中科院福建物构所黄伟国研究员团队 Adv. Mater.：非荧光聚合物 - 用于数据存储和多维信息加密的非传统防伪油墨

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近日，中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室黄伟国研究员团队在Adv. Mater.上发表了题为“Conventional Non-Fluorescent Polymers: Unconventional Security Inks for Data Storage and Multi-Dimensional Photonic Cryptography”的研究论文。

荧光/磷光分子的快速发展极大地促进了防伪油墨的研究，并显著地推动了信息加密方式和防伪技术的开发。然而，由于其相对简单的读出方式（例如紫外光照射，或读取余辉信息）、光漂白现象、成本较高等问题，传统的防伪油墨正面临严峻挑战。本文开发了一种基于非荧光聚合物的多维数据加密方法，其中非荧光聚合物油墨作为数据加密的“Lock”，而具有反刚致变色的荧光团分子作为“Key”。通过“Lock - Key”机制，荧光团分子可以“点亮”聚合物油墨，从而解密数据信息。整个过程中的荧光发射是由聚合物化学结构、分子量、拓扑结构、共聚物序列和聚集态结构所决定。与荧光团的本征荧光发射相比，解密后的信息在紫外光下表现出不同强度、波长和手性的荧光发射。此外聚合物的多样拓扑结构、多元的结构单元排列和随机缠绕的形状，使得它们难以被模仿破译。因此，该多维数据加密方法很好地克服了传统荧光/磷光油墨的缺点，为高安全性油墨设计提供了新思路。

三种聚合物pPFPA、PMMA和PEtsOx作为油墨，分别在基底上写下“Time”，“will”和“tell”，自然光和紫外光下都不可见。为了解密这些信息，需要使用SN、DN、SE或DE荧光分子选择性地“点亮”聚合物油墨，其中F2与三种聚合物之间的相互作用最强，所形成的分子间电荷转移复合物（CTC）的能隙最小。而如果使用不含菲啉基团的荧光分子（例如TF3、DH或TPA）处理基底，则无法解密加密信息。值得注意的是，这些荧光分子的本征荧光都为蓝色，在与聚合物相互作用后会发射不同颜色荧光，这为数据解密和防伪提供了丰富灵活的选择。

进一步，将含有三种聚合物的矩阵定义为“Lock”矩阵，三种荧光分子的矩阵定义为“Key”矩阵，“Output”矩阵是由“Lock”和“Key”矩阵中相对应位置的两个元素叠加。在基于“Lock - Key”机制的3×3数据加密矩阵中，有20,000个“Key”矩阵和40,000,000种“Output”矩阵，不仅难以被破译、仿造和反向设计，而且很容易验证，进一步增加矩阵大小会继续提高安全级别。这项非荧光聚合物作为防伪墨水的研究工作具有十分广泛的应用前景。

本研究工作得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金和中国福建光电信息科学与技术创新实验室的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202303641

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