Interface-regulated photophysics in protein phosphorescent nanofilms for imperceptible unclonable security
本研究引入了全蛋白质基磷光纳米薄膜，该薄膜利用协同界面相互作用，构建出一种隐形、具有机械适应性且不可复制的安全标签，能够为复杂及生物活体表面生成高熵物理指纹，以实现多级身份验证。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象一下一种如此薄、如此柔软、且如此透明的防伪贴纸，以至于它几乎可以不存在。你在皮肤上感觉不到它，在花瓣上看不见它，你也绝对无法将其撕下来进行复制。这正是研究人员创造出的东西：一种完全由蛋白质制成的“幽灵”安全标签。
会发光的“第二层皮肤”
如今大多数安全标签都像僵硬的塑料贴纸。它们很厚，弯曲时会产生裂纹，而且看起来非常显眼。研究人员认为，这些传统的标签并不是正确的工具，尤其是当你想要将它们贴在像植物或人类手指这样有生命、会运动的表面上时。他们发现，试图将厚重、僵硬的标签强行贴在柔软、移动的表面上，只会造成混乱。
相反，他们构建了一种新型标签，称为“蛋白质磷光纳米薄膜”（PPNF）。把它想象成一层微观的“第二层皮肤”。它由丝绸（来自蚕茧）和一种存在于蛋清中的蛋白质（溶菌酶）以及特殊的发光分子混合而成。整个薄膜只有约400纳米厚。为了让你有个直观的概念，它如此之薄，以至于如果你将250层这样的薄膜堆叠在一起，它们仍然比一根人类头发还要细。由于它如此轻薄且具有柔韧性，它可以包裹住复杂的形状——比如蜻蜓翅膀的脉络或绣球花瓣的褶皱——而不会产生皱纹或脱落。
“光芒”的魔力
最酷的部分在于：这些标签不仅仅是静止在那里；它们会发光。但这种光不需要电池。当你用紫外线照射它们时，它们会吸收能量，然后在灯光关闭后，缓慢地释放出持续长达3秒的明亮绿色余晖。
研究人员发现了一个秘密技巧：当标签贴在某些表面上时，光芒会变得更加明亮。这就像标签和表面正在手拉手一样。当标签贴在一种与其产生亲和力的表面（如一种名为PVA的特定塑料）上时，其亮度会增加12.8倍，且持续时间更长。这是因为该表面有助于将发光分子“锁定”在原位，防止它们浪费能量。
不可复制的“指纹”
其最令人兴奋的特性是这些标签是无法被复制的。想象一下，你试图去复印一张带有独特、随机微纤维图案的纸张。你无法复制那种随机性；你只能复制纸张本身。
研究人员利用这个概念创建了“物理不可克隆函数”（PUFs）。他们取了一张宣纸（一种具有杂乱、随机纤维网络的传统中国纸张），并在其上方贴上了这种发光的蛋白质薄膜。因为薄膜非常薄，它能完美地贴合在纸张纤维的每一个微小凸起和凹陷处。当他们用紫外线照射时，发光的图案看起来就像是纸张纹理的一张独特的、随机的地图。
他们通过扫描30个不同的标签进行了测试。结果非常一致：
- 唯一性： 每个标签都有一个完全不同的图案（就像指纹一样）。
- 重复性： 如果你扫描同一个标签10,000次，它每次看起来都完全一样。
- 安全性： 两个不同的标签看起来相同的概率几乎为零。
随植物生长
大多数安全标签如果贴在生长的物体上就会破损。但这些蛋白质标签不同。研究人员将它们贴在幼小的郁金香和绿萝叶片上，并观察了数周。随着叶片的生长和伸展，发光的图案也随之同步拉伸。
- 在郁金香叶片上，一个闭合的光圈展开成了一个与叶片舒展相匹配的形状。
- 在绿萝叶片上，一个正方形图案随着叶片长高而拉伸成了一个长方形。
- 甚至在多肉植物上，一个圆形的图案也拉伸成了一个椭圆形。
标签没有撕裂，光芒也没有褪去。它随着植物一起移动和生长，证明了它可以在不伤害生命体的情况下在生物体上生存。
对自然和人类都安全
由于这些标签是由丝绸和蛋类蛋白质制成的，因此它们是可生物降解的。研究人员将它们埋在土壤中，在51天内，它们几乎完全消失了。他们还对小鼠进行了测试以确保其安全性。小鼠食用了涂有这种材料的食物，在28天后，它们的所有血液指标、器官健康状况和体重都完全正常。没有出现炎症或损伤。
这意味着什么
这不仅仅是一个新的贴纸；这是一种全新的思维方式。研究人员指出，通过利用物体本身的自然、随机纹理作为秘密代码，你可以创造出一种肉眼不可见、无法克隆且对环境安全的安全性。虽然他们还没有解决世界上所有的安全问题，但他们已经展示了薄且发光的蛋白质薄膜能够做到厚重的塑料标签无法做到的事情：它可以成为它所保护的物体的一部分，与物体一起生存和成长。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。