Forschungskooperationen – november AG
Biomoleküle schützen Marken
Jeder Mensch ist dank seiner Gene ein Unikat. Ähnlich funktioniert die brandprotection-Technik des Biotech-Unternehmens november AG. Das völlig neuartige System soll Produktpiraten das Handwerk legen. Kleine Etiketten tragen eine Markierung mit synthetischer DNS. Ein mobiles Lesegerät von Siemens Automation and Drives prüft die Echtheit.
Das Sicherheitsetikett schützt leicht fälschbare Produkte, wie etwa Software. In einem Vlies sind Einzelstränge aus künstlicher DNS versteckt, die als biologische Marker dienen (kleines Bild)
Software, Prozessoren oder Zigaretten – kaum ein Konsumartikel ist vor Markenpiraten sicher. Weltweit entstehen nach Angaben der Internationalen Handelskammer (ICC) durch gefälschte Produkte pro Jahr Schäden von etwa 300 Mrd. US-$ – von lebensgefährlichen Fälschungen etwa bei Pharmaka oder Autoteilen ganz abgesehen.
Jetzt haben Unternehmen im Kampf gegen die modernen Freibeuter ein Werkzeug, das Fälscher vor eine schier unlösbare Aufgabe stellt: Das Erlanger Biotech-Unternehmen november AG nutzt kurze synthetische DNS-Moleküle zur Verschlüsselung. Nach dem Vorbild der Natur – dem biologischen Code – sind mit diesem System Billionen verschiedener Kombinationen möglich, was die mit DNS versetzten Sicherheitsetiketten praktisch fälschungssicher macht. Zusammen mit dem Siemens-Bereich Automation and Drives hat november ein System entwickelt, das die mit den Etiketten beklebten Produkte billig und schnell auf ihre Echtheit überprüfen kann. Unter dem Namen brandprotection soll es noch 2002 auf den Markt kommen.
"Zu dem System gehören Selbstklebe-Etiketten, ein Stift mit einer speziellen Detektionsflüssigkeit und ein handliches Auslesegerät", erläutert november-Entwicklungsleiter Dr. Andre Josten und zeigt ein 1,5 × 2 cm² großes Etikett mit einem Vlies. "Darin ist die DNS, allerdings versteckt wie eine Nadel im Heuhaufen", sagt der Chemiker. "Nehmen wir an, ein Kunde möchte beim Händler überprüfen, ob das Produkt mit dem Sicherheitsetikett echt ist. Zuerst fährt der Händler mit dem Auslesegerät darüber. Wenn eine gelbe Leuchtdiode aufleuchtet, wurde das Etikett nicht manipuliert", erklärt Josten.
Fälschungssicherheit mit DNS
Das Vlies enthält viele einzelne DNS-Stränge, darunter auch den, der als Code verwendet wird (oben). Der Teststift liefert die komplementäre DNS. Die Einzelstränge verbinden sich (Mitte), woraufhin der Fluoreszenzfarbstoff bei Anregung hell aufleuchtet (unten)
Die brandprotection-Technik basiert auf der Eigenschaft der DNS als Informationsträger. Die DNS von Lebewesen besteht aus vier Bausteinen, die wie Perlen auf einer Schnur angeordnet sind. Zwei dieser Einzelstränge bilden einen Doppelstrang: Ein Guanin (G) ist immer mit einem Cytosin (C) und ein Adenin (A) mit einem Thymin (T) gepaart. So entspricht einer Abfolge G-A-C-G-T auf einem Strang ein C-T-G-C-A auf dem zweiten Strang. Die november-Forscher stellen als Träger der verschlüsselten Information synthetische DNS-Stränge aus 20 bis 30 Bausteinen her. Die Zahl der damit möglichen Kombinationen entspricht vier hoch der Anzahl der Bausteine – bei 20 Bausteinen sind es bereits mehr als eine Billion Möglichkeiten. Eine bestimmte Menge dieser Einzelstränge wird auf einen Teil des Vlieses im Etikett aufgebracht, der andere Teil dient als Referenzfeld. In der Tinte eines Teststifts befindet sich der zum codierenden Strang passende Gegenstrang. Dieser ist so modifiziert, dass ein Fluoreszenzsignal entstehen kann, wenn sich der Strang aus der Tinte mit dem im Etikett zu einem Doppelstrang vereint. Im Auslesegerät, das von Siemens CT entwickelt wurde, befindet sich ein Laser, der den Farbstoff zum Leuchten anregt. Das als Fluoreszenzlicht ausgestrahlte Signal wird vom Gerät detektiert. Nur wenn die Struktur des Signals inklusive des Referenzfelds als richtig erkannt wird, bekommt der Anwender das Zeichen, dass die passenden Stränge vorhanden sind, es sich demnach um ein echtes Etikett handelt. Das System ist nicht zu fälschen: Die Stränge sind zu kurz und ihre Konzentration zu gering, um ihre Abfolge mit irgendeinem der verfügbaren gentechnischen Verfahren zu analysieren. Außerdem befinden sich zur Verschleierung in Tinte und Etikett eine Vielzahl weiterer Stränge, die ein Fälscher nicht vom Markierungsstrang unterscheiden kann. Mit einem Etikett, das bereits den Fluoreszenzfarbstoff enthält, kann das Gerät auch nicht überlistet werden, da der Ausleseprozess zweistufig ist und bei den zwei Messvorgängen eine Änderung des detektierten Signals erfolgen muss. Jeder Kunde hat zudem die Möglichkeit, seine spezielle DNS-Abfolge zu bekommen, die beim geringsten Verdacht sofort problemlos ausgetauscht werden kann.
Danach aktiviert der Prüfer das Etikett mit dem Stift und fährt wenige Sekunden später mit dem Ausleser erneut darüber. Das Aufleuchten einer blauen Leuchtdiode zeigt die Echtheit des Etiketts an. Ein Blinken weist auf einen Fehler hin. Wenn eine Wiederholung dasselbe fehlerhafte Ergebnis bringt, ist das Etikett mit Sicherheit gefälscht. "Bisherige Techniken, die auf biologischen Markern beruhen, haben den Nachteil, dass eine Analyse nur im Labor möglich ist", sagt Andre Josten. "Unser Prinzip funktioniert dagegen vor Ort, ist sehr fehlertolerant, schnell und einfach zu bedienen." Jeder Kunde könne auf diese Weise sicher sein, dass er die echte Marke kaufe und keine Raubkopie erwerbe.
Möglich wurde diese Entwicklung, weil das molekularbiologische Know-how von november und die Erfahrung von Siemens auf dem Gebiet der Elektronik und Optik gepaart wurden. Die zündende Idee mit der DNS als unfälschbarem Code kam dem november-Forscher Dr. Hans Kosak im Sommer vor fünf Jahren während einer Fahrradtour auf der Nordsee-Insel Langeoog. Der Kontakt zu Siemens kam über Manfred Hüttlinger von den Moby- Identifikationsspezialisten (siehe Beitrag Schlaue Etiketten steuern Fabriken) in Fürth zu Stande, der schon 1999 vom Potenzial der Technik überzeugt war. "Zuerst standen sich Elektroniker und Biologen sprachlos gegenüber. Lange Zeit war ich Einzelkämpfer", schmunzelt Manfred Hüttlinger heute. "Schließlich waren aber alle überzeugt, dass Siemens investieren sollte." Schon vor dem november-Börsengang beteiligte sich der Konzern über die Siemens Venture Capital GmbH (siehe Beitrag Firmenstart mit einem kraftvollen Partner) mit 2 % an dem jungen Unternehmen. Dr. Thomas Schulze, als Chief Operating Officer bei november u.a. zuständig für Geschäftsentwicklung, betrachtet die Kooperation mit einem Weltkonzern als ideale Konstellation. "Siemens ist für uns ein Türöffner," sagt Schulze und zwinkert: "Außerdem haben sich unsere Partner als völlig unbürokratisch erwiesen."
Schulze sieht das größte Potenzial von brandprotection bei weltweit operierenden Unternehmen mit hohem wirtschaftlichen Interesse am Vertrauen der Verbraucher in ihre Produkte und Marken. Der Preis des Systems soll so gering wie möglich gehalten werden. Das von Siemens gebaute Auslesegerät wird etwa 1500 € kosten, die Etiketten fallen bei einer Auflage von Millionen nur mit wenigen Cent pro Stück ins Gewicht. "Derzeit laufen Studien mit potenziellen Kunden, die das System unter Realbedingungen testen", sagt Schulze.
Norbert Aschenbrenner