智能(néng)熒光高分子水凝膠是一類具有可調發(fā)光性能(néng)的高分子軟材料，由于其三維聚合物交聯網絡中包含大量的水分子，在合适的外界刺激作用下，易與周圍的水溶液發(fā)生物質交換，誘導水凝膠的溶脹或去溶脹，同時伴随著(zhe)發(fā)光顔色或強度的顯著變化，因而在仿生驅動、傳感檢測、信息存儲加密等方面(miàn)有著(zhe)很大的應用潛力。如何通過(guò)高分子水凝膠的組成(chéng)結構設計，來實現熒光性能(néng)與其他性能(néng)（如自修複、形狀記憶、智能(néng)驅動等）的功能(néng)協同以滿足特定的應用需求，成(chéng)爲需要格外關注的關鍵問題。
近年來，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所智能(néng)高分子材料課題組陳濤研究員、路偉副研究員在智能(néng)熒光高分子水凝膠的分子設計與材料構建方面(miàn)開(kāi)展了大量的基礎研究工作（Sci. China Mater.2019, 62, 831;ACS Sensors 2018, 3, 2394; J. Phys. Chem. C2018, 122, 9499;Macromol. Rapid Commun.,2018, 39, 1800648; Macromol. Rapid Commun.2018, 39, 1800130; ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 23884），并探索了其在傳感檢測和仿生驅動方面(miàn)的應用。例如，通過(guò)以濾紙爲基底構建了一種(zhǒng)Hg2+響應性的熒光高分子水凝膠複合材料，其可以協同濾紙的毛細作用和水凝膠的超親水特性，實現水溶液和食品中Hg2+的快速和高靈敏性檢測（Adv. Mater. Technol. 2018, 1800201，Highlighted on Advanced Science News，如圖1)；通過(guò)構建一種(zhǒng)基于萘酰亞胺熒光團的pH響應性高分子水凝膠，其不僅可用于水環境pH值的檢測，還(hái)可以利用離子印染的方法來實現水凝膠表面(miàn)熒光強度的時空調控（ACS Macro Lett. 2019, 8, 937，如圖2）；利用不同響應性的（熒光）高分子水凝膠功能(néng)模塊的超分子宏觀組裝，開(kāi)發(fā)了一種(zhǒng)具有3D複雜驅動-智能(néng)變色雙功能(néng)協同的仿生高分子水凝膠驅動器（Adv. Funct. Mater. 2018, 1704568，如圖3）。
近日，該團隊在Advanced Functional Materials上報道(dào)了一篇基于熒光高分子水凝膠的智能(néng)熒光響應、形狀記憶和自修複等多功能(néng)協同以實現三維信息存儲加密應用的新工作，題爲“Three-Dimensional Fluorescent Hydrogel Origami for Multistage Data Security Protection”（DOI: 10.1002/adfm.201905514）。該工作利用苝四甲酸功能(néng)化明膠和聚乙烯醇水溶液的多次冷凍解凍循環獲得高強度熒光高分子水凝膠，其表現出典型的Fe3+誘導熒光猝滅現象，用Fe3+溶液爲“墨水”就可以在其上負載文字、圖案等信息。此外，由于聚乙烯醇在硼砂溶液中易于形成(chéng)高密度的動态硼酸酯鍵，該水凝膠也表現出優異的形狀記憶和自修複性能(néng)。通過(guò)與中國(guó)傳統的折紙技術相結合，該團隊協同利用形狀記憶和自修複性能(néng)，成(chéng)功將(jiāng)負載了信息的2D水凝膠片“搭建”成(chéng)形狀各異的3D水凝膠信息載體，實現了基于熒光高分子水凝膠的三維信息存儲和加密（如圖4、圖5）。
以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21774138，51773215）、中科院前沿科學(xué)重點研究項目（QYZDB-SSW-SLH036）、中國(guó)科學(xué)院青年創新促進(jìn)會（2019297，2017337）等項目的資助。
圖1 基于熒光高分子水凝膠的Hg2+傳感器（Adv. Mater. Technol. 2018, 1800201）
圖2 熒光高分子水凝膠表面(miàn)發(fā)光顔色的時空調控（ACS Macro Lett. 2019, 8, 937）
圖3 仿生雙層高分子水凝膠驅動器的智能(néng)協同變形-變色行爲（Adv. Funct. Mater. 2018, 1704568）
圖4 (a-c)基于熒光高分子水凝膠的三維信息存儲和加密過(guò)程示意圖（Adv. Funct. Mater. 2019, DOI: 10.1002/adfm.201905514）
圖5 (a-c)將(jiāng)分别負載“UCAS”、 “Q1A2Z3”、“Attitude is everything” 等信息的2D熒光水凝膠片手動折疊成(chéng)各種(zhǒng)三維形狀後(hòu)置于硼砂水溶液中，10s至3min後(hòu)就可以得到形狀各異的3D水凝膠信息載體。相較于經(jīng)典的二維信息加密策略，這(zhè)種(zhǒng)加密于三維空間的信息的安全性更高，因爲其負載信息隻有在先置于酸溶液中恢複2D形狀後(hòu)才能(néng)在紫外燈下觀察到（Adv. Funct. Mater. 2019, DOI: 10.1002/adfm.201905514）
(高分子事(shì)業部 路偉)
