华科吉晓帆教授/港中深唐本忠院士《AM》：AIE水凝胶的“码中码”策略，实现大量信息的存储

由于现代技术的快速发展，信息代码作为一种新型的信息存储材料在人们的日常生活中得到了广泛的应用。根据图案类型，信息代码分为一维条码、二维码和三维色码。条形码是一种平行线图案，根据特定的编码规则排列多个不同宽度的黑色条和空白。条形码广泛应用于商品流通、图书管理、邮政管理和银行系统等许多领域。二维码是一种黑白相间的图案，它使用一定的几何图案，按照一定的规则分布在一个平面上。二维码可用于管理各种证书、报告、票据、货物运输和邮包。3D彩色代码是在传统黑白2D代码的基础上开发的。它是由不同颜色矩阵组成的唯一彩色图像。3D代码具有较高的容错性和更好的安全性，因此可用于需要保密和防伪的各种重要领域，如编码各种文档、文本数据、图标和照片。虽然这些信息代码材料使用广泛，但通常只能存储一种类型的信息，但不是大量的信息。

最近，唐本忠院士和华中科技大学吉晓帆教授在《Advanced Materials》上发表了题为“Codes in Code: AIE Supramolecular Adhesive Hydrogels Store Huge Amounts of Information”的文章，制备了具有不同荧光颜色的聚合诱导发射（AIE）超分子粘附水凝胶，并采用“码中码”的方法证明了其对大量信息的存储容量。制备了四种不同荧光颜色的聚乙烯醇超分子水凝胶；基于水凝胶表面的氢键，这些水凝胶可以组装成水凝胶G5，在紫外光照射下显示多种荧光颜色。当许多1D条形码图案或/和2D码图案合并到G5中时，不仅可以存储一种3D信息，还可以存储大量的1D或/和2D信息。因此，通过“码中码”方法准备的信息代码可以存储大量信息。

图文导读

为了提高信息代码的存储能力，作者设计了一种多荧光超分子水凝胶，它由含有不同AIE点的四个水凝胶单元之间的界面超分子粘附形成。将聚乙烯醇（PVA）分别与三种AIE-R、AIE-Y和AIE-B在水中混合。由于聚合物链上有大量羟基，可以通过分子间氢键形成水凝胶。由于水凝胶中的阻碍运动，所有三种AIE分子都可以发射。因此，水凝胶G1、G2和G3在紫外灯下分别呈现红色、黄色和蓝色荧光。此外，用黑色胶带覆盖水凝胶G3的表面以获得黑色水凝胶G4。四种水凝胶相互接触后获得组装的水凝胶G5。在紫外光下，水凝胶G5显示出多种荧光颜色，储存在其中的信息可以通过手机扫描识别。然而，G5只能存储一种类型的信息，即3D信息。为了存储更多信息，作者设计了“码中码”方法。将一维条形码和二维代码引入水凝胶G5中，实现了一种三维信息和丰富的一维和二维信息的存储。

图1 PVA、AIE-R、AIE-Y和AIE-B的化学结构，以及水凝胶G1、G2、G3和G4的卡通表示。

图2 “码中码”方法

为了研究不同荧光水凝胶单元之间的界面超分子粘附，将它们放在一起相互接触6小时，得到了水凝胶G1-G2、G1-G3、G2-G3和G1-G2-G3。这四种粘合水凝胶的断裂应力值分别为0.13、0.16、0.13、0.09 MPa，断裂应变值分别为22%、28%、32%和16%。结果证明了这些超分子粘附水凝胶的稳定性。因此，水凝胶G1、G2和G3都可以通过界面超分子粘附进行组装。

使用“码中码”策略来研究基于水凝胶G5的信息存储容量的改进。首先将1D条形码合并到3D彩色编码中。将条形码图案引入G5中以形成水凝胶G6。当G6在自然光下通过3D码软件扫描时，它没有显示荧光颜色，因此无法识别其存储的信息。在紫外光照射下，G6显示出不同的荧光颜色，通过3D编码软件扫描可识别存储的信息。在自然光下，G6由于对比度低，无法显示其1D信息。在紫外光照射下，G6显示荧光颜色，1D条形码的对比度增强，从而使用条形码软件读取1D信息。因此，水凝胶G6实现了两种信息的存储。

图3 a、 b）G6在自然光（a）和紫外线（b）下信息扫描过程的照片。

他们还设计了“三维码中的二维码”方法来提高信息码的存储容量。将二维码引入G5以形成水凝胶G9。在自然光下，G9无法显示荧光图案，其存储的信息无法识别。在紫外光照射下，G9显示出丰富多彩的荧光颜色，并通过3D编码软件对存储的3D信息进行扫描识别。在自然光下，G9中2D码的对比度不高，无法通过2D代码软件扫描识别2D信息。在紫外光照射下，G9显示出彩色荧光图案，增强了2D码的对比度，从而可以识别存储的2D信息。因此，G9实现了两种信息的存储。

图4 a、 b）G9在自然光（a）和紫外线（b）下信息扫描过程的照片。

他们设计了将一维条码和二维码同时植入到三维码中的方法，可以称之为“三维码中的一维码和二维码”。同时将1D条形码和2D码并入G5得到水凝胶G12。在自然光下，G12没有显示彩色图案，无法识别存储的信息。在紫外光照射下，G12显示彩色荧光图案，通过3D编码软件扫描可识别其存储的3D信息。G12在自然光下显示1D条码和2D码图案的低对比度，并且无法通过扫描识别存储的信息。在紫外光照射下，G12显示出彩色荧光图案，信息代码的对比度增强。通过使用1D条形码和2D码软件扫描插入的两个信息代码，可以分别识别其中存储的信息。因此，G12实现了三种信息的存储：1D、2D和3D信息。如果在G5中引入更多的1D条形码和2D代码模式以形成水凝胶G13，则可以实现一种类型的3D信息以及大量的1D和2D信息的存储。

图5 a、 b）G12在自然光（a）和紫外线（b）下信息扫描过程的照片。

亮点小结

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105418

作者：Yet 来源：高分子科学前沿

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