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(Foco Nanowerk) A medida que aumenta la necesidad de almacenamiento de datos en la era digital, los científicos buscan nuevas formas de cifrar la información de forma segura. Los materiales fluorescentes termocrómicos (TFM) han ganado una amplia atención en el almacenamiento de información y la lucha contra la falsificación. Estos materiales cambian de color y brillan cuando se calientan, revelando datos ocultos. Esta característica única permite una forma física de cifrado seguro. A diferencia de los métodos de cifrado tradicionales que utilizan algoritmos, los TFM requieren una cierta «temperatura de activación» para revelar la información codificada. Esto los hace extremadamente seguros y difíciles de manipular, lo que los hace ideales para aplicaciones de almacenamiento de datos seguro y antifalsificación.
Recientemente, investigadores en China han desarrollado TFM altamente sensibles que podrían permitir capacidades de cifrado más avanzadas. El equipo ha desarrollado TFM que cambian drásticamente sus propiedades dentro de un estrecho rango de temperatura de 2 a 3 °C, lo que permite un cambio muy preciso y reversible entre estados ocultos y visibles. Esta conmutación reversible y altamente sensible permite el cifrado de múltiples niveles con un solo material, lo cual es muy deseable para aplicaciones de almacenamiento de datos seguro y antifalsificación.
Los investigadores publicaron sus resultados en Materiales avanzados (“Una estrategia general para desarrollar materiales fluorescentes termocrómicos ultrasensibles “similares a transistores” para el cifrado de información multinivel”).
![Representación esquemática del mecanismo de acción de los materiales fluorescentes termocrómicos en respuesta a cambios de temperatura.](https://www.nanowerk.com/spotlight/id63714_1.jpg)
Los TFM desarrollados anteriormente tenían limitaciones, como amplios rangos de respuesta de temperatura y baja sensibilidad, lo que limitaba su uso práctico. Para aumentar la eficacia del material, los investigadores combinaron cuidadosamente dos tipos de sustancias. El primer tipo son las “moléculas fluorescentes sensibles a la polaridad”, que son moléculas especiales que brillan bajo ciertas condiciones y son sensibles a la naturaleza eléctrica de su entorno. «Polaridad» se refiere a la distribución de carga eléctrica en una molécula, y estas moléculas están diseñadas para responder a cambios en esta distribución.
El segundo tipo de sustancia son los “alcanos de cadena larga”, que son esencialmente cadenas largas de átomos de carbono e hidrógeno. Los alcanos son conocidos por sus propiedades estables y no reactivas. Al emparejar sistemáticamente estas moléculas fluorescentes sensibles a la polaridad con alcanos de cadena larga, los investigadores lograron crear un material que responde de una manera muy específica y deseable cuando se expone a cambios de temperatura.
Las moléculas fluorescentes han sido diseñadas específicamente para tener fuertes estructuras moleculares de «empuje-tracción» que optimizan la sensibilidad a su entorno. A temperaturas frías, estas moléculas se agregan y apagan la fluorescencia mediante conformaciones retorcidas. Sin embargo, cuando el ambiente se calienta más allá del punto de fusión de los alcanos cargados, se vuelve apolar, lo que permite que las moléculas emitan una fluorescencia brillante.
Los investigadores crearon TFM que emiten diferentes colores, del azul al rojo, modificando las estructuras químicas de las moléculas fluorescentes. El emparejamiento de moléculas con alcanos de cadena larga como el heneicosano creó TFM con una sensibilidad de conmutación sin precedentes. Algunas formulaciones mostraron una mejora de la fluorescencia de más de 9500 veces con un aumento de 2 a 3 °C, superando con creces los TFM anteriores.
Esta conmutación altamente sensible y reversible permite el cifrado de varios niveles con un solo material. Por ejemplo, el equipo creó un dispositivo que codifica los números «157», «369» y «888» y es legible a tres temperaturas específicas de 41 a 52 °C. Esta gama 10C permite al menos 3 niveles de cifrado en un dispositivo compacto.
Los investigadores también crearon nanopartículas dispersables en agua que contienen sus TFM optimizados sin comprometer el rendimiento. Las pruebas demostraron que las nanopartículas emiten fluorescencia de manera confiable en respuesta al calentamiento/enfriamiento durante más de 50 ciclos. Esta durabilidad, junto con la biocompatibilidad, podría permitir aplicaciones futuras, como la liberación de fármacos activada por calor.
El equipo utilizó colores de emisión ajustables y también demostró un cifrado multicolor y de varios niveles. Un dispositivo mostraba números verdes, azules y naranjas en umbrales de temperatura sucesivos, codificando mensajes ocultos más complejos.
En general, esta estrategia de diseño racional dio como resultado TFM con una sensibilidad de conmutación incomparable a través de activadores de temperatura configurables. Los investigadores sugieren que estos materiales «parecidos a transistores» podrían ayudar a impulsar avances en áreas que dependen de un control externo preciso sobre las propiedades de los materiales, como la administración de fármacos, la detección y el almacenamiento de energía. Su rendimiento excepcional también abre nuevas posibilidades para un cifrado térmico altamente seguro mediante una estimulación simple y reversible.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
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