Способ контроля внешнего физического воздействия

011268 Область техники Настоящее изобретение относится к способу контроля физического параметра посредством измерения изменения оптической характеристики голографического датчика. Предшествующий уровень техники Голографические датчики могут использоваться в ходе обнаружения разнообразных аналитов (т.е. веществ, подвергающихся анализу). В публикации международной заявки WO 95/26499 описан голографический датчик, основанный на объемной голограмме. Этот датчик включает чувствительную к аналиту матрицу, имеющую оптическую преобразующую структуру, расположенную во всем ее объеме. Из-за этого физического расположения преобразователя, оптический сигнал, произведенный датчиком, очень чувствителен к изменениям в объеме или структурным изменениям, происходящим в чувствительной к аналиту матрице в результате взаимодействия или реакции с аналитом. Патент WO 03/087899 описывает способ непрерывного считывания с использованием голографического датчика. Жидкость, включающая аналит, проходит через датчик, при этом аналит обратимо реагирует с голографической опорной средой. Сущность изобретения Настоящее изобретение базируется на обнаружении того факта, что голографический датчик может быть чувствителен к физическому воздействию, например, при изменении температуры, магнитного,электрического или другого поля, света и/или давления. Датчик, например, объемная голограмма, в котором физическое воздействие оказывается на опорную среду, подвергается изменению, которое может быть зарегистрировано. Это изменение в оптической характеристике предпочтительно обратимо. Согласно настоящему изобретению способ контроля включает оказание на голографический датчик внешнего физического воздействия, к которому чувствителен датчик, и измерение изменения изображения. Физическое воздействие можно понимать как дистанционное или непосредственное воздействие на датчик, вызывающее изменение в физическом свойстве среды, в которой располагается голографический элемент (в данной области техники именуемой регистрирующей средой). Голографический датчик может быть чувствителен к физическому воздействию, например, температуре, магнитному воздействию, свету и/или давлению. Изобретение имеет особенную значимость для целей защиты/подтверждения подлинности (аутентичности). Наблюдаемое изменение, то есть изменение в оптической характеристике датчика, может быть обнаружено или непосредственно глазом, или с использованием любого подходящего прибора, например, спектрометра. Краткое описание графических материалов Фиг. 1 представляет собой график зависимости длины волны, соответствующей дифракционному максимуму (нм) от температуры (С); и фиг. 2 является графиком зависимости интенсивности (импульсы) от времени (минуты). Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Голографический датчик для применения согласно изобретению, в характерном случае содержит голографическую опорную (несущую) среду и голограмму, расположенную во всем объеме среды. Способ согласно изобретению предпочтительно включает применение датчика, в котором опорная среда чувствительна к физическому параметру, например, температуре. При воздействии на датчик можно изменить (локальный) физический параметр, вызывая изменение в параметре опорной среды. Это приводит к изменению оптической характеристики элемента. На датчик можно воздействовать любыми подходящими средствами. Как пример дистанционного воздействия, при направлении на датчик лазер подходящей мощности может вызвать расширение опорной среды. Таким образом, датчик согласно изобретению может быть светоадресуемым. Другие формы воздействия не являются дистанционными, и включают прямое воздействие давления, например, вручную или под действием веса, при сжатии или растяжении. Голограмма может быть чувствительной к такому физическому воздействию, как, например, повышенная или пониженная температура. Свойство опорной среды, которое изменяется, может представлять собой плотность заряда, объем,форму, плотность, вязкость, прочность, твердость, заряд, гидрофобность, набухаемость, целостность(монолитность), плотность поперечной связи или любое другое физическое свойство. Изменение такого свойства вызывает изменение оптического свойства, например, поляризуемости, отражающей способности, показателя преломления или оптической плотности голографического элемента. Если какое-либо изменение происходит, когда голограмма воспроизводится падающим широкополосным неионизирующим электромагнитным излучением, то изменяется оптическое свойство, и может наблюдаться изменение, например, цвета или интенсивности. Свойство, которое изменяется, предпочтительно является размером или объемом опорной среды. Это может быть достигнуто путем внедрения в опорную (несущую) матрицу групп, которые вызывают расширение или сжатие опорной среды. Опорная среда предпочтительно включает природную или модифицированную матрицу с вязкоупругими свойствами. В предпочтительном примере осуществления изобретения опорная среда включает группу спиропирана или его производного. Спиропираны при воздействии ультрафиолетового света подвергаются-1 011268 обратимому превращению в мероцианин. Это превращение сопровождается увеличением заряда и может вызывать расширение опорной среды. Превращение может быть обратимым при воздействии на датчик видимого света или при нагревании. Для достижения магнитного перехода в опорной среде, эта среда может включать ферромагнитный полимер, или один или более "молекулярных магнитов". Молекулярные магниты известны и могут быть синтезированы в виде полимеризуемых мономеров. Голографический датчик может включать множество голографических элементов, причем каждый элемент является чувствительным к отличному от других параметру. Голографические элементы могут быть представлены в форме комплекта (набора). Голограмма может быть, например, пропускающей или отражательной. В отражательной голограмме интерференционные полосы параллельны поверхности опорной среды; это заставляет лучи выходить из той же самой поверхности, в которую падающие лучи входят. Эта геометрия интерференционной полосы обеспечивает голограмму, которая может быть особенно чувствительна к изменениям температуры. Чувствительность датчика к внешнему физическому воздействию может являться следствием объмных свойств датчика или опорной (несущей) среды. Альтернативно, она может являться результатом химической или другой модификации голографического элемента. В частности, модификация может быть осуществлена для повышения чувствительности реакции и/или для обеспечения возможности дистанционного воздействия. Как показано в примере 2, светочувствительная голограмма может быть изготовлена путем воздействия на датчик света, при этом свойства голограммы изменяются таким образом, что происходит изменение в оптической характеристике голографического элемента. В примере 2 использован конкретный отбеливатель, но следует понимать, что для данной цели пригодны и другие. Для регулирования светочувствительности может использоваться модификация процесса отбеливания и/или основной цепи полимера. Подобным же образом для регулирования чувствительности и, как следствие - отклика датчика,могут использоваться другие физические воздействия. Альтернативные светочувствительные голографические датчики могут быть изготовлены с использованием фрагмента азобензола, который подвергается транс-цис-фотоизомеризации при воздействии ультрафиолетового излучения. Это изменяет свободную энергию смешения опорной (несущей) среды, в которой располагается голографическое изображение, и, следовательно, приводит к изменению оптических свойств связанной с ней голограммы. Еще один подход включает использование трифенилметановых лейкокрасителей, включенных в голограмму. Такие красители подвергаются фотодиссоциации в присутствии ультрафиолетового света, в результате чего образуются заряженные частицы, что вызывает набухание голографической матрицы, изменяя голографическое изображение. В частности, для датчика, чувствительного к лазерному излучению, среда предпочтительно представляет собой полимер, состоящий из эластомерных мономеров. Альтернативно, голографическая среда может включать полимер, например, поли(N-изопропилакриламид) ("NiPAMM"), который имеет конформацию, чрезвычайно чувствительную к изменениям температуры. При повышении температуры жесткая структура полимера сжимается, вызывая существенное изменение длины волны отражения. Изобретение имеет особенную значимость для целей обеспечения защищенности изделий. Например, опознавательная метка может включать голографический датчик, имеющий встроенное "сообщение". При воздействии на датчик, например, магнитным полем, датчик показывает это "сообщение". Предпочтительно "сообщение" видимо невооруженным глазом. Для применения в области защиты полезными могут быть магнитные поля. Например, просто при проведении магнита над голограммой, результирующее магнитное поле может изменять цвет или изображение голограммы, показывая, что она является подлинной. Кроме того, магнитные поля могут использоваться для создания интегрированных магнитных полосок (подобно полоскам на кредитных картах) с голограммами на них. Датчики давления могут использоваться для контроля качества продовольственных товаров там,где для герметизации и хранения продукта используются вакуум или повышенное давление. Потеря вакуума или понижение давления могут приводить к изменению голограммы. Также датчик согласно изобретению может быть опознавательной меткой там, где давление от прикосновения изменяет цвет или изображение, чтобы показать, что голограмма является подлинной. Другие воплощения изобретения, чувствительные к температуре, могут представлять собой устройство, которое изменяет цвет при температуре окружающей среды, например, ферментативную систему,или сменный термометр без внешнего питания, на который может быть оказано воздействие на расстоянии с использованием света. Другими примерами осуществления изобретения могут быть защитное устройство, которое изменяет цвет, когда его температура становится близкой к температуре тела, например, при нажиме на него пальцем, или часть комплекта датчиков при диагностическом контроле бактерий или человека. Датчик может быть чувствителен к аналиту, который по своей природе является химическим, биохимическим или биологическим. Настоящее изобретение касается способа обнаружения любого такого-2 011268 аналита в образце, включающего приведение образца в контакт с датчиком, и обнаружение любого изменения его оптической характеристики. Настоящее изобретение также касается изделия, включающего датчик согласно изобретению, в котором изделие представляет собой устройство, например, операционную карту, банкноту, паспорт, удостоверение личности, смарт-карту, водительские права, акцию, облигацию, чек, чековую карточку, налоговое извещение, дарственную, почтовую марку, железнодорожный или авиабилет, телефонную карту,лотерейный билет, билет на мероприятие, кредитную или дебетовую карту, визитную карточку, или изделие, используемое для защиты потребителя, товарного знака или продукта, чтобы отличить подлинные продукты от контрафактных (поддельных), или идентифицировать украденные продукты. Изделие также может являться предметом интеллектуальной упаковки, которая представляет собой систему, включающую контейнер, обертку или вложение, для того чтобы контролировать, проверять или указывать информацию о продукте в отношении качества или условий окружающей среды, которые затрагивают качество продукта, срок годности или защищенность. Характерные применения включают индикаторы,показывающие время-температуру, свежесть, влажность, содержание спирта, газа, физическое повреждение и подобные им. Изделие может представлять собой промышленное изделие или изделие кустарного промысла,включающее декоративный элемент, выбранное из ювелирных изделий, предметов одежды (включая обувь), ткани, мебели, игрушек, сувениров, предметов домашней утвари (включая посуду и стеклянную посуду), предметов архитектурного назначения (включая стекло, плитку, краску, металлы, кирпичи, керамику, древесину, пластмассы и другие изделия для внутренних и наружных архитектурных сооружений), предметов искусства (включая картины, скульптуру, глиняную посуду и осветительные приборы),канцелярские принадлежности (включая открытки, печатные бланки и рекламные материалы) и спортивные товары. Изделие может быть продуктом или устройством для применения в сельскохозяйственных исследованиях, исследованиях окружающей среды, для прогностики человека или животных, тераностики (сочетание терапии и диагностики), диагностики, терапии или в химическом анализе. Такое изделие может представлять собой тестовую (индикаторную) полоску, чип, картридж, тампон, трубку, пипетку,контактную линзу, субконъюнктивальный имплантант, подкожный имплантант, респираторную трубку(алкогольно-респираторную трубку), катетер или устройство для осуществления отбора проб или анализа жидкостей. Изобретение также касается переносимой голографической пленки, включающей датчик согласно изобретению. Пленка может располагаться на фольге горячего тиснения или может использоваться для увеличения защищенности изделия, путем переноса датчика с пленки на изделие. Настоящее изобретение далее касается изделия, включающего датчик согласно изобретению, который способно генерировать данные, и системы, которая использует такие данные для чтения данных,обработки, хранения, управления, передачи, распределения, сообщения и/или моделирования. Такие системы включают мобильные телефоны, персональные цифровые органайзеры и другие портативные электронные устройства. Следующие примеры иллюстрируют изобретение. Описание примеров осуществления изобретения Пример 1. N-изопропилакриламид и N,N'-метиленбисакриламид (МБА) в мольном отношении 24:1 растворяли в диметилсульфоксиде (ДМСО), с образованием раствора с концентрацией 40 мас.% (общее количества мономера). Затем к раствору мономера добавляли соответствующее количество 5% раствора 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона (DMPA) в метаноле с образованием итоговой концентрации 0,24%DMPA. Аликвоты раствора мономера объемом 80 мкл полимеризировали в течение 60 мин с использованием ультрафиолетового света под силанизированными стеклянными предметными стеклами. Голограммы в этих полимерах записывали с использованием метода диффузии серебра. Голограмму выдерживали в 3,7 мл 20 мМ солевого буферного раствора фосфата натрия (рН 6,5,30 С, ионная сила = 50 мМ) в кювете емкостью 4 мл. Температуру кюветы регулировали внешней водяной баней, и температуру измеряли в объеме раствора. Длины волн дифракционного максимума регистрировали для спектральных данных, полученных под острым углом. Все измерения отражают заключительные сигналы максимума в состоянии равновесия. Результаты показаны на фиг. 1 прилагаемых рисунков. Пример 2. Светочувствительный голографический датчик изготавливали из голограммы на основе желатина. Получающуюся в результате голограмму отбеливали с использованием состава на основе Fe(III) с KBr, с образованием фоточувствительных голографических интерференционных полос. Светочувствительный голографический датчик затем подвергали воздействию белого света в течение 1000 мин, и интенсивность света, дифрагированного голограммой, контролировали и регистрировали в течение эксперимента, как показано на фиг. 2 прилагаемых рисунков. В течение первых 200 мин воздействия белого света наблюдали уменьшение интенсивности дифрагированного сигнала (коэффициент отражения) на 15%. Кроме того, этот эффект наблюдался невооруженным глазом. Пример 3. Готовили акриламидный сополимер с отношением акриламид:метакриламид = 2:1 и 5%-3 011268 сшивающего агента МБА. 200 мкл раствора мономера полимеризировали на обработанном предметном стекле с образованием толстого полимерного слоя. Голограмму записывали в пределах этого полимера, в то время как его выдерживали на водяной бане, с использованием частоты сдвоенного лазера на иттрийалюминиевом гранате с неодимом, приводя к зеленому сигналу дифракции (воспроизведения) 529 нм в деионизированной воде. Голограмму затем закрывали вторым предметным стеклом и зажимали с помощью пары струбцин, находящихся приблизительно на расстоянии 15 мм. Сигнал дифракции (воспроизведения) голограммы между струбцинами изменялся до 526 нм, когда затягивали струбцины, принимая меры предосторожности, чтобы не сломать предметные стекла. Давление струбцин на голограмму приводило к сокращению объема голограммы, вызывая, таким образом, суммарное фиолетовое смещение сигнала дифракции 3 нм. Пример 4. Сополимер PANiCNQ, полученный из полианилина (PANi) и акцепторной молекулы,тетрацианхинодиметана (TCNQ), может быть получен, как описано в WO 03/062305 и в Zaidi et al., Polymer 45 (2004) 5683-89, содержание которых включено в настоящее описание посредством ссылки на них. Этот способ позволяет получить полимерный материал, который проявляет магнитные свойства при комнатной температуре. Полимер может быть нанесен на стеклянную поверхность и использоваться непосредственно в таком виде, как он получен, или может быть поперечно сшит диффузией сомономеров,содержащих сшивающие агенты в PANiCNQ и полимеризирующих их. Полимер PANiCNQ можно затем обработать как материал для регистрации с использованием диффузии серебра, как описано в WO 95/26499, с получением голограммы. Альтернативно, раствор мономера может быть поперечно сшит с использованием ультрафиолетового лазера, с получением голограммы без серебра, как описано в WO 2004/081676. Поскольку весь полимер является магнитным при взаимодействии с магнитным полем, может быть изготовлен полимер, который расширяется или сжимается, таким образом, приводя к смещению длины волны дифракции (воспроизведения) голограммы в красную или синюю область, соответственно, при освещении белым светом. Это явление может использоваться для измерения магнитного поля или чтобы вызвать изменение в окраске/изображении голограммы в присутствии соответствующего магнитного поля. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ контроля физического воздействия на объект с использованием датчика, чувствительного к соответствующему параметру, отличающийся тем, что датчик представляет собой объемную голограмму, включающую голографический элемент в пределах опорной среды, которая является чувствительной к внешнему физическому воздействию, изменяющему указанный физический параметр, и измерение изменения голографического изображения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что внешнее физическое воздействие представляет собой температуру, магнитное воздействие, свет и/или давление. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что опорная среда включает вещества групп спиропирана или мероцианина. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что опорная среда включает молекулярный магнит. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что используют датчик, чувствительный к изменению размера, формы, плотности, вязкости, прочности, твердости, гидрофобности, набухаемости,монолитности, поляризуемости и/или распределению заряда среды. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что среда включает полимер. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что полимер является эластомером. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что полимер представляет собой поли(Nизопропилакриламид). 9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что изменение оптической характеристики является обратимым. 10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что голограмма включает отражательную или пропускающую голограмму. 11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что голограмма является видимой при белом свете, ультрафиолетовом свете или инфракрасном облучении. 12. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что голограмма является видимой при определенных условиях температуры, магнитного воздействия или давления. 13. Способ по п.2, отличающийся тем, что внешнее физическое воздействие представляет собой давление от прикосновения, вследствие которого происходит изменение цвета или изображения, которое показывает, что голограмма является подлинной. 14. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что объектом воздействия является изделие, которое представляет собой операционную карту, банкноту, паспорт, удостоверение личности, смарт-карту, водительские права, акцию, облигацию, чек, чековую карточку, налоговое извещение, дарственную, почтовую марку, железнодорожный или авиабилет, телефонную карту, лотерейный-4 011268 билет, билет на мероприятие, кредитную или дебетовую карту, визитную карточку или изделие, используемое для защиты потребителя, товарного знака или продукта, чтобы отличить подлинные продукты от контрафактных или идентифицировать украденные продукты. 15. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что объектом воздействия является изделие,являющееся предметом интеллектуальной упаковки, которая представляет собой систему, включающую контейнер, обертку или вложение, для контроля, проверки или указания информации о продукте в отношении качества или условий окружающей среды, которые затрагивают качество продукта, срок годности или защищенность. 16. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что объектом воздействия является изделие,которое представляет собой промышленное изделие или изделие кустарного промысла, включающее декоративный элемент, выбранное из ювелирных изделий, предметов одежды (включая обувь), ткани,мебели, игрушек, сувениров, предметов домашней утвари (включая посуду и стеклянную посуду), предметов архитектурного назначения (включая стекло, плитку, краску, металлы, кирпичи, керамику, древесину, пластмассы и другие изделия для внутренних и наружных архитектурных сооружений), предметов искусства (включая картины, скульптуру, глиняную посуду и осветительные приборы), канцелярские принадлежности (включая открытки, печатные бланки и рекламные материалы) и спортивные товары. 17. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что объектом воздействия является изделие,которое представляет собой изделие или устройство для использования в сельскохозяйственных исследованиях, исследованиях окружающей среды, для прогностики человека или животных, тераностики,диагностики, терапии или в химическом анализе. 18. Способ по п.17, отличающийся тем, что изделие представляет собой тестовую полоску, чип,картридж, тампон, трубку, пипетку, контактную линзу, субконъюнктивальный имплантант, подкожный имплантант, алкогольно-респираторную трубку, катетер или устройство для осуществления отбора проб или анализа жидкостей. 19. Изделие, включающее голографический датчик, представляющий собой объемную голограмму,включающую голографический элемент в пределах опорной среды, которая является чувствительной к внешнему физическому воздействию, представляющему собой давление от прикосновения, вследствие которого происходит изменение цвета или изображения, которое показывает, что голограмма является подлинной. 20. Изделие по п.19, отличающееся тем, что изделие представляет собой операционную карту,банкноту, паспорт, удостоверение личности, смарт-карту, водительские права, акцию, облигацию, чек,чековую карточку, налоговое извещение, дарственную, почтовую марку, железнодорожный или авиабилет, телефонную карту, лотерейный билет, билет на мероприятие, кредитную или дебетовую карту, визитную карточку или изделие, используемое для защиты потребителя, товарного знака или продукта,чтобы отличить подлинные продукты от контрафактных или идентифицировать украденные продукты.