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浙大寧波科創(chuàng)中心智能材料與制造團隊 AM:利用正交光化學實現(xiàn)三維材料的加密防偽
2023-01-25  來源:高分子科技

  從原始的以物易物開始,商品的流通是促進人類社會發(fā)展進步的一大要素。如何保證正品,防止假冒偽劣商品的流轉,是自古以來面臨的問題。為解決這一難題,加密防偽技術應運而生,并且得到了巨大發(fā)展。現(xiàn)今,以熒光圖案為代表的防偽方式被廣泛地應用于各種場景當中。然而,日常生活當中所接觸的物品往往具有各異的幾何形狀,簡單的平面印刷熒光油墨無法滿足擁有復雜結構商品的加密防偽需求。面對這一難點,浙江大學寧波科創(chuàng)中心智能材料與制造團隊提出了基于正交光化學的三維凝膠表面直接加密的新方法。


  具體而言,研究團隊以可見光來固化凝膠材料,賦予其不同的宏觀形狀。在此基礎上,紫外光可引發(fā)凝膠內所含鄰硝基苯結構的異構解離,使網絡產生羧酸根。此時,通過浸泡于熒光素修飾的聚賴氨酸(PLL-FITC)水溶液中,由于氨基與羧基發(fā)生相互作用,PLL-FITC將富集于紫外光照區(qū)域,在凝膠表面產生熒光圖案。研究團隊首先以二維凝膠膜作為研究對象來優(yōu)化實驗參數,實現(xiàn)了如圖1所示的可見光與紫外光協(xié)同下的凝膠表面熒光圖案的構筑。 


1. 基于正交光化學的凝膠固化與表面熒光圖案構筑。(A)分子機理圖。(B)可見光照下凝膠固化動力學。(C)紫外光引發(fā)鄰硝基苯結構異構解離過程中的UV-Vis譜圖。(D)在235 nm處的吸收度隨著紫外光照時間的變化。(E)紫外光照與非光照凝膠在浸泡PLL-FITC溶液后的熒光顯微圖。(F)表面熒光強度分布曲線。


  利用上述的正交光化學,所構筑的熒光圖案尺寸能夠達到5 μm,并且可隨著所采用光學掩膜版透光圖案的減小而進一步降低。 


2凝膠表面“T”形熒光圖案的正面(A)與截面(B)熒光顯微圖與相應方向的熒光強度分布曲線。(C)環(huán)形與條狀熒光圖案。


  在此基礎上,研究者展示了加密與解密的過程。如圖3所示,通過可見光固化,具有不同輪廓的凝膠組成了一個拼圖庫。經過進一步的紫外光處理與熒光染色,不同拼圖表面將含有各異的熒光圖案。只有當拼圖輪廓吻合,同時熒光圖案匹配的情況下才能夠解密信息。這種多步驟的驗證方法,提高了物品的防偽能力。 


3基于拼圖庫的加密與解密方法。


  上述過程充分展現(xiàn)了利用正交光化學來進行防偽加密的可行性與優(yōu)勢。研究團隊進一步利用基于可見光的3D打印技術來構筑任意形狀的凝膠材料同時以紫外光照來定點引發(fā)鄰硝基苯結構的異構解離,從而在三維凝膠表面 寫入熒光圖案,實現(xiàn)三維物體的直接加密。特別地,研究者展示了在三維物品的不同側面“寫入”不同的熒光圖案,使得信息的讀取具有方向性,進一步提升了防偽的能力。 


4三維凝膠表面防偽。(A)基于可見光的3D打印機模型以及采用的原料分子。(B)不同光照時間下所得材料的流變學特征。(C3D打印得到的凝膠。(D3D打印的手形凝膠以及在其表面構筑的熒光圖案。灰色圖為對凝膠局部的三維掃描結果。(E3D打印的南瓜燈狀凝膠以及在其不同側面所構筑的不同的熒光文字。


  相關工作以“Orthogonal Photo-chemistry Towards Direct Encryption of a 3D Printed Hydrogel”為題發(fā)表于Advanced Materials。浙大寧波科創(chuàng)中心任華副教授與浙大化工學院趙騫教授為共同通訊作者,浙大寧波科創(chuàng)中心陳狄博士為論文第一作者。工作獲得了國家自然基金委以及浙大寧波科創(chuàng)中心科研啟動經費的支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202209956

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