別具匠心的噴墨打印：基于氧氣響應(yīng)的高安全級別信息加密與防偽技術(shù)
面對假冒偽劣產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)的大面積泛濫，各國政府和版權(quán)所有者不斷加大對信息加密與防偽技術(shù)的投資。在科技飛速發(fā)展的今天，如何杜絕偽造者利用現(xiàn)代技術(shù)對加密和防偽的信息進(jìn)行偽造成為新的難題?；跓晒獠牧系募用芗夹g(shù)由于其使用簡單、操作方便、成本低和快速直觀等特點，已經(jīng)在鈔票、商業(yè)票據(jù)、醫(yī)藥包裝等高檔印刷品防偽標(biāo)識領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前市面上可見的熒光防偽技術(shù)屬于第一代熒光防偽技術(shù)，他們主要采用發(fā)光顏色進(jìn)行防偽，在熒光材料已經(jīng)得到大力發(fā)展的今天，偽造者很容易找到具有相同發(fā)光特性的熒光分子來替代或模擬正版的防偽材料。第二代防偽技術(shù)多采用多色染料混合使用得到彩色的防偽圖案，雖然加密程度有所提高，但仍面臨和第一代一樣的被仿造的問題。第三代熒光防偽技術(shù)多采用具有刺激響應(yīng)的熒光分子，在特定化學(xué)環(huán)境下實現(xiàn)防偽，這種技術(shù)極大地提高了防偽的可靠性。然而這種具有刺激響應(yīng)的分子種類稀少，在儀器分析高度發(fā)達(dá)的今天，偽造者可以通過現(xiàn)代儀器分析技術(shù)獲得發(fā)光分子的結(jié)構(gòu)和組成信息，一旦分子結(jié)構(gòu)被破解后，這種防偽技術(shù)將徹底喪失其防偽能力。由于使用的部分刺激物具有一定的化學(xué)腐蝕性或者化學(xué)毒性，有些甚至需要在液態(tài)才能進(jìn)行響應(yīng)，極大地限制了第三代熒光防偽技術(shù)的應(yīng)用。針對這一難題，近日化學(xué)系王旭東研究員研究團(tuán)隊（www.wangslab.com）采用組合化學(xué)的策略，將對氧氣敏感的熒光探針與具有氧氣通透性的基底材料（包括聚合物、有機(jī)材料、無機(jī)材料以及他們的混合物）通過排列組合的方式，制備成可印刷的發(fā)光墨水。由于氧氣敏感探針和基質(zhì)材料的種類繁多，它們可以有成千上萬種不同的組合。更為重要的是，每種特定的組合對于給定的刺激響應(yīng)都具有唯一確定的非線性響應(yīng)行為。在特定的氧濃度下，打印出的防偽圖案具有唯一確定的磷光壽命值。偽造者要獲取正確的加密信息，需要同時破解以下所有信息：(1)發(fā)光材料和基質(zhì)材料的正確排列組合，(2)枚舉并找到正確的化學(xué)刺激物，(3)獲得化學(xué)刺激物的準(zhǔn)確濃度信息，（4）在讀取裝置中輸入正確的熒光/磷光壽命讀取值，才能獲得正確的加密信息。更為重要的是，以上這4個需要破解的信息呈現(xiàn)出嚴(yán)格的一一對應(yīng)關(guān)系，缺一不可，因此這種加密防偽技術(shù)具有極高的安全性，解決了現(xiàn)今加密防偽技術(shù)嚴(yán)重依賴核心發(fā)光物質(zhì)的問題，在高安全級別的防偽領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。在最壞的情況下，即使最狡猾的偽造者使用現(xiàn)代分析儀器破解了核心發(fā)光材料，由于不知道所使用的排列組合以及其他加密手段，使得這項加密技術(shù)仍然具有高度安全性。更難能可貴的是，這項防偽技術(shù)使用的是無毒無害的氧氣做為刺激源，甚至空氣都可以用于信息防偽加密，可實現(xiàn)無損的重復(fù)校驗，極大地方便了這項技術(shù)在實際應(yīng)用中的推廣，有望在印鈔、護(hù)照、銀行支票、身份證等需要高級別防偽認(rèn)證領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用。
這一研究成果近期以“Luminescent Oxygen-Sensitive Ink to Produce Highly Secured Anticounterfeiting Labels by Inkjet Printing”為題發(fā)表于J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 13558-13564. (DOI: 10.1021/jacs.0c05506)?；瘜W(xué)系王旭東研究員為論文通訊作者，已畢業(yè)博士生丁龍江為論文第一作者。本項目得到了國家自然科學(xué)基金，上海市東方學(xué)者計劃的資助支持。
全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c05506#
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