陈涛、北航刘明杰：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

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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。

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

　　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。

　　（高分子实验室 乐晓霞）

        文章来源：宁波材料所

       陈涛，博士，研究员，博士生导师。2006年毕业于浙江大学化学反应工程国家重点实验室，获得高分子化学与物理博士学位。先后于2006年到2007年在英国华威大学(University of Warwick)化学系及于2007年到2010年在美国杜克大学(Duke University)材料科学与工程系从事博士后研究；2010年到2012年，作为洪堡学者在德国德累斯顿工业大学(Technische Universität Dresden)化学系从事科研工作。2012年加入中科院宁波材料所，组建智能高分子材料课题组。在Chemical Society Review, Progress Polymer Science, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Chemical Science, Chemistry of Materials, Small, Chemical Communications, ACS Appl. Mater. Interfaces, Journal of Materials Chemistry A-C, Polymer Chemistry, Scientific Report, Macromolecular Rapid Communications, Langmuir, Soft Matter, Advanced Materials Interfaces, Journal of Physical Chemistry B和Polymer等期刊上发表一作/通讯作者SCI学术论文70余篇，共发表SCI论文120余篇，引用1900余次，H因子为24，合作出版专著4本，申请15项国家发明专利，5项获得授权。
      刘明杰，博士，博士生导师，北京航空航天大学化学学院教授。国家杰出青年科学基金获得者，中组部青年计划。先后获国际仿生工程学会杰出青年奖，纳米化学新锐奖，日本理化学研究所研究创新奖等。主要从事仿生高分子复合凝胶的研究，提出基于多相协同与有序结构的高分子网络设计理念，构筑了复杂环境下高力学性能弹性体材料，并开展了其在软体机器人、可穿戴设备及减阻降噪等领域的应用探索。近年来在Nature, Nat. Rev. Mater., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等共发表SCI论文80余篇，SCI总引用4000余次。这些成果被Nature, Physics Today等期刊以News & Views专栏评述报道，同时得到ScienceDaily，AAAS，Nanowerk，PHYS ORG，Yahoo News等专业机构及几十家网络媒体追踪报道等众多网络媒体追踪报道。