隨著科技的發(fā)展與文明的進(jìn)步，人類的活動越來越依賴于信息，因此產(chǎn)生的信息量正在呈指數(shù)級增長，信息的種類也變得紛繁多雜，并且信息存儲的條件也越來越苛刻，當(dāng)前的半導(dǎo)體存儲技術(shù)越來越難滿足日益增長的信息存儲需求。而生命科學(xué)與半導(dǎo)體技術(shù)的融合，給信息存儲帶來了新思路，各種基于生物介質(zhì)的存儲技術(shù)應(yīng)運而生，如高容量DNA存儲技術(shù)、寡肽存儲技術(shù)等。
中科院上海微系統(tǒng)所陶虎研究員、周志濤助理研究員聯(lián)合美國紐約州立大學(xué)石溪分校劉夢昆教授和德州大學(xué)奧斯汀分校Li Wei，研發(fā)出全球首款天然生物蛋白硬盤存儲器——蠶絲硬盤，實現(xiàn)了基于蠶絲蛋白的高容量生物存儲技術(shù)。這種存儲技術(shù)以生物兼容性良好、易于摻雜功能化、降解速率可控的天然蠶絲蛋白作為信息存儲介質(zhì)，近場紅外納米光刻技術(shù)作為數(shù)字信息寫入方式。到目前為止，團隊已用這種技術(shù)實現(xiàn)了圖像和音頻文件準(zhǔn)確記錄、存儲和“閱讀”的原理驗證。相關(guān)成果以“A rewritable optical storage medium of silk proteins using near-field nano-optics”為題以長文article形式發(fā)表在國際知名期刊Nature Nanotechnology上，相關(guān)技術(shù)也已申請發(fā)明專利。
得益于蠶絲蛋白所具備的自身特性，結(jié)合高精度近場快速讀寫手段，蠶絲蛋白存儲器具有如下優(yōu)勢：1）存儲容量大（~ 64 GB/inch2）；2）原位可多次重復(fù)擦寫；3）能在高濕度（90 RH%）、高磁場（7 T）或強輻射（25 kGy）等惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定工作；4）可以同時存儲二進(jìn)制數(shù)字信息以及與生命活動直接相關(guān)的生物信息；5）可以植入生物體永久保存，也可以在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)可控降解。
上海微系統(tǒng)所2020前沿實驗室主任陶虎研究員作為該項技術(shù)的首倡者和主要發(fā)明人介紹說：“蠶絲蛋白存儲器作為一種高容量、高可靠性的新型存儲技術(shù)，不僅可以像普通半導(dǎo)體硬盤那樣存儲數(shù)字信息；還可為活性生物信息儲存提供一個功能巨大的平臺，用于采集存儲生物信息，同時存儲人體DNA和血液樣本；并且這種存儲器還能按照預(yù)設(shè)的時序可控銷毀，從而用于信息保密。此外，由于蠶絲蛋白存儲器極易摻雜各種功能分子進(jìn)行功能化，因而可以增加信息存儲的維度。未來通過對蠶絲蛋白存儲器存儲容量和讀寫速率的不斷優(yōu)化改進(jìn)，該技術(shù)有可能成為下一代高容量、高可靠的信息存儲技術(shù)”。
紐約州立大學(xué)石溪分校劉夢昆教授作為論文的共同通訊作者介紹說：“相比傳統(tǒng)紫外光刻和電子束光刻技術(shù)，基于原子力顯微鏡的近場光學(xué)技術(shù)為生物材料在納米尺度下的原位加工和表征提供了可能，通過納米針尖將紅外光聚焦在極小的尺度下，對蠶絲蛋白進(jìn)行改性從而達(dá)到信息存儲和讀取的目的。后期可以進(jìn)一步結(jié)合多探針平行加工技術(shù)和快速移動平臺，未來有潛力實現(xiàn)可比擬商業(yè)化硬盤存儲器的存儲密度和讀寫速度”。
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