第五章生物防伪技术

1、第五章第五章 生物防伪技术生物防伪技术n 生物防伪技术：利用自然界中生物特有的、无法生物防伪技术：利用自然界中生物特有的、无法仿造和模拟的特性进行防伪或防伪产品的生产。仿造和模拟的特性进行防伪或防伪产品的生产。n 指纹防伪识别技术、眼睛虹膜防伪识别技术、抗指纹防伪识别技术、眼睛虹膜防伪识别技术、抗原原/抗体商品防伪技术、抗体商品防伪技术、DNA商品防伪技术商品防伪技术。第一节第一节 生物身份防伪识别技术生物身份防伪识别技术n 根据个人惟一的生理特征或行为特征，来查证或辨认、根据个人惟一的生理特征或行为特征，来查证或辨认、识别某个活人身份的自动化方法识别某个活人身份的自动化方法。 指纹、眼睛虹膜

2、、声纹、唇纹、掌纹、掌背静脉血管指纹、眼睛虹膜、声纹、唇纹、掌纹、掌背静脉血管分布、面相、气味、动态签字识别技术。分布、面相、气味、动态签字识别技术。n 应用：应用：证件、信用卡证件、信用卡，将人体生理特征信息、个人档，将人体生理特征信息、个人档案的信息数码化，案的信息数码化， 经压缩和加密后存储在个人识别卡中，经压缩和加密后存储在个人识别卡中，构成识别卡流动数据库。刷卡时，识别卡鉴别和认证持卡构成识别卡流动数据库。刷卡时，识别卡鉴别和认证持卡者与识别卡中流动数据库的人的身体特征信息是否相符。者与识别卡中流动数据库的人的身体特征信息是否相符。一、指纹防伪一、指纹防伪n 早在公元前三世纪，我国就

3、已用指纹作为识别个人的早在公元前三世纪，我国就已用指纹作为识别个人的手段，用指印和手印来证实文件。手段，用指印和手印来证实文件。n 指纹可制成图案标识或印章，贴覆或捺印在证、卡、指纹可制成图案标识或印章，贴覆或捺印在证、卡、文件、票据、商品、书画作品或外包装上防伪。文件、票据、商品、书画作品或外包装上防伪。n 公众可作宏观的初步对比，而微观的结论性比对需请公众可作宏观的初步对比，而微观的结论性比对需请有关专家用仪器检验。有关专家用仪器检验。 n 光栅指纹防伪标志：光栅指纹防伪标志：利用利用光栅板、指纹图像、不干胶光栅板、指纹图像、不干胶三层物质组成，光栅板的一半部位不划光栅纹线。三层物质组成，

4、光栅板的一半部位不划光栅纹线。n 当光照射到该防伪标志上时，有光栅纹线的地方出现当光照射到该防伪标志上时，有光栅纹线的地方出现光栅指纹叠加图像，形态随着照射光角度的不同而变形，光栅指纹叠加图像，形态随着照射光角度的不同而变形，利用特制的比对镜同可疑标志比较，以识别商品或防伪标利用特制的比对镜同可疑标志比较，以识别商品或防伪标志的真伪。防伪标志上未划光栅纹线的部分可看到指纹的志的真伪。防伪标志上未划光栅纹线的部分可看到指纹的固有特征，也可同可疑标志比较以检查指纹特征，或用指固有特征，也可同可疑标志比较以检查指纹特征，或用指纹自动识别仪快速识别真伪。纹自动识别仪快速识别真伪。n 光栅指纹防伪标志是

5、光栅指纹防伪标志是一线防伪和二线防伪结合一线防伪和二线防伪结合。一方。一方面由于这种光栅指纹叠加图像面由于这种光栅指纹叠加图像不易被拍摄不易被拍摄而进行仿制，另而进行仿制，另一方面指纹本身具有的一方面指纹本身具有的特异性特异性，使得这种具有整体防伪特，使得这种具有整体防伪特征的防伪标志不会轻易被仿造。征的防伪标志不会轻易被仿造。重要出入证、工作证、文重要出入证、工作证、文件和贵重物品件和贵重物品的防伪标志。的防伪标志。二、掌纹及手形防伪二、掌纹及手形防伪n 掌纹图很大，可用作整体分离后的同一认定。可用掌纹图很大，可用作整体分离后的同一认定。可用作批量商品的防伪，以防止成箱的商品被部分掉包，以作

6、批量商品的防伪，以防止成箱的商品被部分掉包，以部分赝品充真。部分赝品充真。n 手掌纹也可用于通道口安全防范系统。手掌纹也可用于通道口安全防范系统。三三 、眼纹、眼纹n 每个人的视网膜结构都不一样，即视网膜的血管分布每个人的视网膜结构都不一样，即视网膜的血管分布形状各不相同。形状各不相同。n 眼纹分析仪：眼纹分析仪：把这种人体生物特征惟一性与具有计算机把这种人体生物特征惟一性与具有计算机处理功能的仪器结合，制成一台视网膜血管分布检测仪，这处理功能的仪器结合，制成一台视网膜血管分布检测仪，这就是就是“眼纹分析仪眼纹分析仪”，高级防盗装置。高级防盗装置。n 还有还有手背静脉图像防伪、声纹防伪、味纹防

7、伪、面部特手背静脉图像防伪、声纹防伪、味纹防伪、面部特征防伪技术。征防伪技术。四、面部特征四、面部特征计算机自动识别，通道口身份识别第二节第二节 抗原抗体商品防伪技术抗原抗体商品防伪技术n 最早是由最早是由美国生物码公司（美国生物码公司（Biocode）开发，其原理开发，其原理都是利用抗体对抗原的高度选择性，利用抗体对抗原识别都是利用抗体对抗原的高度选择性，利用抗体对抗原识别的惟一性来实现防伪。的惟一性来实现防伪。n 抗体是一种特定的生物分子，每一种抗体只认识一种抗体是一种特定的生物分子，每一种抗体只认识一种特定的抗原，只能与一种特定的抗原结合。特定的抗原，只能与一种特定的抗原结合。n 应用：

8、应用：将一种抗原（或抗体）作为隐形油墨印刷或打将一种抗原（或抗体）作为隐形油墨印刷或打印在防伪标识物或商品的外包装上，检验时采用与之配对印在防伪标识物或商品的外包装上，检验时采用与之配对的识别抗体（或抗原）溶液涂抹这种防伪标识，再涂抹显的识别抗体（或抗原）溶液涂抹这种防伪标识，再涂抹显示试剂，隐形的印刷信息示试剂，隐形的印刷信息(图案或文字图案或文字)就会显示出来。就会显示出来。n 还可将标志化合物按一定的比例掺混到日用化学品、还可将标志化合物按一定的比例掺混到日用化学品、食品、饮料、汽油、化工原料等产品中，检测时可由专业食品、饮料、汽油、化工原料等产品中，检测时可由专业人员利用实验设备进行检

9、测，商品若被假冒或被稀释都能人员利用实验设备进行检测，商品若被假冒或被稀释都能被发现。被发现。n 识别方法有许多种，既有适合于消费者的方法，也有识别方法有许多种，既有适合于消费者的方法，也有专业方法，既有专业方法，既有定性定性，也有，也有定量定量方法。具有面向公众的一方法。具有面向公众的一线防伪功能外，还可同时具备适合厂商和管理机构检测的线防伪功能外，还可同时具备适合厂商和管理机构检测的二线防伪功能。二线防伪功能。n 具体采用的抗原和抗体有多种，可以是具体采用的抗原和抗体有多种，可以是天然的天然的，也可是，也可是人造的人造的。n 目前抗原抗体商品防伪技术还存在以下问题：目前抗原抗体商品防伪技术

10、还存在以下问题：n（1）采用现代生物学方法分析和）采用现代生物学方法分析和破译破译所采用的具体抗原和所采用的具体抗原和抗体并不是难事，而一旦被破译，就会立即失去防伪作用。抗体并不是难事，而一旦被破译，就会立即失去防伪作用。n（2）采用现代生物学方法完全可以从防伪标识上提取出所）采用现代生物学方法完全可以从防伪标识上提取出所采用的抗原或抗体，然后大量采用的抗原或抗体，然后大量复制复制。n（3）由于用于公众的识别方法只能是）由于用于公众的识别方法只能是定性定性的，完全可以将的，完全可以将真标识上的抗原或抗体溶下分涂到假标识上，轻松使假标识真标识上的抗原或抗体溶下分涂到假标识上，轻松使假标识变成变成

11、“真真”标识。标识。n（4）由于用于公众的识别方法只能是定性的，对于将抗原）由于用于公众的识别方法只能是定性的，对于将抗原或抗体掺在其中的商品，完全可以将假货直接掺在真货中使或抗体掺在其中的商品，完全可以将假货直接掺在真货中使假货变假货变“真真”。n（5）公众如何普遍获得检验所需的特定抗体和显示剂。）公众如何普遍获得检验所需的特定抗体和显示剂。n（6）有可能利用其他物质也会发生类似的显色反应。）有可能利用其他物质也会发生类似的显色反应。n（7）不能从技术层面防止未被验证的真防伪标识本身被）不能从技术层面防止未被验证的真防伪标识本身被造假者利用。造假者利用。n（8）不能从技术层面防止附有这种未被

12、验证的防伪标识）不能从技术层面防止附有这种未被验证的防伪标识的包装被造假者利用。的包装被造假者利用。n（9）不能从技术层面防止造假者通过行贿、收买等非法）不能从技术层面防止造假者通过行贿、收买等非法手段获得这种防伪标识或采用的抗体（抗原）。手段获得这种防伪标识或采用的抗体（抗原）。第三节第三节 DNA商品防伪技术商品防伪技术n DNA（脱氧核糖核酸）（脱氧核糖核酸）防伪技术正被研究和开发的防伪技术正被研究和开发的一项高科技生物防伪技术，比抗原抗体水平更高。一项高科技生物防伪技术，比抗原抗体水平更高。n 生物基因防伪技术：生物基因防伪技术：从企业负责人身上（一滴血、一从企业负责人身上（一滴血、一

13、根头发、一小片皮肤）提取出根头发、一小片皮肤）提取出DNA密码信息，进行一定技密码信息，进行一定技术处理，克隆出更多的剂量，然后掺入到生产的商品中去，术处理，克隆出更多的剂量，然后掺入到生产的商品中去，也可制成商品标签贴在商品上。这样，生产出来的每一件也可制成商品标签贴在商品上。这样，生产出来的每一件商品都含有企业负责人的微量商品都含有企业负责人的微量DNA密码标志。密码标志。n 应用：应用：食品、药品、化妆品、颜料食品、药品、化妆品、颜料，可替代传统防伪，可替代传统防伪标签和激光防伪方法。标签和激光防伪方法。n 基于基因的防伪过程：在商品上加上一段长度为基于基因的防伪过程：在商品上加上一段长

14、度为110KB的的DNA作为信号分子，利用作为信号分子，利用DNA的双链互补特性再获的双链互补特性再获得一个探针得一个探针DNA分子，根据同位素或非同位素标记探针分子，根据同位素或非同位素标记探针DNA分子与信号分子与信号DNA分子的杂交信号，揭示信号分子的存分子的杂交信号，揭示信号分子的存在，判别商品的真伪。在，判别商品的真伪。n 该技术该技术最大缺点最大缺点是信号是信号DNA分子的分子的检测手段为分子杂检测手段为分子杂交，繁冗、耗时，准确度有限，限制了该技术的应用交，繁冗、耗时，准确度有限，限制了该技术的应用。n 利用利用PCR （DNA多聚链式反应）应用具有一定的可能多聚链式反应）应用具

15、有一定的可能性。性。一、一、DNA防伪技术的技术特征防伪技术的技术特征n 1. 密码标志密码标志DNA的设计杜绝了仿造的可能性的设计杜绝了仿造的可能性n DNA是由是由AGGT四种碱基随机排列而成的生物大分子，四种碱基随机排列而成的生物大分子，用于商品防伪的密码标志用于商品防伪的密码标志DNA总长度为总长度为300400bp， 将将此密码标志此密码标志DNA引入商品，可赋予非生物商品以生物标志，引入商品，可赋予非生物商品以生物标志，商品仿造者必须仿造与密码标志商品仿造者必须仿造与密码标志DNA相同的相同的DNA。n 理论上看，密码标志理论上看，密码标志DNA的仿造是不可能的：（的仿造是不可能的

16、：（1）不）不了解密码标志了解密码标志DNA的序列，尝试合成密码标志的序列，尝试合成密码标志DNA，其成，其成功的可能性为功的可能性为1/43001/400，（2）现阶段的技术也无）现阶段的技术也无法人工准确合成长度为法人工准确合成长度为300400bp的的DNA分子。分子。n2. 密码标志的检测使得标志密码标志的检测使得标志DNA序列破译的可能性极小序列破译的可能性极小n 实用性取决于检测的方便性。实用性取决于检测的方便性。DNA多聚链式反应多聚链式反应（PCR），），在临床医学、检疫、法医鉴定方面得到广泛在临床医学、检疫、法医鉴定方面得到广泛应用。应用。n DNA中包括便于检测的引物序列，

17、经分析可判断密中包括便于检测的引物序列，经分析可判断密码标志的存在，并因此判断引入超微量密码标志码标志的存在，并因此判断引入超微量密码标志DNA商商品的真伪。品的真伪。DNA多聚链式反应检测方法多聚链式反应检测方法灵敏度高灵敏度高，在未，在未知条件下不可能从知条件下不可能从DNA密码中单离密码中单离DNA，采用尝试法获，采用尝试法获得任一条引物的可能性也为得任一条引物的可能性也为1/420，成功可能性极小。，成功可能性极小。n3. 应用隐蔽灵活，层面广，仿造者难以察觉应用隐蔽灵活，层面广，仿造者难以察觉n 无毒、无害，不改变商品的物理化学特性，可在商无毒、无害，不改变商品的物理化学特性，可在商

18、品生产工艺流程中直接添加。也可制成特定标志。品生产工艺流程中直接添加。也可制成特定标志。n n DNA防伪与抗原抗体防伪相似，只不过防伪与抗原抗体防伪相似，只不过抗原抗体防抗原抗体防伪利用的是抗体对抗原选择的唯一性，而伪利用的是抗体对抗原选择的唯一性，而DNA防伪是利防伪是利用了用了DNA分子结构的唯一性。分子结构的唯一性。二、二、DNA防伪技术的缺点防伪技术的缺点 n（1）DNA编码信息的识别和克隆编码信息的识别和克隆技术不难技术不难，防伪标识的制，防伪标识的制造者可大量复制所采用的造者可大量复制所采用的DNA，造假者也可进行该，造假者也可进行该DNA的复的复制。制。n（2）必须用）必须用专

19、用检测仪专用检测仪才能检测，还要具有专业知识，普才能检测，还要具有专业知识，普通消费者无法直接识别和判别。通消费者无法直接识别和判别。n（3）没有从技术层面解决真防伪标识本身被用于造假方法。）没有从技术层面解决真防伪标识本身被用于造假方法。n（4）没有从技术层面防止附有这种防伪标识的包装被用于）没有从技术层面防止附有这种防伪标识的包装被用于造假方法。造假方法。n（5）没有从技术层面防止造假者通过行贿、收买等非法手）没有从技术层面防止造假者通过行贿、收买等非法手段获得这种段获得这种DNA物质或这种防伪标识物的方法。物质或这种防伪标识物的方法。n（6）DNA防伪最大长处在于不可仿造性防伪最大长处在

20、于不可仿造性，最大缺点在于检最大缺点在于检测需要采用测需要采用PCR手段。手段。检测需要检测需要15小时小时，对于批发商或大，对于批发商或大型商场意义大，对昂贵物品适用，在专业防伪领域应用前景型商场意义大，对昂贵物品适用，在专业防伪领域应用前景更为广阔。更为广阔。三、三、DNA防伪产品防伪产品n（1）DNA防伪油墨防伪油墨n（2）DNA防伪标签。防伪标签。消费者只要使用特殊的辨识笔轻轻消费者只要使用特殊的辨识笔轻轻在标签化一下，与在标签化一下，与DNA表面涂覆反应，标签会立即产生色表面涂覆反应，标签会立即产生色系上的变化，以辨别标签上的真伪，颜色在数秒内还原。系上的变化，以辨别标签上的真伪，颜

21、色在数秒内还原。DNA防伪技术完全相容于其他防伪技术。防伪技术完全相容于其他防伪技术。DNA还具有双重还具有双重辨识机制，当消费者对色系变化存在疑虑时，还可将标签辨识机制，当消费者对色系变化存在疑虑时，还可将标签送到实验室进行送到实验室进行DNA生物序列的检测比对，以提供最终的生物序列的检测比对，以提供最终的保障。保障。n（3）DNA防伪颜料。防伪颜料。 名画防伪、古董防伪、陶瓷防伪及名画防伪、古董防伪、陶瓷防伪及其他艺术品的防伪。其他艺术品的防伪。n（4）DNA防伪晶片防伪晶片n 防伪效果优于防伪效果优于IC卡的晶片，技术性强，在目前技卡的晶片，技术性强，在目前技术水平下几乎无破解可能。晶片

22、还有记忆储存功能，术水平下几乎无破解可能。晶片还有记忆储存功能，真伪辨识迅速，用户可方便判断。真伪辨识迅速，用户可方便判断。n 用于用于金融业、咨询电子业、门禁卡、证照、精品金融业、咨询电子业、门禁卡、证照、精品吊牌、会员卡。吊牌、会员卡。四、应用实例四、应用实例n（一）材料（一）材料n（1）市售胶水、襁糊、印台油、印泥、矿泉水、低度白酒。）市售胶水、襁糊、印台油、印泥、矿泉水、低度白酒。n（2）DNA的生产，用于防伪的生产，用于防伪DNA，选用含，选用含pcD1的大肠杆的大肠杆菌。菌种活化后挑选单菌落，接种菌。菌种活化后挑选单菌落，接种5ml LB，37培养过夜；培养过夜；次日以次日以1的比

23、例大量接种至的比例大量接种至100ml LB中，中，37培养培养16h。5000r/min离心收集菌体，改良的减法提取离心收集菌体，改良的减法提取DNA。n（3）载体）载体DNA，选用选用Sigma公司小牛胸腺公司小牛胸腺DNA。称取。称取0.025g，溶于，溶于10ml。DNA溶解后，磁力搅拌过夜，然后溶解后，磁力搅拌过夜，然后高压灭菌以打断长链高压灭菌以打断长链DNA分子。分子。n（4）PCR反应。反应。总体积为总体积为25微升，内含微升，内含5和和3端引物各端引物各15ng，2.5mol/L dNTP 1微升，微升，10PCR缓冲液缓冲液2.5微升，微升，Taq酶酶IU，扩增条件为，扩增

24、条件为94 1min，56 1min，72 2min，30个循环，个循环，72延伸延伸5min，扩增反应在，扩增反应在PE480上上进行。产物经进行。产物经1.2%琼脂糖凝胶电泳检测。琼脂糖凝胶电泳检测。（二）结果（二）结果n1. 胶水防伪胶水防伪:n 调整小牛胸腺调整小牛胸腺DNA浓度为浓度为600ng/微升，琼脂糖电泳微升，琼脂糖电泳检测提取防伪检测提取防伪DNA的浓度，取的浓度，取18微升小牛胸腺微升小牛胸腺DNA，加入，加入2微升防伪微升防伪DNA，依次梯度稀释，加入，依次梯度稀释，加入0.1g胶水中。胶水中。n 使胶水中小牛胸腺使胶水中小牛胸腺DNA浓度为浓度为100ng/微升，防伪

25、微升，防伪DNA浓度浓度10倍递减，细铁丝搅拌均匀，取倍递减，细铁丝搅拌均匀，取2微升溶于微升溶于100微微升超纯水，涡旋混匀。升超纯水，涡旋混匀。n 取取2微升做模板，微升做模板，20微升微升PCR反应体系检测。最高检测反应体系检测。最高检测极限为极限为1011克克/微升。将胶水均匀涂布于纸上，自然凉干，微升。将胶水均匀涂布于纸上，自然凉干，用刀片切取用刀片切取10mm2置于置于20微升反应体系检测，最高检测极微升反应体系检测，最高检测极限为限为1011g/微升胶水。微升胶水。n 用大头针划取涂有胶水的纸片，加用大头针划取涂有胶水的纸片，加50微升超纯水，微升超纯水，65浸泡浸泡100min

26、，离心后取清液为模板，离心后取清液为模板，PCR反应表明，反应表明，最高检测极限为最高检测极限为1011g/微升胶水。微升胶水。n2矿泉水防伪矿泉水防伪n 取取2微升防伪微升防伪DNA溶于溶于18微升浓度为微升浓度为600ng/微升微升的小胸腺的小胸腺DNA溶液中，依次梯度稀释后分别加入溶液中，依次梯度稀释后分别加入100微升矿泉水中，取微升矿泉水中，取2微升作模板，微升作模板，20微升微升PCR反应体反应体系，最高检测极限为系，最高检测极限为1014g/微升矿泉水。微升矿泉水。（三）其他应用实例（三）其他应用实例n 以以 1:（1012）和和 1:（109）的比例，将密码的比例，将密码标志标

27、志DNA掺入水及低度酒中，直接取掺入水及低度酒中，直接取1微升液体样品，微升液体样品，PCR检测给出正确结果。现正在尝试在包装用纸箱生产过程中加检测给出正确结果。现正在尝试在包装用纸箱生产过程中加入标志入标志DNA以便于以便于纸箱防伪纸箱防伪。n 澳大利亚葡萄酒生产巨头将一株澳大利亚葡萄酒生产巨头将一株125年历史的葡萄藤基年历史的葡萄藤基因用于葡萄酒标签中，以防止对公司葡萄酒产品的假冒仿制。因用于葡萄酒标签中，以防止对公司葡萄酒产品的假冒仿制。这种这种 标签将使用在葡萄酒瓶上，该葡萄藤的基因会被植入葡标签将使用在葡萄酒瓶上，该葡萄藤的基因会被植入葡萄酒瓶贴的商标中，只有通过特殊的光线扫描才能

28、看到。萄酒瓶贴的商标中，只有通过特殊的光线扫描才能看到。五、生物防伪技术的发展方向和重点五、生物防伪技术的发展方向和重点n（1）向以生物防伪为主，其他防伪方式为辅的综合防伪模）向以生物防伪为主，其他防伪方式为辅的综合防伪模式方向开发新的防伪技术。式方向开发新的防伪技术。n（2）充分利用生物防伪材料高信息量的特点，提高防伪功）充分利用生物防伪材料高信息量的特点，提高防伪功效和质量。效和质量。n（3）研发免疫反应防伪技术、）研发免疫反应防伪技术、DNA防伪技术和以此为基础防伪技术和以此为基础的综合防伪技术，加大防伪力度。的综合防伪技术，加大防伪力度。n（4）采取合适的生物防伪技术，如高效的标记方法

29、体系，）采取合适的生物防伪技术，如高效的标记方法体系，提高商标上生物材料信息的检验效率，使得消费者能更直提高商标上生物材料信息的检验效率，使得消费者能更直观判别商品的真伪。观判别商品的真伪。n（5）积极跟踪现代生物防伪技术的最新进展和其他相）积极跟踪现代生物防伪技术的最新进展和其他相关学科的最新发展，将最新的加工技术、标记技术、关学科的最新发展，将最新的加工技术、标记技术、印刷技术、检测技术等应用到生物防伪制作工艺中，印刷技术、检测技术等应用到生物防伪制作工艺中，缩短生物防伪各个环节所占用的时间。缩短生物防伪各个环节所占用的时间。n（6）研制灵巧、简便、使用可靠的检测仪器。）研制灵巧、简便、使用可靠的检测仪器。n（7）积极研制、开发、搜寻适合于防伪的生物防伪材）积极研制、开发、搜寻适合于防伪的生物防伪材料。料。 DNA 防伪技术是利用分子生物的DN A (去氧核糖核酸) 具有的序列专一性与复杂性，将DN A 进行特殊的强