汤建新教授课题组《Materials Horizons》：基于聚集诱导发光(AIE)的双层水凝胶用于三维多阶段信息加密与自擦除
随着信息技术的快速发展，对信息安全存储和加密的需求日益增长。传统的信息加密方法通常局限于二维平面，存在信息存储容量低和解密后信息泄露的风险。为了提高信息的安全性和存储容量，开发新型的三维多阶段信息加密平台显得尤为重要。
2024年3月30日，湖南工业大学生命科学与化学学院汤建新教授课题组在《Materials Horizons》期刊上发表了题为“3D multistage information encryption platform with self-erasure function based on the synergistically shape-deformable and AIE fluorescence-tunable hydrogel”的研究论文。该研究首次提出了一种基于聚集诱导发光（AIE）机制的双层水凝胶，用于实现pH诱导的三维多阶段信息加密和自擦除功能。
该双层水凝胶由形状可变形的水凝胶层和具有AIE特性的荧光水凝胶层组成（图1A），能够响应pH值变化而发生协同变形和荧光颜色(SDFC)变化（图1C-D）。并且TPE3N -水凝胶的荧光强度随着在酸性溶液中浸泡时间的延长而逐渐降低（图1B）。
图1.（a）紫外光照射下TPE3N3+-水凝胶/PAA -水凝胶双层水凝胶条SDFC变化机理示意图；（b）在495nm处的峰值荧光强度随酸性溶液浸泡时间的变化规律；（c） PSS、TPE4N4+、TPE4N4+/PSS混合物和TPE4N4+/HCHO混合物的1h NMR谱。（c）优化后TPE4N4+和对甲苯磺酸单元结构的RDG分析
作者利用电静力作用和动态共价键在荧光水凝胶层上实现了荧光信息的离子印刷编码。基于AIE-Active TPE3N3+水凝胶的PH响应性荧光性能，首次构建了时间相关的二维信息加密平台（图2A）。并且由于衰落速率的动态特性不同，存储的信息可以在不同的时间被解密，从而实现具有自擦行为的多级加密（图2B）。
图2.（a）通过离子打印方法加载单态信息并对信息进行加密、解密和自擦除的示意图；（b）图像显示的SDFC行为的水凝胶手使用的单态存储
此外，由于不同荧光信息的褪色速率不同，可以通过逐步解密进一步获得多阶段信息，并最终自动自擦除，并且编码的信息能够在预定的三维形状配置中被包裹（图3），并且只有在特定的形状恢复和背景荧光消失后才能被读取，从而避免了信息的二次泄露。这项研究不仅拓宽了传统的二维单级信息加密平台到三维多阶段平台，还为信息安全领域提供了一种新的材料和技术。
图3. 三维多级信息加密、解密和自擦过程示意图和照片
综上所述，我们已经展示了一种简单的策略，通过结合TPE3N3+-水凝胶/ PAA-水凝胶双层水凝胶的形状变形和图案荧光变化来制造先进的AIE荧光多级信息加密平台。总之，该策略具有安全性高、信息存储容量大、准备简单等优点。该研究为将传统的二维单级信息加密平台扩展到具有自测量的三维多级信息加密平台铺平了道路。
汤建新教授为本文的通讯作者，博士生杨彩霞为第一作者。该研究得到了中国国家自然科学基金和湖南省自然科学基金的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1039/D3MH00206C
