随着高价值商品、重要票据和智能产品的普及，传统防伪技术——如单一二维码、荧光图案或全息标签——越来越容易被仿制。这些方法往往只在单一空间尺度上编码信息，伪造者一旦破解或复制该特征，整个防伪体系就形同虚设。如何在不大幅改变产品外观的前提下，构建一款“既看不见、又极难仿制、还能分层验证”的防伪材料，成为信息安全与材料交叉领域的一大挑战。
近日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室、合成生物学研究所钟超研究员团队，联合上海科技大学等合作单位，在Cell Press旗下旗舰期刊 《Matter》 上发表最新研究成果“Hierarchical amyloid-DNA complex encoding multi-scale embedded information security”。研究团队开发了一种名为 HIDE（Hierarchical Information-encrypting DNA-Engineered coatings） 的层级化信息加密涂层平台。该平台将可编程的淀粉样蛋白纳米纤维与DNA信息分子相结合，使一层近乎透明的薄膜同时成为“材料”与“密码载体”，在毫米到分子尺度上实现四重跨尺度信息隐藏与分级验证。相关技术已申请专利。
图一：HIDE平台总览：将宏观二维码、显微图案、纳米蛋白结构与DNA分子集成于一层透明涂层中。
与只能在单一尺度上编码信息的传统防伪材料不同，HIDE在一层薄薄的涂层中嵌入了四重可协同工作的密码：
第一重：肉眼难以察觉、但特定光照下可显现的宏观二维码（手机即可扫描）；
第二重：显微尺度才能观察到的荧光图案或激光衍射图样；
第三重：纳米尺度上不同组装方式形成的蛋白纤维结构（需共聚焦显微镜识别）；
第四重：写入DNA序列中的分子信息（通过CRISPR快检或测序读取）。
这四重信息分别对应手机扫描、激光照射、荧光显微成像以及CRISPR/测序等不同读取方式。伪造者几乎不可能同时复制所有尺度的信息。
隐形的“信息薄膜”：透过率超94%，蛋白质自发搭建纳米纤维
图二：基于FUS蛋白的淀粉样蛋白涂层，在玻璃表面几乎完全透明。
研究团队利用FUS蛋白构建了两类工程化蛋白：一类携带绿色荧光蛋白和SpyTag模块，另一类携带红色荧光蛋白。它们能够自发组装成纳米纤维，并在玻璃、铝片、PET、云母等多种材料表面形成均一涂层。该涂层在玻璃表面的可见光透过率超过94%，看起来几乎不存在，却已悄悄“写”入了多层信息。即便不同涂层在紫外灯下颜色相似，它们在纳米尺度上的纤维排布方式却可能完全不同——只有共聚焦荧光显微镜才能揭示这一深层身份特征。
把DNA也“挂”到涂层上：一段30字符的文字被编码进128个核苷酸
如果说蛋白纳米纤维搭起了多尺度信息框架，那么DNA则承担了高密度信息存储任务。团队利用SpyTag/SpyCatcher偶联体系和锌指DNA结合模块Zif268，将合成DNA寡核苷酸特异性锚定到涂层表面。这样，真正需要保密的文字信息（如授权日期、制造方、所有者姓名等）可以被编码进DNA序列，再固定到透明薄膜里。
在演示中，研究人员将一段30字符的信息转换为240位二进制流，再进一步映射成128个核苷酸的DNA序列，成功实现了文字信息的分子级写入与读取。这意味着，这层涂层不仅能“看起来像防伪标签”，还能真正“记住一段话”。
为了使系统具备实用价值，团队设计了两级检测方案：
快速筛查：使用Cas12a系统，加入匹配的crRNA“钥匙”后，目标DNA被识别即触发荧光信号，适合现场快速判断。
深度验证：通过扩增和测序完整读取DNA序列，逐字还原编码信息，适用于高端场景的精确核验。
这样一来，HIDE既支持“快检式验真”，也支持“深度式验身”。
图三：基于淀粉样蛋白涂层和DNA分子的防伪体系-可以通过测序或CRISPR检测来验证DNA密码。
让二维码、显微图案、衍射图案和DNA同时共存于一块手表玻璃上
利用掩膜法和PDMS软刻蚀技术，团队在涂层中成功制备出宏观二维码、微观阵列图案和激光读取的衍射图样。例如，荧光二维码在普通光下不可见，特定光照下可被手机识别；微图案在激光照射下投射出特定衍射图像（如福字、中国结、圣诞鹿等）。更巧妙的是，这些不同尺度的信息可以分层共存：最外层供快速扫码，中间层用于进一步验证，最深层仅掌握分子检测手段的人才能打开。
图四：多尺度多层次防伪涂层示例——大二维码内藏小二维码、福字、中国结等衍射图样。
在应用示范中，团队将HIDE涂覆于腕表玻璃表面，构建了一个集四个尺度信息于一体的验证系统：手机可扫出二维码；激光可读出品牌图案；显微镜可识别蛋白纳米纤维结构；DNA检测可读出授权日期、验证码、制造方标识和所有者姓名。一块看似普通的表盘，拥有了层层递进的“身份密码”。
图五：在手表上应用HIDE平台的示范——手机扫二维码、激光读品牌图案、显微镜识别纳米纤维结构、DNA检测读出授权日期与所有者信息。
不只是藏得深，还要扛得住：湿度、热循环、冲洗后依然稳定
研究团队评估了HIDE在湿度变化、冷热循环、缓冲液冲洗等条件下的稳定性。结果显示，该涂层在大多数测试条件下仍能保持宏观图案、微观衍射特征、纳米纤维结构以及DNA读取能力。不过，长时间紫外照射会对DNA信息造成一定损伤。团队据此提出，未来可在HIDE外层叠加一层透明抗紫外的保护膜，进一步提升耐久性。
团队提出了层级化应用场景：对药品包装、化妆品、票据等，宏观二维码已足够；对珠宝、车窗等高价值物品，可叠加显微结构和衍射图案；对奢侈腕表、艺术收藏品等，则可加入DNA分子编码与CRISPR检测。HIDE不再将安全建立在单一特征上，而是把验证线索分布到多个独立又协同工作的层级之中。未来，随着更多蛋白模块和DNA设计策略的引入，这类“会隐藏、会验证、可扩展”的生物材料有望在高等级防伪、供应链溯源、隐蔽通信和安全标识等领域展现更大价值。
论文链接：https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(26)00137-2?sessionid=
钟 超，博士，国家杰出青年基金获得者，现任中国科学院深圳先进技术研究院研究员，并担任合成生物学研究所材料合成生物学中心主任。本科毕业于天津大学，博士毕业于美国康奈尔大学，曾先后在华盛顿大学（西雅图分校）材料系和麻省理工学院合成生物学中心从事博士后工作。团队的主要研究领域是新兴的材料合成生物学领域，研究方向是利用合成生物技术发展新材料，包括水下粘合胶水和活体功能材料。相关研究成果在Nature、Nat Biotechnol、Nat Nano technol、Nat Chem Biol、Nat Rev Mater、Chem Rev、Sci Adv、Adv Mater等领域顶尖期刊发表学术论文70多篇，相关成果授予美国专利和中国专利10余项。并于2023年入选了ACS Synthetic Biology学术期刊的主题编辑。受邀在国际活体功能材料会议、国际生物材料协会年会、亚洲合成生物学会议等国际会议及世界名校做学术报告26次。钟博士的工作得到国内外同行的广泛关注和认可，引发了新的研究趋势，受期刊Nature Reviews Materials邀请，撰写题为 “Materials Design by Synthetic Biology” 的观点性论文，首次清晰定义了材料合成生物学交叉领域。2023年受Chemical Reviews邀请，对活材料在可持续发展提出了新的观点和思考。曾获得国家杰青、深圳市十大杰出青年、中组部青年千人、上海曙光学者、上海浦江人才、光明科学城建设卓越贡献奖等荣誉，作为负责人建立了“深圳市材料合成生物学重点实验室”，承担科技部重点研发计划合成生物学重点专项、国自然联合基金重点项目及面上项目、国家海洋科学重点实验室开放基金、上海市基础专项重点项目基金等项目，担任合成生物学重点研发专项首席科学家。基于相关科研成果，孵化了深圳柏垠生物科技有限公司，融资金额逾亿元。
安柏霖，中国科学院深圳先进技术研究院青年研究员，以一作或通讯在Nature、Nat Biotechnol、Nat Chem Biol、Nat Rev Mater、Chem Rev、Adv Mater等领域顶尖期刊发表学术论文十余篇。
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