說到儲存信息的載體，大多數人第一時間會想到硬碟。 隨著人們要儲存的圖片和視頻越來越多，對資訊儲存材料的存儲容量和成本等也提出了更高的要求。 50多年來，硬碟的存儲量從5MB增長到TB級，但也不能滿足所有人的需求。 現在，一種新型資訊儲存材料——資訊碼逐漸進入人們的視野，僅幾年時間，資訊碼已從一維碼、二維碼發展到三維碼，並得到了廣泛應用。

採用「碼中碼」策略，實現大規模資訊存儲

超分子水凝膠或讓未來”硬盘”變”軟”

將資訊碼圖案通過鐳射雕刻技術嵌入水凝膠中，藉助水凝膠中螢光分子的AIE效應，在紫外線照射下，資訊碼圖案會清晰地顯示出來，從而實現信息儲存。 未來這種水凝膠有望像硬碟一樣存儲大容量資訊。

記者10月20日從華中科技大學獲悉，該校化學與化工學院教授吉曉帆團隊與中國科學院院士、香港中文大學（深圳）教授唐本忠團隊合作，研發出一種能實現資訊大量存儲的超分子水凝膠。 吉曉帆告訴記者，該水凝膠作為一種新型資訊儲存材料，有望突破資訊碼存儲資訊單一的瓶頸，可以像硬碟一樣存儲大容量資訊。 相關論文發表在《先進材料》上。

讀取資訊碼數據更方便快捷

隨著社會經濟的發展，人們對資訊儲存的要求也不斷升級。 吉曉帆說，硬碟在1956年剛問世時僅可儲存5MB的資訊量，隨著技術的不斷進步，其資訊存儲量從1973年的30MB，增加到2007年的TB級，存儲容量可謂突飛猛進。 “從低存儲量到TB級高存儲量，硬碟的快速發展極大促進了資訊社會進步。”

近年來，以二維碼為代表的資訊碼，在商品流通、圖書管理、防偽和保密等眾多領域廣泛應用，但其往往只能存儲單一資訊，不能滿足社會發展需求。 那麼，能不能讓資訊碼像硬碟一樣可以存儲大容量資訊呢？ 吉曉帆信心滿滿地告訴記者：「這個看似遙不可及的想法，正一步步成為現實。 ”

目前，根據圖案類型，資訊碼可以分為一維碼、二維碼和三維碼。 一維碼也稱為條碼，它將多個寬度不等的黑白條紋，按照一定編碼規則排列（一維方向上）出平行線圖案;二維碼則是用某種特定的幾何圖形，按一定規律在平面（二維方向上）排列出黑白相間、記錄數據符號資訊的圖形;彩色三維碼是以傳統黑白二維碼為基礎，加以不同顏色矩陣，構成獨特彩色圖像。

雖然一維碼、二維碼、三維碼原理不同，但本質上都是將文字（數位）圖像化，便於機器（終端）快速識別、錄入的一種圖像編碼。

吉曉帆介紹，與傳統資訊儲存材料相比，資訊碼材料可以相對直觀地展示，且數據讀取更加方便快捷。

“碼中碼”可實現多層次存儲

為了提高資訊代碼的存儲能力，吉曉帆等人設計了一種水凝膠。 據吉曉帆團隊相關負責人介紹，要讓水凝膠存儲資訊，首先要想方設法讓水凝膠顯色，從而展示出相應的信息圖案。 而傳統螢光生色團在高聚集狀態下，螢光會減弱甚至不發光，即顯示出聚集螢光猝滅效應（ACQ）。

早在2001年，唐本忠院士團隊就已經發現了一種特殊現象：一些螢光分子在聚集狀態下反而會顯示出更加強烈的螢光，並提出這是一種聚集誘導發光（AIE）效應。 隨後，具有AIE效應的螢光分子不斷在智慧感測材料、液晶或偏振光材料、高效率的OLED顯示和照明材料、細胞器成像和長效追蹤的螢光探針等眾多領域應用。

借助這種螢光分子的優良發光性能，吉曉帆團隊設計並製備了3種不同螢光顏色（紅色、黃色、藍色）的AIE超分子水凝膠。 通過凝膠介面超分子組裝，形成穩定的水凝膠組裝體，可作為彩色三維碼存儲資訊。 他們通過鐳射雕刻技術將資訊碼圖案嵌入水凝膠中，藉助水凝膠中螢光分子的AIE效應，在紫外線照射下，資訊碼圖案會清晰地顯示出來，從而實現資訊儲存。

研究團隊還提出了「碼中碼」策略，將不同類型資訊碼嵌入AIE超分子水凝膠中。 如此，不僅分別實現了對一維資訊或二維資訊的大量存儲，還可實現對一維、二維、三維資訊的多層次存儲。 通過「碼中碼」策略，他們不僅設計了「三維碼中的一維碼」和「三維碼中的二維碼」，還將一維碼和二維碼同時植入到三維碼中，設計出「三維碼中的一維碼和二維碼」，提高了資訊碼的存儲容量。

水凝膠大規模應用仍待破題

“生活中，資訊碼的應用已經隨處可見。” 吉曉帆說，未來資訊碼將在物流、醫療、旅遊、金融等眾多領域廣泛應用，推動資訊存儲技術蓬勃發展。

但現在的研究大多基於一維碼、二維碼或三維碼的獨立應用，每種資訊碼都只能存儲一種資訊。 而吉曉帆團隊研發的新型儲存材料水凝膠，可以進行多資訊存儲，具有突破性意義。

據團隊相關研究人員介紹，水凝膠的結構與生命組織相似，且無刺激、無致敏性，在與人體組織、血液等相接觸時，其表面黏附細胞及蛋白質的能力很弱，表現出良好的生物相容性。 此外，水凝膠中含有大量水分，以水為溶劑，具有環保、清潔、極易獲取等特點，這也使這種材料在應用中具有顯著優勢。 近年來，相關產品已成功作為創面護理敷料、退熱貼、藥物載體等廣泛應用。 當水凝膠作為資訊儲存材料時，其柔性特點及生物相容性優勢，將使它在可穿戴智慧設備、柔性器件等領域具有更大的應用價值。

與無機矽、量子點等資訊存儲技術相比，AIE水凝膠具有易於調控、便於加工等優勢，有望為實現新一代資訊存儲技術提供有效的解決方案。

“雖然優勢明顯，但仍需技術突破。” 吉曉帆介紹，水凝膠在乾燥環境下容易快速失水變干，在嚴寒氣候下又容易凍結，從而損失某些功能。 另外，水凝膠在實現資訊存儲時，需通過鐳射雕刻將資訊碼圖案嵌入凝膠中，這無疑加大了生產工藝的難度。

在論文中，該團隊只進行了有限的資訊存儲效果展示。 “理論上，如果我們在凝膠組裝體的各個凝膠單元中嵌入更多資訊碼圖案，就可實現對無限多的資訊存儲。” 吉曉帆說，但這面臨著一個現實問題，當需要在一定規格的水凝膠中引入大量資訊時，圖案數量大大增加，而圖案面積就會相對縮小，這對生產工藝的要求十分嚴格。 若要實現大規模應用，更精密的生產設備還有待攻關。