宁波材料所在瞬态荧光水凝胶用于多级信息加密-解密-自擦除方面取得进展

在这个信息技术高度发展的时代，我们的日常生活被海量的数据、信息充斥着，人们在感受信息获取便捷的同时，也遭受着机密信息泄露所带来的困扰。随着可打印墨水、可擦写基底等信息存储材料的出现，安全码、全息防伪、荧光识别等信息加密-解密方法的发展，虚假信息、隐私泄露等问题得到了一定程度的缓解。但是，未经过适当处理的解密信息存在二次泄露的危险，因此，亟需设计并制备能够在信息解密后对其进行及时销毁的先进信息存储设备，来提升信息的安全性。

近年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所陈涛研究员课题组在智能荧光水凝胶体系的设计及水凝胶基信息存储、相应加密-解密技术的开发方面取得了一系列的研究进展 （ACS Sensor, 2018, 3, 2394; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1704568; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58,16243; Sci. China Mater.2019, 62, 831; ACS Macro Lett. 2019, 8, 937; Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1905514; Angew Chem Int Ed, 2020, doi.org/10.1002/anie.202007506）。

近期，陈涛研究员课题组和北京航空航天大学刘明杰教授课题组合作，报道了一种具有瞬态荧光性能的智能水凝胶并将其用于多级信息存储，实现了信息的加密-解密-自擦除。该工作通过在聚丙烯酰胺水凝胶网络中原位引入尿酶（urease），利用尿酶-尿素催化反应，原位实现萘酰亚胺荧光基团从质子化状态（DEAN-H⁺）向去质子化状态（DEAN）的转变，达到快速降低水凝胶荧光强度的效果。除了能发生质子化-去质子化反应过程外，萘酰亚胺荧光基团还能与不同金属离子（Zn²⁺、Al³⁺）配合，在维持水凝胶荧光强度的同时，降低荧光水凝胶荧光强度减弱的速率（在尿素溶液中）。基于此，金属离子Zn²⁺、Al³⁺可以通过离子印染技术引入水凝胶表面，以实现加密信息的输入。但由于不同金属离子与萘酰亚胺荧光基团的配位能力不同，在解密的过程中（尿素溶液处理），荧光减弱的速率不同，从而实现水凝胶表面荧光强度的时空调控，多级加密信息的解密-自擦除。

该工作以题为“Spatiotemporal regulation of fluorescence in a urease-embedded hydrogel for multistage information security”的论文发表在Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202011645。本研究得到了国家重点研发计划（2019YFC1606600、2019YFC1606603、2018YFB1105100）、国家自然科学基金（51873223、51773215、21774138）、中国博士后科学基金（2020M671828）等项目的资助。

图1 瞬态荧光水凝胶的设计及其用于多级信息加密-解密-自擦除

图2 多级信息解密过程