可用于指纹检测及加密的阴离子响应纳米纤维素水凝胶

来自“CBG资讯”每日推荐。随着科技的发展，指纹信息已经得到普遍应用，如手机、电脑的指纹解锁功能，特殊工作室的指纹门禁等。指纹密码之所以能够如此广泛地应用，是因为每个人的指纹信息都独一无二，并且不会随着年龄的增长而改变。除了在电子设备的访问控制方面，指纹信息还被广泛地应用到个人身份识别、司法鉴定及医疗诊断中。但是，指纹信息对于肉眼来说是不可见的，而一些特定的指纹，如犯罪现场里嫌疑人留下来的隐约指纹（Latent Fingerprint, LFPs），是需要完整保存的。这类指纹信息难以通过常规的质谱、多金属沉积（MMD）等手段进行采集，它们需要一些具有高分辨率特性的非破坏性成像技术来进行采集。此外，指纹信息的加密也随着高科技犯罪的日益增长而变得越来越重要。

图1. A）水凝胶制备过程及B）指纹信息的加密解密原理

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

近日，兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室、甘肃省有色金属化学与资源利用重点实验室的汪宝堆教授和北京大学工程学院、磁电功能材料与器件北京市重点实验室的侯仰龙教授联手，制备了一种对ClO-/SCN-具有可逆响应性的水凝胶，并将其应用在指纹信息的检测、加密及解密上。人类的指纹中含有一定量的溶菌酶，受此启发，作者将一种可以与溶菌酶结合的分子（LBA）作为定位基团以提取指纹信息。这种材料在获得指纹信息后，可以通过ClO-进行加密（使指纹信息不可见）及SCN-解密（使指纹信息可见）。该成果以“Reversible Response of Luminescent Terbium(III)–Nanocellulose Hydrogels to Anions for Latent Fingerprint Detection and Encryption”为题发表于《德国应用化学》（DOI: 10.1002/anie.201800119）。

图2. 水凝胶不同结构单元的合成步骤

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

作者使用的水凝胶由两部分构成（图1 A），一部分是含有铽（Th3+）复合物的羟甲基纤维素（CMC）（图1A，3）,它是由2-(邻氨基苯甲酰胺)苯甲酸（AMBA）和CMC反应得到的（图2）。另一部分是2,6-二甲基-4-氨基吡啶（DPY）修饰的羟甲基纤维素（图2，7），这一部分的合成较3更为复杂：首先，CMC、DPY和Boc保护的乙二胺反应得到了DPY修饰的CMC（图2，4）；然后，脱保护后的氨基（图2，5）与戊二醛发生席夫碱反应得到含有醛基的CMC（图2，6）；最后，醛基与含有氨基的LBA反应将LBA修饰到CMC上得到7。

图3. 水凝胶的荧光特性及对ClO-/SCN-的刺激响应性

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

在得到3和7后，作者便开始研究其光谱性质，结果发现它们均不会发射出荧光（图3A），但当它们混合在一起形成水凝胶后，便可以观察到明显的荧光（图3A）。此外，这种水凝胶的荧光可以通过ClO-及SCN-进行调控：向水凝胶中加入不同浓度的ClO-后，水凝胶的荧光会出现不同程度的降低（图3B）；再加入SCN-，水凝胶的荧光又逐渐恢复（图3C）。作者还发现这种现象可以重复多次（图3D）。除溶液测试外，作者还测试了这种材料在固态时的荧光开关性能（图3E），将水凝胶置于滤纸上并让水分蒸发，可形成一个具有荧光的“東”字。与溶液测试结果一样，材料在固态时仍然对ClO-/SCN-具有可逆响应性，这对后续实现指纹信息的提取具有极为重要的意义。

图4. 水凝胶用于指纹信息的探测、加密及解密

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

在之前的研究结果上，作者将这种具有响应性的材料运用到指纹信息的探测、加密及解密上。首先，将人的指纹存储在载玻片上，这时，载玻片上的指纹信息是肉眼不可见的。将载玻片放入含有1的溶液中后， LBA与溶菌酶反应，使得1在指纹的脊上富集。因此，在紫外灯照射下，载玻片上的指纹信息变得清晰可见（图4A）。不仅如此，所获得的指纹信息具有很高的分辨率，在放大的状态下，指纹的细节信息也清晰可见（图4B）。此外，与溶液及固体测试结果一致，在加入了ClO-后，载玻片上的指纹信息便被加密了（图4C），而SCN-可以对指纹信息进行解密（图4D）。

全部作者：Jun Hai, Tianrong Li, Junxia Su, Weisheng Liu, Yanmin Ju, Baodui Wang, and Yanglong Hou.

原文链接：https://www.chembeango.com/zixun/23562

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