唐本忠院士团队 Angew: 可用于时空模式调控和全方位信息加密的多响应功能性AIE分子

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“伪装色”对自然界中生物的生存而言具有非常重要的意义，例如乌贼、变色龙会通过模拟周围环境的颜色来伪装自己，从而达到躲避天敌或者捕食的目的。这些有趣的自然现象，为人工智能仿生体系的开发提供了源源不断的灵感。近年来，刺激响应荧光材料得到了广泛的关注，这类材料能够在外界刺激，如光、pH、压力、湿度等条件下产生荧光信号变化，是推进未来社会信息传感、响应、反馈和识别等多种智能高新技术发展的重要保障。然而，如何打破材料单一响应性能的局限，又避免多分子组合系统在调控上的复杂性，是目前亟需解决的一大难题。

近日，唐本忠院士团队在《Angew. Chem. Int. Ed.》发表了题为“A Multiresponsive Functional AIEgen for Spatiotemporal Pattern Control and All-round Information Encryption”的论文（DOI：10.1002/anie.202300353）。该团队报道了一种具有多响应功能性的AIE分子CPVCM，它可以发生与伯胺的特异性胺化反应以及在紫外光照下的光重排反应，并分别产生红移、蓝移的荧光信号，从而实现了基于单分子的原位多色荧光变化。该成果通过将胺化反应和光重排反应引入相同的反应位点，再结合CPVCM胺化反应的可逆性和其光重排反应的不可逆性，成功实现了荧光的原位精确调控以及调控模式的多样化；并进一步证明了其在多色荧光图案和动态荧光二维码的原位生成，以及信息加密中的潜在应用价值。这项工作不仅提供了一种简单、有效的策略以开发具有多重响应、控制性的刺激响应型荧光分子，同时也为构建信息加密系统提供了新思路，具有重要的实用价值。香港科技大学博士后贺新元为本文的第一作者；唐本忠院士（现为香港中文大学（深圳）理工学院院长），香港科技大学林荣业科研副教授为本文通讯作者。

这项工作的研究内容和亮点主要包括：

1）CPVCM具备多重响应机制，一方面它能够发生高特异性的伯胺熏蒸变色和紫外光照射下的光致变色，并产生结构和荧光信号的变化；另一方面胺化反应的可逆性使它能够应用于动态传感和识别过程。有趣的是，结合光重排反应的不可逆性，胺化反应产物HBPABCM可以单方面的向光重排反应产物HBNCM转变，这一结果也得到了核磁的验证。因此，该分子不仅可以实现单分子多色荧光变化的精确调控，也可以用于多元化调控以获取新性能（如实现信息加密中的无痕擦除）。

图1. CPVCM与伯胺特异性的胺化反应以及光重排反应

2）由于伯胺熏蒸和光调控两个过程在时空上具备相容性，而光调控手段在分子变色中表现出较高的优先等级，使得已发生过光重排的区域将无法发生进一步的胺化反应。研究者制作了CPVCM涂布的薄膜，并通过有序的调控紫外光照射以及伯胺熏蒸这两个过程实现了多色荧光图案的形成，并在时间及空间上对光图案实现了调控。进一步，基于胺化反应的自发可逆性，也制作了动态荧光变化的二维码图案，从而证实了该分子在发展智能变色体系中的巨大潜能。

图2. 基于CPVCM薄膜的多色荧光图案及动态二维码

3）胺化反应和光重排反应在调控模式上有所不同，因此通过透明的高分子材料（如PMMA）就可以简单且有效的实现对胺化反应程度的单方面调控。研究者将CPVCM与不同比例的PMMA掺杂制作了防伪墨水，并在信息的写入、读取上进行多重设计和调控，从而开发了基于CPVCM的多重加密体系。该体系可利用紫外照射完全擦除信息，并且可以在放置一段时间后会自动褪色而解除解密程序，从而可以有效防止信息泄露，实现了全方位的高安全性信息加密。

图3. 基于CPVCM的全方位信息加密体系

原文链接：
https://doi.org/10.1002/anie.202300353

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