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  智能熒光高分子水凝膠是一類具有可調(diào)發(fā)光性能的高分子軟材料，由于其三維聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中包含大量的水分子，在合適的外界刺激作用下，易與周圍的水溶液發(fā)生物質(zhì)交換，誘導(dǎo)水凝膠的溶脹或去溶脹，同時(shí)伴隨著發(fā)光顏色或強(qiáng)度的顯著變化，因而在仿生驅(qū)動(dòng)、傳感檢測(cè)、信息存儲(chǔ)加密等方面有著很大的應(yīng)用潛力。如何通過(guò)高分子水凝膠的組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)熒光性能與其他性能（如自修復(fù)、形狀記憶、智能驅(qū)動(dòng)等）的功能協(xié)同以滿足特定的應(yīng)用需求，成為需要格外關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題。

  近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子材料課題組陳濤研究員、路偉副研究員在智能熒光高分子水凝膠的分子設(shè)計(jì)與材料構(gòu)建方面開展了大量的基礎(chǔ)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(cè)和仿生驅(qū)動(dòng)方面的應(yīng)用。例如，通過(guò)以濾紙為基底構(gòu)建了一種Hg²⁺響應(yīng)性的熒光高分子水凝膠復(fù)合材料，其可以協(xié)同濾紙的毛細(xì)作用和水凝膠的超親水特性，實(shí)現(xiàn)水溶液和食品中Hg²⁺的快速和高靈敏性檢測(cè)（Adv. Mater. Technol. 2018, 1800201，Highlighted on Advanced Science News，如圖1)；通過(guò)構(gòu)建一種基于萘酰亞胺熒光團(tuán)的pH響應(yīng)性高分子水凝膠，其不僅可用于水環(huán)境pH值的檢測(cè)，還可以利用離子印染的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)水凝膠表面熒光強(qiáng)度的時(shí)空調(diào)控（ACS Macro Lett. 2019, 8, 937，如圖2）；利用不同響應(yīng)性的（熒光）高分子水凝膠功能模塊的超分子宏觀組裝，開發(fā)了一種具有3D復(fù)雜驅(qū)動(dòng)-智能變色雙功能協(xié)同的仿生高分子水凝膠驅(qū)動(dòng)器（Adv. Funct. Mater. 2018, 1704568，如圖3）。

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發(fā)光顏色的時(shí)空調(diào)控（ACS Macro Lett. 2019, 8, 937）

圖3 仿生雙層高分子水凝膠驅(qū)動(dòng)器的智能協(xié)同變形-變色行為（Adv. Funct. Mater. 2018, 1704568）

  近日，該團(tuán)隊(duì)在Advanced Functional Materials上報(bào)道了一篇基于熒光高分子水凝膠的智能熒光響應(yīng)、形狀記憶和自修復(fù)等多功能協(xié)同以實(shí)現(xiàn)三維信息存儲(chǔ)加密應(yīng)用的新工作，題為“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化明膠和聚乙烯醇水溶液的多次冷凍解凍循環(huán)獲得高強(qiáng)度熒光高分子水凝膠，其表現(xiàn)出典型的Fe³⁺誘導(dǎo)熒光猝滅現(xiàn)象，用Fe³⁺溶液為“墨水”就可以在其上負(fù)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高密度的動(dòng)態(tài)硼酸酯鍵，該水凝膠也表現(xiàn)出優(yōu)異的形狀記憶和自修復(fù)性能。通過(guò)與中國(guó)傳統(tǒng)的折紙技術(shù)相結(jié)合，該團(tuán)隊(duì)協(xié)同利用形狀記憶和自修復(fù)性能，成功將負(fù)載了信息的2D水凝膠片“搭建”成形狀各異的3D水凝膠信息載體，實(shí)現(xiàn)了基于熒光高分子水凝膠的三維信息存儲(chǔ)和加密（如圖4、圖5）。

圖4 (a-c)基于熒光高分子水凝膠的三維信息存儲(chǔ)和加密過(guò)程示意圖（Adv. Funct. Mater. 2019, DOI: 10.1002/adfm.201905514）

圖5 (a-c)將分別負(fù)載“UCAS”、 “Q1A2Z3”、“Attitude is everything” 等信息的2D熒光水凝膠片手動(dòng)折疊成各種三維形狀后置于硼砂水溶液中，10s至3min后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，這種加密于三維空間的信息的安全性更高，因?yàn)槠湄?fù)載信息只有在先置于酸溶液中恢復(fù)2D形狀后才能在紫外燈下觀察到（Adv. Funct. Mater. 2019, DOI: 10.1002/adfm.201905514）

  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(diǎn)研究項(xiàng)目（QYZDB-SSW-SLH036）、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2019297，2017337）等項(xiàng)目的資助。

  論文鏈接：

  https://doi.org/10.1002/adfm.201905514

  http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201704568/full

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.9b00337

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.201800201