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首块基于蚕丝蛋白的硬盘存储器问世

时间:2020-08-11 15:35:12 | 来源:科技日报

“但愿桑麻成,蚕月得纺绩”。在许多人看来,蚕丝是纺织衣物的材料,但是,在科学家的手中,这种传统的材料可以作为存储信息的高科技新材料,植入生命体内。中科院上海微系统所陶虎课题组联合美国纽约州立大学石溪分校和德州大学奥斯汀分校相关课题组,首次实现了基于蚕丝蛋白的高容量生物存储技术,这也是国际首块基于天然生物蛋白的硬盘存储器。相关成果于8月11日发表在国际知名期刊《自然纳米科技》上,相关技术也已申请发明专利。

基于近场红外纳米光刻的蚕丝蛋白信息存储技术。采访对象供图

据介绍,这种存储技术以生物兼容性良好、易于掺杂功能化、降解速率可控的天然蚕丝蛋白作为信息存储介质,近场红外纳米光刻技术作为数字信息写入方式。其具体的原理是基于蚕丝蛋白对红外光的选择性吸收,利用近场红外纳米光刻技术,在丝素蛋白膜上加工高密度点阵实现数字信息写入,对点阵成像实现信息读取。到目前为止,团队已用这种技术实现了“家蚕食叶图”、“空谷鸟鸣曲”等图像和音频文件准确记录、存储和“阅读”的原理验证。

作为一种天然生物蛋白材料,蚕丝蛋白具有生物兼容性良好、易于掺杂功能化、降解速率可控等特点。得益于蚕丝蛋白所具备的自身特性,结合高精度近场快速读写手段,蚕丝蛋白存储器具有诸多优势。它不仅存储容量大、原位可多次重复擦写、同时存储二进制数字信息以及与生命活动直接相关的生物信息、在预设的时间内可控降解,还能在高湿度、高磁场或强辐射等恶劣环境下长期稳定工作。

蚕丝蛋白存储器具备的优势。采访对象供图

“相当于人类长期佩戴的‘生命铭牌’、可控寿命的‘时间胶囊’,蚕丝蛋白存储器有望在外太空等极端条件下将数字信息和生命信息进行复制保存。”陶虎表示,未来该技术有望应用于外太空的生命探索领域。

记者获悉,该存储器可植入生物体内并且能在可控的时间内降解。作为一种高容量、高可靠性的新型存储技术,蚕丝蛋白存储器不仅可以像普通半导体硬盘那样存储图像、音频、文字等数字化可编码信息,还可为活性生物信息储存提供一个功能巨大的平台,用于采集存储生物信息,存储生物体DNA和血液样本。并且这种存储器还能按照预设的时序可控销毁,从而用于信息保密。此外,由于蚕丝蛋白存储器极易掺杂各种功能分子进行功能化,因而可以增加信息存储的维度。

“相比传统紫外光刻和电子束光刻技术,基于原子力显微镜的近场光学技术为生物材料在纳米尺度下的原位加工和表征提供了可能,通过纳米针尖将红外光聚焦在极小的尺度下,对蚕丝蛋白进行改性从而达到信息存储和读取的目的。后期可以进一步结合多探针平行加工技术和快速移动平台,有潜力实现可比拟商业化硬盘存储器的存储密度和读写速度”,纽约州立大学石溪分校刘梦昆教授作为论文的共同通讯作者表示。

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