnetischer Nanopartikel mindes tens zwei, bevorzugt mindestens drei, Arten magnetischer Nanopartikel um fasst, die sich zumindest in ihrem (nichtlinearen) Magnetisierungsverhalten in einem angelegten Magnetfeld und/oder in ihrer Sättigungsmagnetisierung voneinander unterscheiden, und dass innerhalb von Schritt b) die magneti sche Feldstärke des Magnetfelds und/oder die Frequenz des Magnetfelds vari iert wird.
Diese bevorzugte Variante - im Folgenden als Messansatz S bezeichnet - stellt eine weitere Ergänzung des grundlegenden Messansatzes (d.h. Messansatz 1) des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Werden zum Beispiel drei Magnet teilchentypen X, Y und Z, die sich entweder in ihrer Sättigungsmagnetisierung und/oder in ihrem (nichtlinearen) Magnetisierungsverhalten bezogen auf das angelegte Magnetfeld, zu einem magnetischen Suprapartikel vergesellschaf tet, so kann analog zum zuvor beschriebenen Messansatz 2 die Zusammenset zung des so entstandenen Systems durch eine Variation des zur Messung verwendeten magnetischen Wechselfeldes verwendet werden. Diese Variati on besteht aus der Änderung der Stärke dieses Feldes, ebenso möglich ist eine Veränderung der Frequenz oder eine Kombination aus beidem. Diese Variati onen können entweder in aufeinanderfolgenden Messungen oder in einem sich kontinuierlich ändernden magnetischen Feld als Messsignal abgefragt werden.
Zeigt zum Beispiel das Teilchen X, analog zu Messansatz 2, eine niedrige Sätti gungsmagnetisierung, und damit ein nichtlineares Verhalten vor allem bei niedrigen magnetischen Feldstärken, so kann das Messsignal durch darüber hinaus Erhöhen der Feldstärke nur wenig variiert werden. Die Änderungen bei höheren Feldern werden dominant eben von solchen Partikeln beeinflusst, die auch in dem erhöhten Bereich nichtlineares Verhalten zeigen, beispielsweise ein Partikel Y. Bei z.B. drei unterschiedlichen in ihrem Feldstärke-bezogenen nichtlinearen Verhalten bzw. Sättigungsverhalten Partikeln X, Y und Z kann so aus den Messungen bei verschiedenen Feldstärken ein Rückschluss auf die mengenmäßige Zusammensetzung und eine Zuordnung zu einer eindeutigen ID gezogen werden.
Eine solche Messung kann als einfachstes Beispiel durch Messsignal- Aufnahme während eines in der Amplitude linear ansteigenden sinusförmigen magnetischen Feldes erfolgen. Andere Rampenfunktionen sind ebenso mög lich, ebenso wie andere Feldfunktionen, die sich von einem Sinus unterschei den. Eine Variation der Frequenz analog zur Variation der magnetischen Feld stärke kann zur Erzeugung einer eindeutigen ID ebenso verwendet werden. Grundsätzlich unterscheidet sich die nichtlineare magnetische Antwort von Partikeln mit geeigneter Variation physikalischer Parameter, wie Durchmes ser, Materialzusammensetzung etc., in ihrem Amplituden- und Phasenverlauf bei Anregung mit unterschiedlichen Frequenzen. Kombiniert man beispiels weise unterschiedliche Partikel X, Y und Z zu einem System, so kann man die se Kombination derart ausgestalten, das das Messsignal bei unterschiedlichen Frequenzen unterschiedlich stark gewichtet von den einzelnen Partikeln be stimmt wird und so Rückschlüsse auf die Zusammensetzung gezogen werden können und eine eindeutige ID zugeordnet werden kann. Die Variation der Frequenz kann entweder in aufeinander folgenden Messungen erfolgen oder kontinuierlich während einer Messung verändert werden. Es ist möglich die Zuordnung einer eindeutigen ID aus einer Kombination von Frequenz- und Amplitudenvariation zu gewinnen. Hierbei wird Amplitude und Frequenz gleichzeitig verändert, entweder in aufeinanderfolgenden Messungen oder kontinuierlich während einer Messung. Aus dem Messsignal wird eine Zuord nung zu einer eindeutigen ID gewonnen.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeich net sich dadurch aus, dass die Vielzahl magnetischer Nanopartikel mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, Arten magnetischer Nanopartikel umfasst, die sich zumindest in ihrem (nichtlinearen) Magnetisierungsverhalten in ei nem angelegten Magnetfeld und/oder in ihrer Sättigungsmagnetisierung von einander unterscheiden, dass innerhalb von Schritt b) zusätzlich ein statisches oder zeitlich veränderliches Offsetfeld angelegt wird und dass innerhalb von Schritt b) die magnetische Feldstärke des Magnetfelds und/oder die Frequenz des Magnetfelds variiert wird.
Hierbei handelt es sich um eine Kombination der zuvor genannten Messansät ze 1, 2 und 3. So kann während der Amplituden- und/oder Frequenzvariation des magnetischen Feldes ein Offsetfeld in geeigneter Weise geschaltet wer den. Werden unterschiedliche Frequenzmessungen zeitgleich kombiniert, so fungieren die Partikel aufgrund ihres nichtlinearen Verhaltens in einem mag netischen Feld als Frequenzmischer. In diesem Falle können auch diejenigen Frequenzanteile des Messsignals auf den Mischfrequenzen, die sich idealer weise durch geeignete Wahl der Frequenzen von den höheren Harmonischen der einzelnen Partikel unterscheiden, zusätzlich zur Generierung der eindeuti gen ID herangezogen werden.
Vorzugsweise können die verwendeten magnetischen Suprapartikel neben ihren speziellen magnetischen Eigenschaften auch weitere, mit unterschiedli chen Methoden detektierbare Eigenschaften besitzen, z.B. optische Eigen schaften wie z.B. Fluoreszenz. Zur Generierung einer eindeutigen ID kann so mit auch eine Kombination mehrerer dieser "multimodalen" Eigenschaften verwendet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfah rens ist zumindest ein Teil der Nanopartikel der Vielzahl an magnetischen Nanopartikeln jeweils mit chemischen Gruppen oberflächenmodifiziert. Die chemischen Gruppen sind dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Säuren, insbesondere Citronensäure; Silanen, ins besondere Octyltriethoxysilan; Polycarboxylatethern und Mischungen hier von.
Die Oberflächenmodifikation der Nanopartikel beeinflusst die magnetischen Eigenschaften bzw. das magnetische Moment der Suprapartikel. Durch die Oberflächenmodifikation zumindest eines Teils der Nanopartikel der Vielzahl magnetischer Nanopartikel kommt es zu veränderten Abständen der Nano partikel zueinander, wenn diese zu einem Suprapartikel vergesellschaftet werden. Daraus resultieren unterschiedliche, von der Modifikation abhängige Wechselwirkungen, welche in einer Modifikation der charakteristischen Signa le resultieren. Auf diese Weise kann die Anzahl an charakteristischen, unter- scheidbaren Spektren und damit an„Codes" weiter erhöht werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Vielzahl magnetischer Nanopartikel meh rere Arten magnetischer Nanopartikel umfasst, die sich in ihrer Oberflächen modifikation voneinander unterscheiden. Auf diese Weise kann die Anzahl an charakteristischen, unterscheidbaren Spektren und damit an„Codes" weiter erhöht werden.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeich net sich dadurch aus, dass zumindest ein Teil (d.h. zumindest eine Mehrzahl) der Nanopartikel der Vielzahl magnetischer Nanopartikel jeweils einen Kern und eine den Kern umgebende Schale umfassen. Vorzugsweise besteht dabei die Schale aus einem anderen Material als der Kern besteht. Besonders bevor zugt besteht die Schale aus einem Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxid; Polymeren, beispielsweise Polymethyl- methacrylat, Polystyrol, Polyethylenglycol; Metalloxiden, beispielsweise Ti tandioxid; und Mischungen hiervon. Die Schale kann eine variable Dicke auf weisen.
Die Struktur der Nanopartikel beeinflusst die magnetischen Eigenschaften bzw. das magnetische Moment der Suprapartikel. Durch die Verwendung von Nanopartikel mit der genannten Kern-Schale-Struktur kann somit die Anzahl an charakteristischen, unterscheidbaren Spektren und damit an„Codes" wei ter erhöht werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Vielzahl magnetischer Nanopartikel meh rere Arten magnetischer Nanopartikel umfasst, die jeweils einen Kern und eine den Kern umgebende Schale umfassen und die sich zumindest bezüglich des Materials der Schale voneinander unterscheiden. Auf diese Weise kann die Anzahl an charakteristischen, unterscheidbaren Spektren und damit an „Codes" weiter erhöht werden.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist da durch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil, bevorzugt alle, der Nanoparti kel der Vielzahl magnetischer Nanopartikel zu hierarchischen Substrukturen innerhalb des magnetischen Suprapartikels assembliert sind. Die hierarchi- sehen Substrukturen sind dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe be stehend aus Clustern, Kugeln, Stäbchen sowie Mischungen und Kombinatio nen hiervon. Beispielsweise können die magnetischen Nanopartikel zunächst zu Clustern/Stäbchen assembliert werden. Diese sind bereits Suprapartikel, welche zur ID-Generierung verwendet werden könnten, werden dann jedoch noch zu größeren Suprapartikeln agglomeriert. Die (sub)strukturelle
Anordung, d.h. die Verwendung von Nanopartikeln mit hierarchischen Sub strukturen, führt ebenfalls dazu, dass die Anzahl an charakteristischen, unter scheidbaren Spektren und damit an„Codes" weiter erhöht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfah rens enthalten die magnetischen Suprapartikel zusätzlich zu der Vielzahl mag netischer Nanopartikel weitere Nanopartikel, bevorzugt diamagnetische Na nopartikel und/oder paramagnetische Nanopartikel. Bei den weiteren Nano partikeln handelt es sich um nicht-magnetische Nanopartikel. Hierbei werden diamagnetische Nanopartikel und paramagnetische Nanopartikel als nicht magnetische Nanopartikel verstanden. Die magnetischen Suprapartikel kön nen aus der Vielzahl magnetischer Nanopartikel und den weiteren Nanoparti keln bestehen. Alternativ können die magnetischen Suprapartikel auch aus der Vielzahl magnetischer Nanopartikel bestehen.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich da durch aus, dass die magnetischen Suprapartikel jeweils eine Schale aufweisen, welche das magnetische Suprapartikel umgibt, wobei die Schale vorzugsweise eine Dicke von 1 nm bis 10 pm aufweist, und/oder
ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxid; Polymeren, bei spielsweise Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyethylenglycol; Metalloxiden, beispielsweise Titandioxid; und Mischungen hiervon, und/oder
als Beschichtung ausgeführt ist.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekenn zeichnet, dass die magnetischen Suprapartikel jeweils Poren mit einer Poren größe von 1 nm bis 60 nm, bevorzugt mit einer Porengröße zwischen 7 nm und 12 nm, aufweisen, wobei die Poren mit einem Polymer infiltriert sind. Die Porengröße kann beispielsweise bestimmt werden mittels Gasadsorption, insbesondere mittels Stickstoffadsorption.
Im Hinblick auf das Einbringen der magnetischen Suprapartikel in ein beliebi ges Objekt bzw. in eine Matrix eines solchen Objekts, beispielsweise ein Poly mer (z.B. bei der Markierung von Kunststoffobjekten, Klebern, etc.), ist es vor teilhaft, Matrix-Effekte ausschließen zu können. Es wurde festgestellt, dass ein Eindringen des Matrixmaterials in das Suprapartikel-Gefüge gegebenenfalls bei einer MPS-Messung signalverändernde Effekte hervorruft. Um solche sig nalverändernden Effekte zu vermeiden, können die magnetischen Supraparti kel modifiziert werden, beispielsweise durch Versehen (z.B. Coating) der mag netischen Suprapartikel mit einer Schale (z.B. mit einer Dicke von 1 nm bis 10 pm und/oder aus Silica oder Polymer) und/oder durch Infiltration bzw. Auffül len der Porenräume des Partikel mit einem Polymer. Auf diese Weise kann das beschriebene Eindringen des Matrixmaterials verhindert werden. Die modifi zierten Partikel sind somit inert und indifferent bezüglich Einbettmatrizes von Objekten, in denen die magnetischen Suprapartikel zum Einsatz kommen sol len.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeich net sich dadurch aus, dass die magnetischen Suprapartikel im Anschluss an Schritt d) mindestens einem mechanischen Einfluss, vorzugsweise einem me chanischen Druck und/oder einer Scherung, ausgesetzt werden, durch welche das magnetische Moment der magnetischen Suprapartikel verändert wird, danach die Schritte b) und c) wiederholt werden, und im Anschluss hieran die Änderung des magnetischen Moments der magnetischen Suprapartikel an hand des Vergleichs zwischen den im ersten Schritt c) und im zweiten Schritt c) generierten Spektren detektiert wird.
Gemäß dieser bevorzugten Variante des Verfahrens können die magnetischen Suprapartikel als mechanische Sensoren zur Detektion von mechanischen Umgebungseinflüssen eingesetzt werden. Zunächst werden hierbei die mag netischen Suprapartikel gemäß den Schritten a) bis d) des erfindungsgemäßen Verfahrens vermessen, sodass ein Ausgangswert erhalten wird, bei dem keine mechanischen Umgebungseinflüsse vorliegen. Wirken nun danach gewisse mechanische Umgebungseinflüsse, wie z.B. mechanischer Druck oder Sche rung, auf die magnetischen Suprapartikel ein, die auch zu einer kompletten oder teilweisen Zerstörung und/oder Veränderung der Zusammensetzung und/oder Struktur der magnetischen Suprapartikel führen können, führt dies zu einer Änderung der magnetischen Eigenschaften und damit des magneti schen Moments der magnetischen Suprapartikel. Durch die mechanischen Umgebungseinflüsse ändern sich somit auch das mittels MPS gemessene Sig nal sowie das erhaltene Spektrum. Werden somit nach dem Einwirken der mechanischen Umgebungseinflüsse die Schritte b) und c) wiederholt, wird ein Spektrum erhalten, welches sich von dem Spektrum unterscheidet, dass bei der ersten Durchführung des Schritts c) erhalten wurde. Durch diesen Unter schied kann auf das Vorliegen eines mechanischen Umgebungseinflusses rückgeschlossen werden. Mit anderen Worten werden somit durch das Ver fahren mechanische Umgebungseinflüsse detektiert, wobei die magnetischen Suprapartikel dabei als Sensor fungieren. Auf diese Weise kann beispielsweise auch eine Abnutzung, Beschädigung oder unsachgemäße Behandlung von mit den magnetischen Suprapartikeln versehenen Objekten detektiert bzw. nach gewiesen werden.
Vorzugsweise werden bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens Hohlkugeln als die magnetischen Suprapartikel oder zumindest als ein Teil der magnetischen Suprapartikel verwendet. Dies hat den Vorteil, dass zum Bei spiel durch mechanischen Druck oder Scherkräfte auf die Hohlkugeln, diese leicht in ihrer Struktur verändert werden können. Diese Strukturveränderun gen bei den Hohlkugeln wirken sich direkt auf das aufgenommene Messsignal der MPS- oder MPI-Messungen aus. Somit kann damit aus dem aufgenomme nen Messsignal und seinen Veränderungen direkt auf den zum Beispiel me chanischen Einfluss auf die Hohlkugeln geschlossen werden. Die Hohlkugeln wirken also als Detektor für zum Beispiel mechanische Einflüsse. Aus den irre versiblen Veränderungen der Struktur der Hohlkugel ergibt sich außerdem ein "Speichereffekt", d.h. auch mechanische Einwirkungen oder Scherkräfte, die vor der eigentlichen MPS- oder MPI-Messung auf die Hohlkugeln eingewirkt und dabei deren Struktur verändert haben, werden bei den späteren Messun gen detektiert und ausgelesen. Auch können die mechanischen Eigenschaften der Hohlkugeln genau und sehr fein abgestimmt werden, zum Beispiel durch Einstellen der Wandstärke und Festigkeit der Schale. Somit können jeweils auf die zu erwartenden mechanischen Einflüsse angepasste Detektoren herge stellt werden.
Darüber hinaus können auch die oben beschriebenen signalverändernden Effekte bei einer MPS-Messung, die durch das Eindringen von Matrixmaterial in das Suprapartikel-Gefüge hervorgerufen werden, dazu genutzt werden, um das Eindringen z.B. von Flüssigkeiten, Gasen oder anderen Materialien in die mit Suprapartikeln markierten Bereiche eines Objekts zu detektieren und so mit den Nachweis auf weitere Umwelteinflüsse auf das Objekt zu liefern
Gemäß einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Ver fahrens werden die magnetischen Suprapartikel in Schritt a) dadurch bereit gestellt, dass mindestens ein Objekt bereitgestellt wird, welches die magneti schen Suprapartikel enthält, wobei das mindestens eine Objekt vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kunststoffobjekten, Metallob jekten, Keramikobjekten, Glasobjekten sowie Mischungen und Kombinationen hiervon, wobei das mindestens eine Objekt besonders bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Haushaltsgeräten, Bekleidung, Elektrogerä ten, Fahrzeugen, Pharmaprodukten sowie Mischungen und Kombinationen hiervon. In der Folge kann somit durch die Detektion und/oder Identifikation der magnetischen Suprapartikel auch das mindestens eine Objekt detektiert und/oder identifiziert werden. Es ergibt sich somit ein Verfahren zur Detekti on und/oder Identifikation von Objekten. Die magnetischen Suprapartikel dienen somit als eine Art Marker, mit dem ein Objekt markiert werden kann, um es später anhand des Markers wieder detektieren und/oder identifizieren zu können.
Eine besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die magnetischen Suprapartikel in das Materi al des mindestens einen Objekts integriert werden. Mit anderen Worten wer den die magnetischen Suprapartikel nicht nur oberflächlich auf das mindes tens eine Objekt appliziert, sondern in die Matrix des mindestens einen Ob jekts eingebracht. Auf diese Weise können die Suprapartikel nicht mehr ohne Weiteres vom Objekt entfernt oder zerstört werden. Im Gegensatz hierzu sind oberflächlich auf dem Objekt aufgebracht Marker leicht entfernbar oder zer störbar. Beispielsweise können die magnetischen Suprapartikel in einer bestimmten Konzentration, z.B. 0,00001 Gew.-% bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,0001 Gew.-% bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,001 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,001 Gew.-% bis 0,01 Gew.-%, in das Objekt bzw. die Matrix des Objekts eingearbeitet werden. Hierbei sind alle Einarbeitungs prozesse denkbar, welche Partikel in eine umgebende Matrix einbetten, bei spielsweise das Einarbeiten mittels Spritzgießen, Rühren, Schütteln, Mischer und/oder Extruder.
In einer besonders bevorzugten Variante ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Verfahren zur Detektion und/oder Identifikation von magnetische Supra partikel enthaltenden Objekten mittels Magnet-Partikel-Spektroskopie oder Magnet-Partikel-Bildgebung, wobei in Schritt a) mindestens ein Objekt bereit gestellt wird, welches die magnetischen Suprapartikel enthält. Hierbei ist das mindestens eine Objekt vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kunststoffobjekten, Metallobjekten, Keramikobjekten, Glasobjekten sowie Mischungen und Kombinationen hiervon, wobei das mindestens eine Objekt besonders bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Haus haltsgeräten, Bekleidung, Elektrogeräten, Fahrzeugen, Pharmaprodukten so wie Mischungen und Kombinationen hiervon. Besonders bevorzugt ist es, dass die magnetischen Suprapartikel in das Material des mindestens einen Objekts integriert werden. Mit anderen Worten werden die magnetischen Supraparti kel hierbei nicht nur oberflächlich auf das mindestens eine Objekt appliziert, sondern in die Matrix des mindestens einen Objekts eingebracht.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemä ßen Verfahrens zur Detektion und/oder Identifikation von Objekten. Hierbei sind die Objekte vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kunststoffobjekten, Metallobjekten, Keramikobjekten, Glasobjekten sowie Mischungen und Kombinationen hiervon, wobei die Objekte besonders bevor zugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Haushaltsgeräten, Be kleidung, Elektrogeräten, Fahrzeugen, Pharmaprodukten sowie Mischungen und Kombinationen hiervon. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die magnetischen Suprapartikel in das Material der Objekte integriert werden.
Mit anderen Worten werden die magnetischen Suprapartikel nicht nur ober- flächlich auf die Objekte appliziert, sondern in die Matrix der Objekte einge bracht.
Anhand der nachfolgenden Figuren und Beispiele soll die vorliegende Erfin dung näher erläutert werden, ohne diese auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen und Parameter zu beschränken.
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften magnetischen Suprapartikels gezeigt, wie es im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann. Das magnetische Suprapartikel enthält eine Vielzahl magneti scher Nanopartikel mit unterschiedlichen Größen und unterschiedlichen For men. Diese magnetischen Nanopartikel sind zum magnetischen Suprapartikel assembliert, der in der Folge eine bestimmte Zusammensetzung und Struktur aufweist.
In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines weiteren beispielhaften mag netischen Suprapartikels gezeigt, wie es im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann. Hierbei sind die magnetischen Nanopartikel, welche im magnetischen Suprapartikel enthalten sind, mit chemischen Gruppen ober flächenmodifiziert. Die magnetischen Nanopartikel sind in Fig. 2 in schwarz dargestellt, wohingegen die Oberflächenmodifikation als weiße gestrichelte Linie dargestellt ist. Auch das magnetische Suprapartikel selbst kann eine Oberflächenmodifikation aufweisen.
In Fig. S ist einer schematische Darstellung der Assemblierung zwei weiterer beispielhafter Suprapartikel gezeigt, wie sie im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können. Hierbei werden zunächst in erstem Schritt einzel ne magnetische Nanopartikel 1 zu einer Überstruktur 2 assembliert. In dem im oberen Teil der Figur gezeigten Beispiel wird eine sphärische Überstruktur erhalten, wohingegen in dem im unteren Teil der Figur gezeigten Beispiel eine stäbchenförmige Überstruktur erhalten wird. In einem zweiten Schritt erfolgt dann die Agglomeration der jeweiligen Überstruktur 2 zum magnetischen Suprapartikel 3. Letztlich ist somit die Vielzahl magnetischer Nanopartikel zu hierarchischen Substrukturen innerhalb des magnetischen Suprapartikels as sembliert. Eigentlich handelt es sich bei den jeweiligen Überstrukturen 2 bzw. Substrukturen bereits um Suprapartikel, welche zur ID-Generierung verwen- det werden können. Jedoch kann durch die Agglomeration mehrere (unter schiedlicher) Überstrukturen ein noch größeres Suprapartikel generiert und dadurch ein noch charakteristischeres Signal generiert werden.
In Fig. 4 ist eine mögliche Herstellung der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Suprapartikel mittels Sprühtrocknung schematisch dargestellt. Hierbei werden magnetische Nanopartikel 1 zu den magnetischen Supraparti keln S assembliert. Dazu werden die magnetischen Nanopartikel 1 in Dispersi on als feine (1 pm bis 10 pm) Tröpfchen aus einer Zerstäuberdüse 4 in eine Probenkammer gesprüht. Durch eine erhöhte Temperatur in der Probenkam mer verdampft das Lösungsmittel, z.B. Wasser, sukzessive und die einzelnen magnetischen Nanopartikel 1 agglomerieren zu magnetischen Suprapartikeln S.
In Fig. 5 sind schematische Darstellungen zwei weiterer beispielhafter magne tischer Suprapartikel gezeigt, wie sie im erfindungsgemäßen Verfahren ver wendet werden können. Im linken Teil der Figur weist das magnetische Sup rapartikel eine Schale 5 auf, welche das magnetische Suprapartikel umgibt. Durch die Schale wird das Eindringen eines anderen Matrixmaterials, z.B. das Material eines Objekts, in welchem die magnetischen Suprapartikel enthalten sind, verhindert. Die Schale 5 kann eine Dicke von 1 nm bis 10 pm aufweisen, und/oder ein Material enthalten oder aus diesem bestehen, welches ausge wählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxid; Polymeren, beispiels weise Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyethylenglycol; Metalloxiden, beispielsweise Titandioxid; und Mischungen hiervon, und/oder kann als Be schichtung ausgeführt sein. Im rechten Teil der Figur weist das magnetische Suprapartikel Poren (z.B. mit einer Porengröße von 1 nm bis 60 nm oder mit einer Porengröße zwischen 7 nm und 12 nm) auf, wobei die Poren mit einem Polymer 6 infiltriert bzw. aufgefüllt sind. Durch das Infiltrieren bzw. Auffüllen der Poren wird das Eindringen eines anderen Matrixmaterials, z.B. das Mate rial eines Objekts, in welchem die magnetischen Suprapartikel enthalten sind, verhindert.
Ausführungsbeispiele Nachfolgend werden verschiedene Möglichkeiten zur Erstellung eines charak teristischen Signals erklärt und exemplarische Signalverläufe dargestellt.
1) Assemblierung zu Sub-Strukturen und Signalverlauf-Bestimmung
Wie bereits in Fig. 3 dargelegt, lässt sich ein besonders charakteristisches Sig nal durch die Assemblierung zu einer Überstruktur bzw. Substruktur erzielen.
Dies ist in Fig. 6 und Fig. 7 veranschaulicht, in denen mittels MPS ermittelte Amplituden-Spektren und Phasen-Spektren vier verschiedener Proben gezeigt sind. In den in Fig. 6 dargestellten Amplituden-Spektren ist die relative Ampli tudenintensität gegen die höheren Harmonischen aufgetragen. In den in Fig. 7 dargestellten Phasen-Spektren ist die Phase gegen die höheren Harmonischen aufgetragen.
Der mit der gepunkteten Linie und den Raute-Symbolen gekennzeichnete Graph in Fig. 6 und Fig. 7 zeigt das jeweilige Spektrum magnetischer Nanopar- tikel, die in einer Dispersion vorliegen. Der mit der durchgezogenen Linie und den Quadrat-Symbolen gekennzeichnete Graph in Fig. 6 und Fig. 7 zeigt das jeweilige Spektrum der gleichen magnetischen Nanopartikel, die jedoch mit tels Sprühtrocknung zu magnetischen Suprapartikeln assembliert wurden, wie sie auch im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können. Der mit der gestrichelten Linien und den Kreis-Symbolen gekennzeichnete Graph in Fig. 6 und Fig. 7 zeigt wiederum das jeweilige Spektrum der gleichen magneti schen Nanopartikel, die jedoch zu stäbchenförmigen Überstrukturen assemb liert vorliegen. Bei diesen Überstrukturen handelt es sich im Grunde genom men bereits um magnetische Suprapartikel, wie sie im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können. Der mit der Strich-Punkt-Linie und den Dreieck- Symbolen gekennzeichnete Graph in Fig. 6 und Fig. 7 zeigt schließlich das jeweilige Spektrum der gleichen magnetischen Nanopartikel, die jedoch diesmal zunächst zu stäbchenförmigen Überstrukturen assembliert wurden, welche anschließend mittels Sprühtrocknung zu magnetischen Suprapartikeln assembliert wurden. Bei diesen magnetischen Suprapartikeln sind somit die magnetischen Nanopartikel zu hierarchischen Substrukturen - in Form von Stäbchen - innerhalb des magnetischen Suprapartikels assembliert. Durch die Assemblierung der individuellen Nanopartikel (gepunktete Linie, Rauten-Symbol) zu stäbchenförmigen Überstrukturen (gestrichelte Linie, Kreis-Symbol) lässt sich der Signalverlauf verändern. Diese Assemblierung ist bereits ein Suprapartikel, welches zur Objekt-Markierung verwendet werden kann. Werden die stäbchenförmigen Überstrukturen zu noch größeren Parti keln kombiniert, beispielsweise mittels Sprühtrocknung (Strich-Punkt-Linie, Dreieck- Symbol) kann das Signal wiederum variiert werden. Das dann resultie rende Amplitudenintensitäts-Signal (durgezogene Linie, Rechteck-Symbol) ist nahezu identisch zur Sprühtrocknung der ursprünglichen Nanopartikel. Jedoch unterscheiden sich die beiden Kurven hinsichtlich ihrer Phase in Abhängigkeit der höheren Harmonischen, wie in Fig. 7 zu erkennen ist. Diese Unterschiede sind insbesondere bis zur circa 20. Harmonischen signifikant. Danach streuen die Messwerte aufgrund des relativ großen Messfehlers (nicht gezeigt) stär ker. In diesem Beispiel wird auch deutlich, dass zur Unterscheidung der Code- Objekte entweder die Amplitudenintensitäts-Verläufe, welche hier bei den letztgenannten Proben identisch sind, oder der Verlauf der Phase verwendet werden können oder eine Kombination der beiden.
In Fig. 8 sind für zwei der bereits zuvor genannten Proben, nämlich für die zu stäbchenförmigen Überstrukturen assemblierten Nanopartikel (gestrichelte Linie, Kreis-Symbol) sowie für die zunächst zu stäbchenförmigen Überstruktu ren assemblierten und anschließend mittels Sprühtrocknung zu magnetischen Suprapartikeln mit einer Substruktur agglomerierten Nanopartikel (Strich- Punkt-Linie, Dreieck- Symbol), Quotienten der Amplitudenintensität unter schiedlicher Harmonischer zueinander graphisch dargestellt. Gezeigt sind da bei exemplarisch die fünffache Anregungsfrequenz (A5) geteilt durch die drei fache Anregungsfrequenz (A3) sowie die elffache Anregungsfrequenz (An) geteilt durch die dreifache Anregungsfrequenz (A3). Die beiden unterschiedli chen Proben lassen sich mit Hilfe der so errechneten Koeffizienten beschrei ben und identifizieren. Hierbei ist zu sehen, dass die beiden genannten Pro ben unterschiedliche Werte der Verhältnisse aufweisen. Die Fehlerbalken der jeweiligen Koeffizienten sind dargestellt, jedoch so klein, dass sie nicht er kennbar sind. Der Quotient A5/A3 beschreibt hierbei die (negative) Steigung der jeweiligen Messkurven zwischen der dritten und fünften Harmonischen, während An/A3 die (negative) Steigung der jeweiligen Messkurven zwischen der elften und dritten Harmonischen beschreibt. Durch so berechnete Koeffi- zienten lassen sich die Verläufe unterschiedlicher Messkurven beschreiben. Für eine exaktere Beschreibung des Kurvenverlaufs, lassen sich mathemati sche Modelle verwenden und beispielsweise alle Messpunkte zueinander ins Verhältnis setzen. Zusätzlich zu den so gewonnenen Amplituden- Koeffizienten, können die Messwerte der Phase in Abhängigkeit der Harmoni schen zur Signaleinstellung und Detektion verwendet werden.
2) Variation der Assemblierungsart
Eine Assemblierung der individuellen Nanopartikel zu Suprapartikeln kann durch Trocknung dieser geschehen. Durch das Verdampfen des Lösungsmit tels agglomerieren bzw. aggregieren die individuellen Nanopartikel und bilden Suprapartikel. Durch unterschiedliche Trocknungsvariationen der Suspension (Raute, gepunktete Darstellung) wie beispielsweise Ofentrocknung, (Kreis, gestrichelte Darstellung) Sprühtrocknung (Rechteck, Liniendarstellung) oder Gefriertrocknung (Dreieck, Strich-Punkt-Darstellung) lassen sich charakteristi sche Signale hinsichtlich der Phase (Figur 9) oder der Amplitudenintensität (Figur 10) generieren. Durch die entstehenden unterschiedlichen Wechselwir kungen kann durch Variation der Assemblierungsart ein variierendes Signal eingestellt werden.
Dies wird in Fig. 9 und Fig. 10 verdeutlicht, in denen mittels MPS ermittelte Amplituden-Spektren und Phasen-Spektren vier verschiedener Proben gezeigt sind. In den in Fig. 9 dargestellten Amplituden-Spektren ist die relative Ampli tudenintensität gegen die höheren Harmonischen aufgetragen. In den in Fig. 10 dargestellten Phasen-Spektren ist die Phase gegen die höheren Harmoni schen aufgetragen.
Der mit der gepunkteten Linie und den Raute-Symbolen gekennzeichnete Graph in Fig. 9 und Fig. 10 zeigt das jeweilige Spektrum magnetischer Nano partikel, die in einer Dispersion vorliegen. Der mit der durchgezogenen Linie und den Quadrat-Symbolen gekennzeichnete Graph in Fig. 9 und Fig. 10 zeigt das jeweilige Spektrum der gleichen magnetischen Nanopartikel, die jedoch mittels Sprühtrocknung zu magnetischen Suprapartikeln assembliert wurden, wie sie auch im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können. Der mit der gestrichelten Linie und den Kreis-Symbolen gekennzeichnete Graph in Fig. 9 und Fig. 10 zeigt wiederum das jeweilige Spektrum der gleichen magne tischen Nanopartikel, die jedoch mittels Ofentrocknung zu magnetischen Sup rapartikeln assembliert wurden. Auch diese magnetischen Suprapartikel kön nen im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Der mit der Strich- Punkt-Linie und den Dreieck-Symbolen gekennzeichnete Graph in Fig. 9 und Fig. 10 zeigt schließlich das jeweilige Spektrum der gleichen magnetischen Nanopartikel, die jedoch mittels Gefriertrocknung zu magnetischen Suprapar tikeln assembliert wurden. Auch diese magnetischen Suprapartikel können im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.
In Fig. 9 und 10 ist zu erkennen, dass durch verschiedene Herstellungsmetho den der magnetischen Suprapartikel, in welchen jeweils unterschiedliche Pro zessparameter, hier beispielhaft verschiedene Trocknungsparameter der ur sprünglichen Suspension, wie Ofentrocknung, Gefriertrocknung oder Sprüh trocknung verwendet werden, sich verschiedene Kurvenverläufe der relativen Amplitudenintensität und verschiedene Phasenverläufe realisieren lassen.
3) Oberflächenmodifikation der Nanopartikel zur Signalvariation
Wie anhand von Fig. 2 bereits diskutiert, lässt sich ein besonders charakteristi sches Signal generieren, indem die verwendeten Nanopartikel oberflächen modifiziert werden, bevor sie zu Suprapartikeln kombiniert werden.
Fig. 11 veranschaulicht dies exemplarisch anhand des Signalverlaufs der rela tiven Amplitudenintensität in Abhängigkeit der höheren Harmonischen. Nicht oberflächenmodifizierte Eisenoxid-Nanopartikel, welche mittels Sprühtrock nung zu magnetischen Suprapartikeln assembliert worden sind (Rechteck- Symbole, durchgezogene Linie), zeigen hierbei einen anderen Signalverlauf als oberflächenmodifizierte Eisenoxid-Nanopartikel, welche mittels Sprühtrock nung zu magnetischen Suprapartikeln assembliert worden sind (Dreieck- Symbole, gepunktete Linie). Hierbei erfolgte die Oberflächenmodifizierung durch eine Funktionalisierung mit einem Silan. Die Phasenverläufe sind nicht dargestellt, können durch Oberflächenmodifikation der Nanopartikel jedoch auch beeinflusst werden.
4) Signalveränderung der Code-Partikel durch Umgebungseinflüsse Es ist möglich, dass sich das charakteristische Signal der magnetischen Supra partikel durch deren Umgebung ändert. Dies ist exemplarisch in Fig. 12 veran schaulicht, in welcher Signalverläufe der relativen Amplitudenintensität in Abhängigkeit der höheren Harmonischen für drei verschiedene Proben darge stellt sind. Verglichen werden hierbei das Signal einer Probe von im erfin dungsgemäßen Verfahren verwendbare magnetischen Suprapartikeln (Ur sprungssignal; Quadrat-Symbol, durchgezogene Linie), das Signal einer Probe, in der die gleichen magnetischen Suprapartikel in Polyethylenglycol eingear beitet sind (Dreieck-Signal, gepunktete Linie) und das Signal einer Probe, in der die gleichen magnetischen Suprapartikel in Paraffinwachs eingearbeitet sind.
In Fig. 12 ist zu erkennen, dass sich das charakteristische Signal der un behandelten magnetischen Suprapartikel durch Einarbeitung in Polyethyleng lycol verändert, wohingegen das Signal bei Einarbeitung in Paraffinwachs un verändert bleibt. Abhängig von Prozessparametern wie mechanischer Bean spruchung, Wechselwirkung mit der Umgebung, Viskosität der Matrix oder ähnlichem kann die Struktur der Suprapartikel verändert werden, was in ei nem veränderten magnetischen Signal resultiert. Die Partikel wurden in einer Konzentration von ca. 1 Gew.-% mit einem Vortexer der Firma Heathrow Scientific in die hier dargestellten Matrices mittels Schütteln für 2 min bei 1000 rpm eingearbeitet. Diese Veränderung des Signals kann durch geschickte Probenpräparation verhindert oder auch bewusst zur Veränderung des Codes ausgenutzt werden.
Durch die Verwendung der Suprapartikel und deren mehrfacher Messung mit tels MPS oder MPI können außerdem Strukturveränderungen detektiert wer den. Durch Strukturveränderende Einflüsse, wie beispielsweise mechanische Beanspruchung, ändert sich die Struktur der Suprapartikel. Beispielhaft ist diese Strukturänderung für Hohlkugel-Suprapartikel in Fig. 13 veranschaulicht. Beispielsweise kann die hohle Struktur (teilweise) verändert werden. Die Strukturveränderung resultiert dann in einer Veränderung des detektierten Signals im MPS oder MPI. Durch mehrfache Messung nach unterschiedlichen Strukturveränderungen, können diese detektiert werden und durch geschick tes Anpassen der Suprapartikel Rückschlüsse auf Umgebungseffekte, wie bei- spielsweise einwirkende mechanische Beanspruchung geschlossen werden. Diese Signaländerung für verschieden starke Druckkräfte ist exemplarisch in Fig. 14 dargestellt. Mit zunehmendem Druck auf die ursprünglich intakten Hohlkugeln fällt die relative Amplitudenintensität über die höheren Harmoni- sehen schneller ab. Eine Änderung der Phase durch die strukturverändernden
Einwirkungen ist auch denkbar, hier jedoch nicht gezeigt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Detektion und/oder Identifikation magnetischer Supra partikel mittels Magnet-Partikel-Spektroskopie oder Magnet-Partikel- Bildgebung, bei welchem
a) magnetische Suprapartikel bereitgestellt werden, die jeweils eine Vielzahl magnetischer Nanopartikel enthalten und eine bestimmte Zusammensetzung und/oder Struktur aufweisen,
b) die magnetischen Suprapartikel mindestens einem Magnetfeld ausgesetzt werden, wodurch abhängig vom magnetischen Moment der magnetischen Suprapartikel mindestens eine Spannung und/oder ein Spannungsverlauf induziert wird, wobei die mindes tens eine Spannung und/oder der Spannungsverlauf als mindestens ein Messsignal detektiert wird,
c) aus dem mindestens einen Messsignal mindestens ein Spektrum generiert wird, welches Oberschwingungen enthält, die jeweils ei ne Amplitude und eine Phase aufweisen, und
d) die magnetischen Suprapartikel anhand des mindestens einen ge nerierten Spektrums detektiert und/oder identifiziert werden.
2. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Detektion und/oder Identifikation der magnetischen Suprapartikel in Schritt d) anhand des Verlaufs der Phasen der Ober schwingungen des mindestens einen Spektrums und/oder anhand re lativer Verhältnisse von Intensitäten der Amplituden der Oberschwin gungen des mindestens einen Spektrums erfolgt.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die magnetischen Suprapartikel jeweils eine Partikelgröße von 50 nm bis 150 miti, bevorzugt von 1 pm bis 10 miti, aufweisen, und/oder
die magnetischen Nanopartikel der Vielzahl an magnetischen Nanopartikeln jeweils eine Partikelgröße von 1 nm bis 100 nm auf weisen.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die magnetischen Nanopartikel der Vielzahl magne tischer Nanopartikel jeweils eine Grundform aufweisen, welche aus gewählt ist aus einer sphärischen Grundform, einer oktaedrischen Grundform, einer ellipsoidischen Grundform, einer stäbchenförmigen Grundform, einer zylindrischen Grundform und einer kubischen Grundform.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Nanopartikel der Vielzahl magnetischer Nano partikel jeweils ein Material enthalten oder aus diesem bestehen, wel ches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus ferromagnetischen Materialien, ferrimagnetischen Materialien, superparamagnetischen Materialien und Mischungen hiervon, wobei das Material vorzugswei se ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxiden, Ferriten und Mischungen hiervon.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vielzahl magnetischer Nanopartikel mehrere Arten magnetischer Nanopartikel umfasst,
die sich zumindest in ihrer Partikelgröße voneinander unterschei den, und/oder
die sich zumindest in ihrer Grundform voneinander unterscheiden, wobei die Grundform vorzugsweise ausgewählt ist aus einer sphä rischen Grundform, einer oktaedrischen Grundform, einer ellipsoidischen Grundform, einer stäbchenförmigen Grundform, ei ner zylindrischen Grundform und einer kubischen Grundform, und/oder die sich zumindest in ihrem Material voneinander unterscheiden.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vielzahl magnetischer Nanopartikel mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, Arten magnetischer Nanopartikel umfasst, die sich zumindest in ihrer Sättigungsmagnetisierung vonei nander unterscheiden, und dass innerhalb von Schritt b) zusätzlich ein statisches oder zeitlich veränderliches Offsetfeld angelegt wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vielzahl magnetischer Nanopartikel mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, Arten magnetischer Nanopartikel umfasst, die sich zumindest in ihrem Magnetisierungsverhalten in ei nem angelegten Magnetfeld und/oder in ihrer Sättigungsmagnetisie rung voneinander unterscheiden, und dass innerhalb von Schritt b) die magnetische Feldstärke des mindestens einen Magnetfelds und/oder die Frequenz des mindestens einen Magnetfelds variiert wird.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Nanopartikel der Vielzahl an magnetischen Nanopartikeln jeweils mit chemischen Gruppen oberflä chenmodifiziert ist, wobei die chemischen Gruppen vorzugsweise aus gewählt sind aus der Gruppe bestehend aus organischen Säuren, ins besondere Citronensäure, Silanen, insbesondere Octyltriethoxysilan, Polycarboxylatethern und Mischungen hiervon.
10. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vielzahl magnetischer Nanopartikel mehrere Arten magnetischer Nanopartikel umfasst, die sich in ihrer Oberflächenmodi fikation voneinander unterscheiden.
11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Nanopartikel der Vielzahl magnetischer Nanopartikel jeweils einen Kern und eine den Kern um gebende Schale umfassen, wobei die Schale vorzugsweise aus einem anderen Material als der Kern besteht, wobei die Schale besonders be- vorzugt aus einem Material besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxid; Polymeren, beispielsweise Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyethylenglycol; Metalloxiden, beispielsweise Titandioxid; und Mischungen hiervon.
12. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vielzahl magnetischer Nanopartikel mehrere Arten magnetischer Nanopartikel umfasst, die jeweils einen Kern und eine den Kern umgebende Schale umfassen und die sich zumindest bezüg lich des Materials der Schale voneinander unterscheiden.
13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass zumindest ein Teil, bevorzugt alle, der Nanopartikel der Vielzahl magnetischer Nanopartikel zu hierarchischen Substruktu ren innerhalb des magnetischen Suprapartikels assembliert sind, wobei die hierarchischen Substrukturen vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Clustern, Kugeln, Stäbchen sowie Mischun gen und Kombinationen hiervon.
14. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die magnetischen Suprapartikel zusätzlich nicht magnetische Nanopartikel, bevorzugt diamagnetische Nanopartikel und/oder paramagnetische Nanopartikel, enthalten.
15. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die magnetischen Suprapartikel jeweils eine Schale aufweisen, welche das magnetische Suprapartikel umgibt, wobei die Schale vorzugsweise
eine Dicke von 1 nm bis 10 pm aufweist, und/oder
ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxid; Polymeren, bei spielsweise Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyethylenglycol; Metalloxiden, beispielsweise Titandioxid; und Mischungen hiervon, und/oder
als Beschichtung ausgeführt ist.
16. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die magnetischen Suprapartikel jeweils Poren mit einer Porengröße von 1 nm bis 60 nm, bevorzugt mit einer Porengröße zwischen 7 nm und 12 nm, aufweisen, wobei die Poren mit einem Polymer infiltriert sind.
17. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die magnetischen Suprapartikel im Anschluss an Schritt d) mindestens einem mechanischen Einfluss, vorzugsweise ei nem mechanischen Druck und/oder einer Scherung, ausgesetzt wer den, durch welche das magnetische Moment der magnetischen Supra partikel verändert wird, danach die Schritte b) und c) wiederholt wer den, und im Anschluss hieran die Änderung des magnetischen Mo ments der magnetischen Suprapartikel anhand des Vergleichs zwi schen dem jeweils im ersten Schritt c) und im zweiten Schritt c) gene rierten mindestens einen Spektrum detektiert wird.
18. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die magnetischen Suprapartikel in Schritt a) da durch bereitgestellt werden, dass mindestens ein Objekt bereitgestellt wird, welches die magnetischen Suprapartikel enthält, wobei das min destens eine Objekt vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe be stehend aus Kunststoffobjekten, Metallobjekten, Keramikobjekten, Glasobjekten sowie Mischungen und Kombinationen hiervon, wobei das mindestens eine Objekt besonders bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Haushaltsgeräten, Bekleidung, Elektrogerä ten, Fahrzeugen, Pharmaprodukten sowie Mischungen und Kombina tionen hiervon.
19. Verwendung eines Verfahrens gemäß Anspruch 18 zur Detektion
und/oder Identifikation von Objekten, wobei die Objekte vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Kunststoffobjekten, Metallobjekten, Keramikobjekten, Glasobjekten sowie Mischungen und Kombinationen hiervon, wobei die Objekte besonders bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Haushaltsgeräten, Be- kleidung, Elektrogeräten, Fahrzeugen, Pharmaprodukten sowie Mi schungen und Kombinationen hiervon.
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