随着信息泄露和数据篡改事件日益频发，全球信息安全面临严峻挑战。传统防伪技术（如荧光墨水、全息标签、二维码等）依赖静态、单一维度的信息编码，难以应对日益精密的伪造手段。尽管当前加密系统不断发展，但大多受限于非渐进式光学响应、依赖多组分体系或需要复杂外部刺激，严重制约了其信息密度、动态适应性和实际应用价值。因此，开发一种能够将时间和空间维度集成到单分子尺度、在温和条件下实现可编程动态加密的新型信息保护系统，已成为该领域亟待攻克的核心难题。

  针对上述挑战，贵州民族大学左晓玲教授与贵州中医药大学吴翀副教授、中国科学院宁波材料所陈涛研究员合作，在《Nature Communications》期刊上发表题为“Catalyst-Free Single-Molecule Cascade Photoreactions for Spatiotemporally Programmed Encryption”的研究论文，首次提出了一种基于单分子级联光反应的“化学编程”加密模式。该工作仅需单一分子（4BT-Py-PTC）在365 nm紫外光连续照射，无需任何催化剂即可在空气氛围中自主、有序地执行三个串联光反应（硫代碳酸酯水解、烯烃氧化裂解、醛基光氧化），通过精确控制照射时间（5分钟、20分钟、80分钟），该分子在同一个骨架内可实现黄→红→黄→蓝的梯度多色荧光转变，使得时间本身成为信息解密的核心密钥——每一层真实信息的读取窗口被严格限定在特定的照射时间区间内，超出此窗口信息则被自动隐藏或擦除，由此突破了传统防伪技术仅依赖静态空间维度的局限，从时间维度大幅提升了信息存储的安全性。

图1. 4BT-Py-PTC应用为具有时空安全特性的先进加密材料。

  基于上述光化学编程原理，进一步衍生出了三种新型信息加密模式，具体包括：

1.溶剂依赖型多色荧光：构建时间门控3D信息码

  基于4BT-Py-PTC在不同溶剂（DMF、DMSO、ACN、EtOH、THF）中的水解和光氧化速率差异，构建了一种“时间门控3D信息码”阵列（图2）。初始状态（Code 1）下，阵列呈现草绿色、黄色、蓝绿色和黄橙色四种发射颜色。照射5分钟（Code 2）后，4BT-Py-PTC在部分溶剂中的快速水解反应使对应位置转变为红光或橙光发射，此时按预设规则读取特定组合即可获得真实信息“GZMU”，而此前或此后（Code 1、3、4）均显示误导性信息。随照射时间延长至50分钟和80分钟，烯烃光氧化裂解和醛基光氧化依次主导，阵列分别转变为蓝/青色主导的终态多色荧光。通过这一设计，真实信息仅在一个约5分钟的狭窄时间窗口内可读，攻击者即使持续照射也无法获取正确信息。

图2. 4BT-Py-PTC在不同溶剂中随时间变化的信息加密显示。

2. 凝胶限域效应增强多色荧光：实现多级信息加密与自擦除

  在溶剂依赖型多色荧光的研究基础上，团队进一步开发了基于聚合物凝胶的固态信息加密载体。如图3所示，由DMF基有机凝胶条（DMF-OG）构建的加密矩阵中，部分凝胶条负载4BT-Py-PTC，其余分别负载其合成前体2BT-CHO和5BT-COOH，初始在365 nm紫外光下呈现黄蓝双色荧光图案，可明显读出由黄色荧光组成的误导矩阵。但是该加密矩阵的信息访问严格受时间门控影响：照射1分钟后，负载4BT-Py-PTC的凝胶条因光诱导水解反应发射出红色荧光，真实信息得以显现，也即，而其他凝胶条则保持原有黄色和蓝色荧光；继续照射至10分钟，烯烃的光氧化反应使真实信息转变为黄色荧光，此时矩阵呈现由黄、黄绿和蓝色荧光组成的误导信息；进一步照射至20分钟，矩阵转为绿色荧光以更好地隐藏真实信息；30分钟后，4BT-Py-PTC和2BT-CHO中醛基完全发生光氧化反应，矩阵最终稳定为由全蓝荧光组成的矩阵。该系统按“瞬态信息揭示→初始状态重置→永久锁定”的确定序列运行，从而构建了一种高安全性的时空加密机制。

图3. 基于DMF-OG的加密矩阵在时间尺度上的信息加密-解密显示。

3.差异化水解动力学编程：构建时序密钥选择性解密

  基于4BT-Py-PTC在不同有机凝胶（THF-OG、DMSO-OG、DMF-OG）中的水解速率差异，团队另外设计了一种“时序密钥”解密系统（图4）。将含有4BT-Py-PTC的三种凝胶单元（数字1：THF-OG；数字3：DMSO-OG；数字5：DMF-OG）与含有2BT-CHO（数字7、9）和5BT-COOH（数字2、4、6、8）的凝胶单元排列成数字矩阵后，初始状态时，所有含有4BT-Py-PTC的凝胶均呈现出黄色荧光，含有2BT-CHO和5BT-COOH的凝胶则分别呈现出黄色和蓝色荧光。经UV光照射后，数字1（THF-OG）在20秒率先变为红色，1分钟后数字5（DMF-OG）变为红色，3分钟后数字3（DMSO-OG）变为红色，依次显现密码“1→5→3”。该过程无需外部干预，完全由不同凝胶中分子反应速率的固有差异决定。照射10分钟后，所有红色单元恢复为黄色，初始图案重现，信息被重新隐藏；继续照射则所有单元最终均转为蓝色荧光，信息被永久锁定。

图4. 基于DMF-OG、DMSO-OG和THF-OG构建的数字矩阵可实现时间门控信息加密。

  综上，团队基于“单分子级联光反应”策略，在单一分子内实现了时间门控的梯度多色荧光转变，并将该化学程序成功转化为三种独立且可集成的时空加密模式。该工作提出的“化学反应编程”打破了传统加密材料依赖静态结构或多组分协作的局限，为发展下一代高安全性动态防伪、信息存储与智能认证技术奠定了坚实的化学基础。

  该研究得到了国家自然科学基金（12304482）、贵州省基础研究计划（ZK[2025]025、ZK[2022]重点029）及贵州民族大学创新人才团队项目（GZMUZK[2023]CXTD01）的资助。

  原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-76166-3