Firefly-inspired bipolar information indication system actuated by white light

Hanwen Huang, Jiamiao Yin, Qianwen Zhou, Huateng Li, Junying Yang, Yaoben Wang, Ming Xu & Changchun Wang 

在日常生活中，信息材料被广泛应用，而光学编码材料由于其易读取性和可调的光学特性，成为理想的载体。然而，大多数此类材料只能指示单一类型的信息，不论是动态信息还是静态信息，均受限于相互干扰的问题。受到萤火虫的启发，我们团队开发了一种无干扰的双极信息指示系统，该系统能够在白光激活下同时显示动态和静态信息。通过将光化学余辉材料嵌入光子晶体矩阵，并利用剪切诱导有序技术（SIOT），成功制备了大面积光子晶体薄膜。该系统充分利用了白光的两种功能：通过余辉材料实现化学利用，光子晶体则提供物理利用，从而克服了信息指示中的相互干扰问题。作为概念验证，该系统应用于指示甲钴胺（一种光敏药物）的光降解变化，同时保留不变的药物防伪信息。这种方法为在传统检测手段难以实施的情况下，提供了一种快速评估药物效能的替代方案。

设计的双极信息指示系统能够通过余辉材料和稳定的光子晶体结构，分别实现化学和物理信息指示，避免了干扰。此外，该系统具有高度的色彩可调性，反射颜色与余辉发光颜色可以独立调节，分别用于传递不同信息。研究表明，SIOT是一种高效的组装技术，能够在短短10秒内将稳定与不稳定单元组合成光子结构。为验证这一概念，团队设计了一种用于光敏药物质量控制的标签，能够同时显示药物的动态和静态信息。通过调节余辉材料中铜（Cu）的浓度，可以匹配不同光敏药物的降解程度。例如，低浓度的铜适用于高光敏性药物，而高浓度的铜则适用于低光敏性药物。

总的来说，作者设计了一种基于SIOT的大规模定制化生产平台，用于显示变化和不变信息。这种平台尤其适合在家庭环境中快速评估药物效能，成为传统检测手段的有力替代。未来的研究方向包括通过调整铜的分子结构来优化余辉材料的亮度和寿命，或开发能与余辉材料产生耦合光学效应的光子晶体矩阵，以进一步提高信息指示的容量，应用于更复杂的场景。  

    此项工作最近发表在期刊Nature Communications，DOI：10.1038/s41467-024-48473-0。