InnoScan激光共聚焦荧光微阵列生物芯片扫描分析仪助力新防伪材料开发

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，大多数研究表明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，作者使用法国Innopsys激光共聚焦荧光微阵列生物芯片扫描分析仪InnoScan 1100 AL进行SSF玻片荧光信号检测及分析。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。

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）

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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https://doi.org/10.1038/s41565-023-01405-3

Innopsys 成立于1999年，总部位于法国图卢兹，致力于荧光检测硬件生产和软件自主开发。

• 实时激光共聚焦光路和独立PMT检测器，灵敏度高；

• 多激光光路同时扫描，扫描速度快；

• 线扫描方式，图片无拼痕、无需阴影矫正，并有效降低荧光的光漂白现象及信号损失；

• 扫描和分析基因芯片、核酸芯片、 糖芯片、蛋白芯片、反向蛋白芯片、化合物芯片、单细胞WB免疫印迹芯片、覆膜芯片、细胞组织芯片及各种商品化生物芯片；

• 用于蛋白互作分析、细胞信号转导通路研究、疾病标志物筛选、化合物药物筛选、多重因子检测，病理组织筛查、荧光纳米材料开发等研究方向。 

环亚生物科技（APG BIO）作为法国Innopsys公司中国区代理，为客户提供生物芯片扫描、点样以及高通量筛选的整体解决方案和服务。

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