水凝胶是交联的聚合物网络，可以吸收大量的水。近年来，所谓的“刺激响应”水凝胶取得了重大进展，这种材料会随着环境触发因素而改变特性。这些动态的巧妙整合使水凝胶创新成为可能，从药物输送装置到组织支架。
事实证明，这种“智能”凝胶还具有安全隐藏和揭示信息的有趣潜力 - 类似于高科技隐形墨水的天赋。通过利用材料的透明度变化，研究人员认识到水凝胶可以被调整为印在凝胶基质中的模糊图案、图像和其他视觉数据。后来应用适当的刺激揭示了隐藏的信息。
然而，实现具有这种数据加密和解密能力的水凝胶仍然遥不可及。巨大的技术障碍包括由于透明度变化期间的收缩导致的图案分辨率差，以及需要极端 pH 值变化等笨拙刺激的缓慢响应。
现在，正如最近发布在Advanced Functional Materials上的一篇论文所详述的那样，研究人员开发了一种智能水凝胶平台，具有前所未有的多功能性，用于安全记录和存储机密视觉信息。
通过利用两种聚合物成分之间的氢键，研究团队获得了一种具有惊人性能的类似纸的“智能”材料。化学油墨可实现快速、局部的相分离，以实现高保真信息存储。然后，单独的热触发器对数据进行动态加密。
这种能力远远超过了为加密任务而探索的现有水凝胶。该研究的主要作者、舍布鲁克大学的赵岳评论说：“我们系统的精度和可调性为动态水凝胶信息存储树立了新标准。我们预见到各种防伪和物流应用。
这项创新的核心是由聚乙烯醇和聚组成的复合水凝胶。研究人员巧妙地利用了这两种聚合物的特性：PVA通过氢键形成机械鲁棒的网络，而PNVCL则允许通过与各种墨水分子的相互作用进行化学诱导的相分离。
值得注意的是，当用含有羧酸的墨水书写时，水凝胶局部从透明转变为不透明。这种效应源于墨水分子和PNVCL之间的氢键和n-π轨道相互作用，破坏了水凝胶网络的平衡状态。不透明的图案有效地存储了“书面”信息。
然而，与其他水凝胶不同的是，这种复合材料系统保持了其结构完整性，没有出现收缩问题。相变过程中的体积变化极小，可实现出色的图案分辨率。研究人员通过使用柠檬酸等小分子墨水或聚丙烯酸等更持久的大分子墨水书写，证明了这种方法的多功能性。墨水的选择决定了编码信息在水凝胶中的寿命。
也许最值得注意的是存储的消息或图像可以根据需要隐藏和显示的简单性。利用水凝胶的热响应特性，研究人员展示了温和加热如何引起单独的相变，从而隐藏整个材料中的书面图案。稍后，冷却会揭开隐藏的数据。通过多种相变机制的巧妙组合，可以实现多种信息加密和解密方式。
该研究的主要作者、舍布鲁克大学的赵岳评论了这项工作的重要性：“我们的水凝胶设计原理为信息存储和防伪技术开辟了许多新的可能性。我们方法的多功能性，支持多种加密/解密模式，并结合高模式分辨率和保真度，可以激发下一代'智能'水凝胶的灵感。
展望未来，Zhao 的团队旨在扩展其平台的功能。正在进行的研究正在探索相似复合水凝胶中的化学亲和力差异如何实现溶剂型存储器、传感器和药物输送系统等应用。随着进一步的发展，这些材料可以成为“智能包装”的基础，用于物流、金融交易或医疗中的安全信息存储和传输。
虽然仍处于早期阶段，但这项研究强调了响应式水凝胶在不断推进的数据加密和防伪技术中可能发挥的有希望的作用。赵教授总结道：“我们的基础研究不断揭示设计原则，这些原则在许多领域提高了软'智能'材料在现实世界中的实用性，为改善社会的技术做出了贡献。
