Innoscan芯片扫描仪助力新防伪材料开发——固相纳米合成荧光防伪材料
目前，由于信息泄露、安全密码或防伪措施被破解，每年造成的损失可达数万亿美元，而且严重威胁人类健康、社会公平和国家安全。以药品的假冒证书或者电子产品秘钥为例，如果出现漏洞就会造成巨大损失。而解决这类问题的一个有效手段就是设计安全性高的防伪标签，例如通过光学验证的荧光全息图。在这一方面，目前已经有很多团队在做相关研究，包括半导体量子点、有机染料和碳点（carbon dots ，CDs）在内的很多候选方案。其中CD因其稳定性、低毒性、广泛可用的前体等优势而特别突出。然而，大多数研究表面CD都是在溶液中发出荧光，固态则荧光淬灭。因此开发一种可以在固态情况下实现CD编辑，从而激发固态荧光 （solid-state fluorescence ，SSF）图案，并且通过物理不可克隆函数（physical unclonable functions ，PUF）将其信息形成有效的唯一的荧光全息图就成为一种值得期待的方法。
来自德国马克斯·普朗克胶体与界面研究所，于2023年《Nature Nanotechnology》发表的这篇文章——一种新型的多合一纳米打印方法。该方法以CD为原材料合成SSF图案，并结合PUF加密技术，最终制成具有高防伪加密功能的荧光全息图。固相的CD合成制备因π-π堆积导致荧光淬灭，目前CD合成多通过液相的方法制备。而本研究中，CD前体材料包被的载玻片在毫秒级激光脉冲照射后合成CD，不但成功避免了荧光淬灭，还可以精准控制所合成的CD高度、位置、图案等参数，最终形成用来存储加密信息的SSF图案。这种技术，作者称为nanoFlash原位合成技术。
nanoFlash原位合成SSF分为两个主要步骤（具体步骤见文末）
验证nanoFlash合成效果：为了验证nanoFlash原位合成技术是否生成了预想的SSF图案，作者利用法国innopsys公司的innoscan-1100 AL生物芯片扫描仪读取了制成的SSF玻片。结果发现，nanoflash方法能够有效将CD前体通过脉冲激光转化生成CD，并最终得到想要的SSF图案。（图1）
不仅如此，为了验证除了激光之外其他因素对CD合成的影响，作者也尝试了改变吸光层和CD前体的成分，并做了进一步实验。结果发现，不同的添加剂也会影响CD所发出的荧光。例如，作者发现在吸光层加入聚乙烯醇会导致所合成的CD红色激发光更强，而如果加入聚乙二醇则会淬灭红色激发光。
图1 nanoFlash合成方法的原理和转移图案的表征 a，温度与时间是影响CD前体形成CD并产生不同荧光的关键因素；b，通过调节激光脉冲可以驱动CD前体形成不同微观图案的SSF；c，d，通过调节激光脉冲可以驱动CD前体形成不同高度的SSF；e，使用innoscan 1100AL的红绿蓝三色通道扫描制成的SSF图案
通过改变合成参数，作者构建了一个具有100个单独图案的SSF库，即使在荧光相似的情况下，不同图案也有截然不同的纹理结构。（图2）
图2 荧光接近但微观结构不同的SSF图案
接下来，作者测试了这种方法合成SSF图案的加密能力。理论结果表明，一个利用PUF的方法，加密325*325像素的SSF图案的编码能力可以达到1063593，完全达到强PUF密码的标准。并且，利用innoscan 1100AL在不同分辨率（每像素 1、5 和 10 μm）扫描出的图案，所读取的信息始终识别，这表明在身份验证等类似安保措施中，具有很高的可靠性，防止信息被破译。
结论：
• 1.作者成功利用纳米激光脉冲，在固相（载玻片）上合成了CD，并通过预设的程序生成SSF图案。
• 2.通过改变CD合成过程中的颜色、结构、位置等参数，可以精确生成各种不同的SSF图案，结合PUF等算法，保证一个325*325像素的SSF图案能够拥有足够的编码能力来达到防止破译的效果。
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Innopsys 成立于1999年。总部位于法国，一直致力于生物医学领域相关仪器和软件的自主研发和生产。Innoscan系列扫描仪，采用先进的共聚焦PMT检测器和多激光扫描光路，可以同时进行多通道荧光检测。不仅有效降低了荧光光漂白现象以及信号损失，还可以有效缩短扫描时间。在基因组和蛋白组表达，基因突变，SNP检测，CGH，细菌病毒检测，肿瘤特异性标志筛查，病理组织筛查等方面都有非常广泛的应用。
环亚生物，生命科学产品全国性代理商，具备完善的公司运营、产品管理、营销、售前技术支持和售后维修体系。环亚生物作为Innoscan大中华区代理商，负责Innoscan产品大中华区的营销和售后支持。
nanoFlash原位合成SSF主要步骤：
• 1.将CD前体溶液（在本次研究中，作者使用D-（+）-氨基葡萄糖盐酸盐）均匀覆盖在具有特殊吸光层的载玻片上，继而烘干机烘干，制备出了包被CD前体的载玻片。
• 2.在包被CD前体的载玻片上，利用毫秒级的纳米激光器根据预先设计好的打印方案快速打印，使CD前体转化为可发出荧光的CD。具体原理是：激光脉冲具有很高能量，在到达吸光层后会迅速转变成热能，并使局部温度达到500℃以上。在这个温度条件下，CD前体会快速碳化并形成CD。作者通过调整激光的强度、位置、照射时间，就可以控制所合成的CD位置、厚度、宽度、激发荧光的颜色等参数，最终形成预设的、具有不同纹路、和高低落差的SSF图案（图1）。
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