近年来，智能显示、高容量存储、高安全加密和多层级防伪等领域对具备多重功能的光学成像系统的需求日益增长。这促使研究者们不断探索和开发能够传输不同光学信号并能够同时处理多项任务的光学材料以及光学复用技术。然而，现有的光学复用技术通常依赖于复杂繁琐、成本高昂的制造和编码步骤，且由此产生的光学平台一旦制备完成，写入的信息通常不可重新编辑，因此无法形成新的功能，在材料的可重复使用性、可持续性以及信息更新和替换等方面没有优势。此外，绝大部分现有的光学复用技术仅限于在2D平面上编码信息，无法在第三维度上操纵光束，从而限制了在三维空间中编码信息的能力。具有空间立体构型的3D光学平台引入的空间自由度有利于提高信息存储容量、成像维度以及加密级别。因此，开发新型的复用技术，即能够通过简单、绿色和可扩展的制造和编码方法创建在二维和三维空间中具备成像能力的可重写和可重编程多功能光学平台具有迫切需求。

  近日，南京大学现代工程与应用科学学院王瑜副教授、陆延青教授团队以具有优异环境友好性和生物相容性的天然蚕丝蛋白为基质材料，发展了水蒸气诱导的多策略纳米压印技术以及多模态三维变形技术，进而构建了大尺度、可擦写、可重复编程、多功能的光学成像系统。该光学平台展现了2D/3D信息编码、多通道成像、以及多模式信息复用的能力，在多维度显示、多阶段加密、多层不可克隆防伪、以及3D高安全加密等领域具有广阔的应用前景。相关工作以“All-protein-based rewritable and reprogrammable multifunctional optical imaging platforms via multi-strategy imprinting and multimodal 3D morphing”为题发表在《Matter》上。

图1：丝蛋白基多功能光学成像平台的概念、机理和性能。（A、B）基于蚕丝蛋白的2D和3D光学成像平台。（C、D）无定形和结晶性丝膜的压印和3D变形机制。（E）尺寸为5×5 cm的压印光栅结构的丝膜。（F）附着于玻璃器皿的平面和曲面部位的图案化蛋白薄膜。（G）具有复杂3D结构的彩色丝膜。（H）显示二维码的无定形丝膜在水中的快速溶解。

图3：通过整合不同的光学元件，设计复杂的动态显示系统。（A）基于局部重写得到的“福”字图案。（B）基于像素化压印得到的“天秤座星空”图案。（C）不同观测角度下的多色风景图案。（D、E）基于双面压印的动态结构色系统。（F）基于双面纳米压印的集成衍射图样。

图5：3D多向显示和高级加密器件。（A）多面结构色图像和多方向全息图像在单个立方体形状中的集成。（B）通过可重写的2D光栅结构和可重构的结构的编程组合来记录和形成不同的集成衍射图案。（C）基于可编程3D架构的信息加密。

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