假冒僞劣産品已經(jīng)成(chéng)爲全球性問題，涉及各個行業，對(duì)消費者的安全、經(jīng)濟和公共健康構成(chéng)了嚴重威脅。因此，開(kāi)發(fā)新型的防僞材料和技術顯得尤爲重要。目前，結構色和熒光色材料因其獨特的性能(néng)優勢在防僞技術中得到了廣泛應用。例如，結構色材料在可見光下能(néng)夠呈現鮮明的色彩，且具有良好(hǎo)的耐褪色性；而熒光材料能(néng)夠在特定的激發(fā)波長(cháng)下發(fā)出多種(zhǒng)顔色的熒光。典型的結構色材料包括光子晶體、膽甾液晶、嵌段共聚物或纖維素納米晶體等。這(zhè)些材料在受到外部刺激時，其反射層之間的距離會發(fā)生變化，因此能(néng)夠被(bèi)“激活”，顯示出在信息加密與安全領域中的巨大潛力。另外，含有發(fā)射源（如碳點、熒光染料、镧系金屬）的熒光材料也作爲一種(zhǒng)有效的防僞材料，能(néng)夠在特定激發(fā)波長(cháng)下發(fā)出鮮豔的色彩。無論是從單色熒光到多色熒光，還(hái)是從靜态發(fā)光到動态變色，熒光防僞材料都(dōu)取得了長(cháng)足進(jìn)步。

然而，在信息加密領域，依賴于單一光學(xué)模式的防僞材料存在一定的局限性。因此，近年來，研究者們緻力于開(kāi)發(fā)不同的策略，如構建不受幹擾的雙光或多光模式材料，以提升信息安全水平。有研究利用熒光膽甾液晶（FCLC）微液滴組成(chéng)的雙模墨水構建防僞标簽，在反射和熒光狀态下分别顯示不同的信息。另一項研究則將(jiāng)化學(xué)單元（包括摻雜镧系元素的熒光體和熒光粉）加入膠體光子晶體中，制備了一種(zhǒng)大面(miàn)積光子薄膜，該薄膜呈現出三種(zhǒng)不同的光學(xué)狀态，即在白光下的結構色、紫外光（365 nm）下的熒光色以及關閉紫外光後(hòu)的磷光色。與傳統的單模式防僞策略不同，這(zhè)些雙光或多光模式能(néng)夠增加編碼信息的容量，提高解密難度，從而增強信息安全性。然而，目前可用的雙模式材料在多級加密過(guò)程中存在一些限制（包括刺激響應性不足、無法獨立調制結構色和熒光色，以及僅存在單一熒光色）。因此，爲多級安全信息防僞系統設計一種(zhǒng)具有可獨立調節和刺激響應性的防僞材料具有重要意義。

中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所智能(néng)高分子材料團隊陳濤研究員、樂曉霞副研究員長(cháng)期從事(shì)高分子水凝膠的仿生可控構築及其在柔性驅動與感知、熒光防僞等領域的應用探索。近期，該團隊提出了一種(zhǒng)用于具有獨立可調結構和熒光顔色的雙模水凝膠，以實現多級信息加密。由于雙光學(xué)模式互不幹擾，雙模式水凝膠表現出更大的防僞潛力，不僅具有刺激響應性和顔色可調性，還(hái)可以通過(guò)編程設計在不同通道(dào)中分别顯示雙模式信息，并通過(guò)協同疊加讀取最終信息。該工作近期以題爲“Dual-mode Hydrogels with Structural and Fluorescent Colors towards Multistage Secure Information Encryption”的論文發(fā)表在Advanced Materials（Adv. Mater. 2024, 2401589, DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202401589）。

研究人員首先制備了一種(zhǒng)具有獨立可調結構和熒光顔色的雙模水凝膠（圖 1A）。在這(zhè)種(zhǒng)水凝膠系統中，剪切流誘導自組裝形成(chéng)的聚十二烷基衣康酸甘油酯（pDGI）剛性片層結構可提供受限空間，丙烯酰胺（AAm）和N,N'-二甲基丙烯酰胺（DMA）單體在受限空間中聚合形成(chéng)三維水凝膠網絡（圖 1B），産生響應性結構色。此外，熒光單體6APA被(bèi)作爲絡合位點加入，可與镧系離子（Eu³⁺或Tb³⁺）配位，從而實現多色熒光（圖 1C）。這(zhè)種(zhǒng)水凝膠的結構顔色與觀察角度有關，還(hái)可以在形成(chéng)受限結構空間時通過(guò)調整交聯密度來控制，而且對(duì)含水量變化非常敏感。通過(guò)改變水凝膠的觀察角度、交聯密度和含水量，可在寬泛的顔色範圍内調整響應性結構顔色。此外，還(hái)可以通過(guò)改變镧系離子的比例來調節多種(zhǒng)熒光顔色。值得一提的是，結構色和熒光色是作爲兩(liǎng)個互不幹擾的獨立通道(dào)實現的。結構色信息和熒光色信息可以協同疊加，從而讀出最終信息。因此，這(zhè)種(zhǒng)雙模水凝膠具有強大的信息存儲能(néng)力和編碼能(néng)力，可以進(jìn)行多級安全信息加密和可編程解密（圖 1D），在信息加密和防僞領域具有巨大的潛力。

這(zhè)項工作爲目前信息加密領域存在的防僞模式單一、信息存儲量少等問題提供了新的解決思路，這(zhè)種(zhǒng)具有獨特結構和熒光顔色雙模材料在信息編碼、顯示和高級防僞等不同領域具有廣闊的應用前景。

本研究得到了國(guó)家重點研發(fā)計劃（2022YFB3204300）、國(guó)家自然科學(xué)基金（52103246）、浙江省自然科學(xué)基金（LQ22E030015）、甯波市自然科學(xué)基金（2023J408、20221JCGY010301）、甯波國(guó)際合作項目（2023H019）、中德合作國(guó)際交流項目（M-0424）等項目的資助。

圖1  用于多級信息加密的雙模水凝膠設計策略

（海洋關鍵材料重點實驗室 孫雨）