信息安全與人民生活、社會穩定甚至國家安全都息息相關，在過去的幾十年里，為應對日益強大的偽造技術，各種防偽材料及相關的防偽技術已經得到了快速發展。然而，基於傳統干態或硬質材料存儲的信息往往以靜態形式顯示，易被破解，因此，亟需開發新型的信息防偽材料及相應的加密-解密策略來提高信息的安全等級。智能高分子凝膠具有可設計、修飾的三維網路結構，通過功能的賦予，這類材料在軟機器人、組織工程、仿生皮膚等各個領域都具有巨大的應用前景和研究價值。特別當暴露在光、熱、電、磁、機械力或化學物質等特定外部刺激下，智能高分子凝膠表現出的顏色或形狀變化，使得這類材料有望在信息防偽領域取得應用。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所智能高分子材料團隊長期從事高分子水凝膠的仿生可控構築及其在柔性驅動與感知、熒光防偽等領域的應用探索。近期，陳濤研究員、樂曉霞副研究員在Advanced Materials上發表了題為「Recent Progress in Smart Polymeric Gel-based Information Storage for Anti-counterfeiting 」的綜述（DOI: 10.1002/adma.202201262, 如圖1）。
圖1 智能高分子凝膠基信息防偽材料的構築及應用
構建基於高分子凝膠基信息存儲設備的關鍵是如何實現智能凝膠可調節的光學特性（如圖2）。材料的光學性能主要表現在其對光的吸收、反射和透射等能力，即透明度、顏色、發光等方面的差異。根據設計方法，基於高分子凝膠的信息存儲設備可根據不同的光學形式大致分為兩大類：基於化學色的信息存儲和基於物理色的信息存儲。化學色（以熒光為主）通常通過物理摻雜或化學接枝的方法將碳點、有機染料以及鑭系元素引入聚合物凝膠中得以實現，而物理色主要是由凝膠與光之間的相互作用產生（干涉/衍射、折射/散射、反射/透過）。在一定外界刺激條件下，相應的光學性質發生變化，即可對信息進行加密和解密。
圖2 光學特性（熒光、物理色）可調節的信息存儲智能高分子凝膠
通過多功能的協同，包括形狀記憶、自修復、驅動，高分子凝膠基的信息存儲設備可以實現加密信息從單色到多色的豐富變化，加密-解密形式從單維度到多維度的進一步提升。目前基於凝膠的智能防偽系統雖然與其他防偽材料相比展現出獨特的性質，但仍存在一些缺陷，限制了其在實際生產和日常生活中的進一步應用。此類材料的信息存儲能力和解析度有待提高，針對這一點，可以結合現有技術，例如噴墨列印、4D列印等列印技術，在生產過程中，凝膠可以充當「紙」或「墨水」。另一方面，凝膠材料遇溶劑不可避免地會易溶脹、在空氣中易失水收縮，導致加密信息失真甚至消失。針對以上缺陷，開發能夠抗溶脹或抗失水的凝膠或許是一個不錯的選擇。
對於防偽來說，使用最簡單的解密方式識別最高安全級別的加密信息是一個永恆的追求。一方面，不同光學性能的結合、其他功能（如形狀記憶、形狀變形、自愈等）的協同作用，可以賦予凝膠防偽系統更加複雜多樣的加密形式，從而提高信息安全水平。另一方面，採用簡單的刺激（例如光、濕度和溫度），可以使解密過程簡化，這也將成為防偽應用未來的發展趨勢。
該研究得到了國家自然科學基金（52103246）、國家重點研發計劃（2018YFC0114900）、浙江省自然科學基金（LQ22E030015）、中國科學院前沿科學重點研究計劃（QYZDB-SSW-SLH036）、中德合作國際交流項目（M-0424）以及王寬誠教育基金（GJTD-2019-13）等項目的支持。
論文鏈接
https://doi.org/10.1002/adma.202201262
