科學(xué)家研發(fā)出AIE超分子水凝膠 “碼中碼”可實(shí)現多層次存儲

說(shuō)到儲存信息的載體，大多數人第一時(shí)間會(huì )想到硬盤(pán)。隨著(zhù)人們要儲存的圖片和視頻越來(lái)越多，對信息儲存材料的存儲容量和成本等也提出了更高的要求。50多年來(lái)，硬盤(pán)的存儲量從5MB增漲到TB級，但也不能滿(mǎn)足所有人的需求。 現在，一種新型信息儲存材料——信息碼逐漸進(jìn)入人們的視野，僅幾年時(shí)間，信息碼已從一維碼、二維碼發(fā)展到三維碼，并得到了廣泛應用。

記者10月20日從華中科技大學(xué)獲悉，該?；瘜W(xué)與化工學(xué)院教授吉曉帆團隊與中國科學(xué)院院士、香港中文大學(xué)(深圳)教授唐本忠團隊合作，研發(fā)出一種能實(shí)現信息大量存儲的AIE超分子水凝膠。吉曉帆告訴記者，AIE水凝膠作為一種新型信息儲存材料，有望突破信息碼存儲信息單一的瓶頸，可以像硬盤(pán)一樣存儲大容量信息。相關(guān)論文發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。

信息碼數據讀取更方便快捷

隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，人們對信息儲存的要求也不斷升級。吉曉帆說(shuō)，硬盤(pán)在1956年剛問(wèn)世時(shí)僅可儲存5MB的信息量，隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其信息存儲量從1973年的30MB，增加到2007年的TB級，存儲容量可謂突飛猛進(jìn)。“從低存儲量到TB級高存儲量，硬盤(pán)的快速發(fā)展極大促進(jìn)了信息社會(huì )進(jìn)步。”

近年來(lái)，以二維碼為代表的信息碼，在商品流通、圖書(shū)管理、防偽和保密等眾多領(lǐng)域廣泛應用，但其往往只能存儲單一信息，不能滿(mǎn)足社會(huì )發(fā)展需求。那么，能不能讓信息碼像硬盤(pán)一樣可以存儲大容量信息呢?吉曉帆信心滿(mǎn)滿(mǎn)地告訴記者：“這個(gè)看似遙不可及的想法，正一步步成為現實(shí)。”

目前，根據圖案類(lèi)型，信息碼可以分為一維碼、二維碼和三維碼。一維碼也稱(chēng)為條形碼，它將多個(gè)寬度不等的黑白條紋，按照一定編碼規則排列(一維方向上)出平行線(xiàn)圖案;二維碼則是用某種特定的幾何圖形，按一定規律在平面(二維方向上)排列出黑白相間、記錄數據符號信息的圖形;彩色三維碼是以傳統黑白二維碼為基礎，加以不同顏色矩陣，構成獨特彩色圖像。

雖然一維碼、二維碼、三維碼原理不同，但本質(zhì)上都是將文字(數字)圖像化，便于機器(終端)快速識別、錄入的一種圖像編碼。

吉曉帆介紹，與傳統信息儲存材料相比，信息碼材料可以相對直觀(guān)地展示，且數據讀取更加方便快捷。

“碼中碼”可實(shí)現多層次存儲

為了提高信息代碼的存儲能力，吉曉帆等人設計了一種水凝膠。據吉曉帆團隊相關(guān)負責人介紹，要讓水凝膠存儲信息，首先要想方設法讓水凝膠顯色，從而展示出相應的信息圖案。而傳統熒光生色團在高聚集狀態(tài)下，熒光會(huì )減弱甚至不發(fā)光，即顯示出聚集熒光猝滅效應(ACQ)。

為解決這個(gè)難題，早在2001年，唐本忠院士團隊就已經(jīng)發(fā)現了一種特殊現象：一些熒光分子在聚集狀態(tài)下反而會(huì )顯示出更加強烈的熒光，并提出這是一種聚集誘導發(fā)光(AIE)效應。隨后，具有AIE效應的熒光分子不斷在智能傳感材料、液晶或偏振光材料、高效率的OLED顯示和照明材料、細胞器成像和長(cháng)效追蹤的熒光探針等眾多領(lǐng)域應用。

借助這種熒光分子的優(yōu)良發(fā)光性能，吉曉帆團隊設計并制備了3種不同熒光顏色(紅色、黃色、藍色)的AIE超分子水凝膠。通過(guò)凝膠界面超分子組裝，形成穩定的水凝膠組裝體，可作為彩色三維碼存儲信息。他們通過(guò)激光雕刻技術(shù)將信息碼圖案嵌入水凝膠中，借助水凝膠中熒光分子的AIE效應，在紫外光照射下，信息碼圖案會(huì )清晰地顯示出來(lái)，從而實(shí)現信息儲存。

研究團隊還提出了“碼中碼”策略，將不同類(lèi)型信息碼嵌入AIE超分子水凝膠中。如此，不僅分別實(shí)現了對一維信息或二維信息的大量存儲，還可實(shí)現對一維、二維、三維信息的多層次存儲。通過(guò)“碼中碼”策略，他們不僅設計了“三維碼中的一維碼”和“三維碼中的二維碼”，還將一維碼和二維碼同時(shí)植入到三維碼中，設計出“三維碼中的一維碼和二維碼”，提高了信息碼的存儲容量。

水凝膠大規模應用仍待破題

“生活中，信息碼的應用已經(jīng)隨處可見(jiàn)。”吉曉帆說(shuō)，未來(lái)信息碼將在物流、醫療、旅游、金融等眾多領(lǐng)域廣泛應用，推動(dòng)信息存儲技術(shù)蓬勃發(fā)展。

但現在的研究大多基于一維碼、二維碼或三維碼的獨立應用，每種信息碼都只能存儲一種信息。而吉曉帆團隊研發(fā)的新型儲存材料水凝膠，可以進(jìn)行多信息存儲，具有突破性意義。

據團隊相關(guān)研究人員介紹，水凝膠的結構與生命組織相似，且無(wú)刺激、無(wú)致敏性，在與人體組織、血液等相接觸時(shí)，其表面粘附細胞及蛋白質(zhì)的能力很弱，表現出良好的生物相容性。此外，水凝膠中含有大量水分，以水為溶劑，具有環(huán)保、清潔、極易獲取等特點(diǎn)，這也使這種材料在應用中具有顯著(zhù)優(yōu)勢。近年來(lái)，相關(guān)產(chǎn)品已成功作為創(chuàng )面護理敷料、退熱貼、藥物載體等廣泛應用。當水凝膠作為信息儲存材料時(shí)，其柔性特點(diǎn)及生物相容性?xún)?yōu)勢，將使它在可穿戴智能設備、柔性器件等領(lǐng)域具有更大的應用價(jià)值。

與無(wú)機硅、量子點(diǎn)等信息存儲技術(shù)相比，AIE水凝膠具有易于調控、便于加工等優(yōu)勢，有望為實(shí)現新一代信息存儲技術(shù)提供有效的解決方案。

“雖然優(yōu)勢明顯，但仍需技術(shù)突破。”吉曉帆介紹，水凝膠在干燥環(huán)境下容易快速失水變干，在嚴寒氣候下又容易凍結，從而損失某些功能。另外，水凝膠在實(shí)現信息存儲時(shí)，需通過(guò)激光雕刻將信息碼圖案嵌入凝膠中，這無(wú)疑加大了生產(chǎn)工藝的難度。

在論文中，該團隊只進(jìn)行了有限的信息存儲效果展示。“理論上，如果我們在凝膠組裝體的各個(gè)凝膠單元中嵌入更多信息碼圖案，就可實(shí)現對無(wú)限多的信息的存儲。”吉曉帆說(shuō)，但這面臨著(zhù)一個(gè)現實(shí)問(wèn)題，當需要在一定規格的水凝膠中引入大量信息時(shí)，圖案數量大大增加，而圖案面積就會(huì )相對縮小，這對生產(chǎn)工藝的要求十分嚴格。若要實(shí)現大規模應用，更精密的生產(chǎn)設備還有待攻關(guān)。(科技日報記者 吳純新 通訊員 王瀟瀟)

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