近日，本硕博均就读于加拿大阿尔伯塔大学的哈尔滨女生刘小源，和所在团队开发出一种新型荧光聚合物。

图 | 刘小源（来源：刘小源）

在特定类型的紫外线照射下，这种聚合物能够迅速改变荧光颜色，因此被用于书写隐形信息。

研究中，她发现当把荧光聚合物制备成柔性薄膜，利用荧光颜色的可变性，就能写入多色隐形信息。

而只有通过特定的光源、特定的光学滤镜或放大镜，才能读取这些隐形信息，即这些信息仅在紫外线下可见，在普通光线下无法被识别，因此具备较高的信息安全性。

（来源：Advanced Functional Materials）

也就是说，本次方法只需满足紫外线曝光这一条件，即可写入多色的荧光隐形信息，既可以写入文字、也可以写入图像。

在保证信息安全性的同时，所需要的光源和光学元件也相对容易获得，实验过程也更加安全简便。

在实验中，刘小源模拟了雨水和阳光等不同的环境条件，结果发现在荧光聚合物薄膜中写入的信息，不仅依然清晰可见，而且能够保持不错的稳定性。

在应用前景上：

信息安全和防伪信息，是荧光聚合物的第一大应用场景。

由于荧光聚合物能够写入文本、图像和二维码等荧光隐形信息，因此可以增强防伪保护能力。

（来源：Advanced Functional Materials）

如前所述，这些信息在普通光线下是不可见的，仅在紫外线光源下能被看见。

而要想实现更高级别的防伪，还可以设置必须使用光学滤镜和放大镜才能读取信息的门槛，从而用于安全保护和保密信息传输。

包装标签，是荧光聚合物的第二大应用场景。

通过在包装材料中嵌入隐藏信息，可以防止假冒产品，提高产品的可追溯性和真实性。特别是在制药和食品行业，这种标签有助于监控产品的存储和运输条件，确保其安全和质量。

在艺术设计中创造独特的视觉效果，是荧光聚合物的第三大应用场景。

由于其具有多色荧光特性，因此可以通过控制紫外线的曝光时长，从而在同一材料上生成多种颜色的荧光图案，为创意艺术和装饰设计提供新的可能性。

日前，相关论文以《一种可在柔性薄膜中简便地一步写入多色隐藏信息的荧光聚合物》（A Fluorescent Polymer for Facile One-Step Writing of Polychromic Hidden Information in Flexible Films）为题发在 Advanced Functional Materials（IF 18.5）。

刘小源是第一作者，加拿大阿尔伯塔大学教授阿尔基维亚特斯·梅尔德鲁姆（Alkiviathes Meldrum）担任通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Advanced Functional Materials）

跨越千年的隐形文字

事实上，早在公元前 4 世纪，隐形文字的概念就已经有记载。而现代安全和防伪需求，针对信息的隐蔽性和书写方法提出了更高要求。

此前，对于已有的隐形信息书写技术来说，通常需要使用强激光或偏振组件。

（来源：Advanced Functional Materials）

强激光往往价格昂贵，并且必须在实验室中进行严格的安全操作。偏振组件则由于组件简单和组件易得，会让隐形信息的安全性受到限制。

为了解决已有光学书写方法的局限性，以及出于对隐形信息技术和防伪应用的兴趣，刘小源和同事开展了本次课题。

研究中，她通过开展微流体的实验，制备出微米级荧光微粒。

每当实验结束时，她都会将承接液滴的容器，小心地转移到显微镜之下，待其干燥之后用弱紫外线进行观察。

有一次，她观察到一个有趣的现象：此前曾在液滴状态下暴露于紫外线的微球，其荧光颜色从蓝色变为黄绿色。

这个意外的颜色变化引起了刘小源的好奇心，并让她开始思考紫外线与这些液滴中的聚合物之间是否存在某些相互作用。

（来源：Advanced Functional Materials）

同时，为了判断这种颜色变化是否具备稳定性和可再现性，她将原溶液样品暴露于紫外线之下，验证了这一现象的真实存在。

不仅如此，随着光照时长的变化，溶液的荧光颜色也会发生变化，即从紫色变为蓝色、绿色、黄色甚至橙红色。

而这些材料在普通光线下是无色透明的，只会在紫外线下显示颜色，这让刘小源开始思考：在这种聚合物薄膜上，是否具备写入隐形信息的可能？

于是，通过使用能和显微镜集成的空间光调制器，她在薄膜样品上生成了亚微米级的图像。

但是，上述过程必须依赖显微镜，这会让应用场景遭到一定限制。而假如对图案尺寸进行扩大，就能无需显微镜进行辅助观察，从而能够扩大应用范围。

为此，她引入一个厘米级的二维码光掩模，这样一来无需借助显微镜，也能制备图案化的薄膜。

而在探索荧光颜色的变化机制时，刘小源所在团队与德国慕尼黑工业大学和比利时蒙斯大学的研究人员合作，开展了定性分析、定量分析以及分子模拟。

随后，刘小源等人推断：某些类型的紫外线照射会引起聚合物结构缺陷，这可能也是发光颜色会发生强烈变化的原因。

通过此，他们揭示了紫外线和荧光聚合物之间的相互作用，进而开发了能够写入隐形信息的技术。

“仿佛拥有一个暗夜中的微型世界，非常梦幻”

事实上，最初刘小源在聚合物薄膜中生成隐形图案时，仅仅使用了空间光调制器。

然而，由光干涉所引起的散斑，会让图案难以得到清晰呈现。

而有些图案比如二维码，对于细节特征有着极高要求，因此仅仅使用空间光调制器并不能得到满意的结果。

有一天，刘小源正在和同事讨论这个问题，甚至已经开始考虑使用纳米技术来制作掩模。

恰巧，一位合作者来到实验室，于是他们向这位合作者请教，结果后者表示：“这很简单，你可以去打印店，用教学使用的那种透明纸，激光打印一个黑色掩模。当然，必须确保透明部分能让紫外线穿过。”

这让刘小源顿时恍然大悟。对此她表示：“后来每当我和同事聊起这件事，都觉得其实这个方法才是最直接、最容易想到的。

看来，有时跳出问题本身，或者从不同角度重新看待问题，可以带来新的、甚至更好的解决方案。”

而在第一轮审稿中，审稿人建议针对发光机制、荧光效率和写入信息的可擦除性进行更详细的讨论。

为此，她比较了不同溶液中的光反应现象、测量了荧光量子效率，并通过模拟阳光照射条件来研究样本。

在第二轮审稿中，其中一位审稿人特别表达了对于新增模拟光照实验数据的肯定，其还表示这些数据让薄膜材料在长期紫外线照射下的耐受性得以证实。

另据悉，刘小源非常享受当前的研究方向，其表示：“每次看到那些在小瓶子里发出各种荧光颜色的聚合物溶液，我都感觉仿佛拥有了一个暗夜中的微型世界，非常梦幻。”

不过，写入隐形信息技术的安全性目前主要依赖于光学滤镜的使用。

未来，刘小源计划引入一些新方法，包括但不限于引导分子重新排列，希望能够增强信息安全性。

此外，目前的荧光颜色变化过程是单向的，她希望未来能够实现可逆的颜色变化，让荧光隐形信息可以根据需要擦除和重写。

运营/排版：何晨龙

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