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“但愿桑麻成，蠶月得紡績”。在許多人看來，蠶絲是紡織衣物的材料，但是，在科學(xué)家的手中，這種傳統(tǒng)的材料可以作為存儲信息的高科技新材料，植入生命體內(nèi)。中科院上海微系統(tǒng)所陶虎課題組聯(lián)合美國紐約州立大學(xué)石溪分校和德州大學(xué)奧斯汀分校相關(guān)課題組，首次實現(xiàn)了基于蠶絲蛋白的高容量生物存儲技術(shù)，這也是國際首塊基于天然生物蛋白的硬盤存儲器。相關(guān)成果于8月11日發(fā)表在國際知名期刊《自然納米科技》上，相關(guān)技術(shù)也已申請發(fā)明專利。
基于近場紅外納米光刻的蠶絲蛋白信息存儲技術(shù)。采訪對象供圖
據(jù)介紹，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。其具體的原理是基于蠶絲蛋白對紅外光的選擇性吸收，利用近場紅外納米光刻技術(shù)，在絲素蛋白膜上加工高密度點陣實現(xiàn)數(shù)字信息寫入，對點陣成像實現(xiàn)信息讀取。到目前為止，團隊已用這種技術(shù)實現(xiàn)了“家蠶食葉圖”、“空谷鳥鳴曲”等圖像和音頻文件準(zhǔn)確記錄、存儲和“閱讀”的原理驗證。
作為一種天然生物蛋白材料，蠶絲蛋白具有生物兼容性良好、易于摻雜功能化、降解速率可控等特點。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諸多優(yōu)勢。它不僅存儲容量大、原位可多次重復(fù)擦寫、同時存儲二進制數(shù)字信息以及與生命活動直接相關(guān)的生物信息、在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)可控降解，還能在高濕度、高磁場或強輻射等惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定工作。
蠶絲蛋白存儲器具備的優(yōu)勢。采訪對象供圖
“相當(dāng)于人類長期佩戴的‘生命銘牌’、可控壽命的‘時間膠囊’，蠶絲蛋白存儲器有望在外太空等極端條件下將數(shù)字信息和生命信息進行復(fù)制保存?！碧栈⒈硎?，未來該技術(shù)有望應(yīng)用于外太空的生命探索領(lǐng)域。
記者獲悉，該存儲器可植入生物體內(nèi)并且能在可控的時間內(nèi)降解。作為一種高容量、高可靠性的新型存儲技術(shù)，蠶絲蛋白存儲器不僅可以像普通半導(dǎo)體硬盤那樣存儲圖像、音頻、文字等數(shù)字化可編碼信息，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，存儲生物體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行功能化，因而可以增加信息存儲的維度。
“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，對蠶絲蛋白進行改性從而達到信息存儲和讀取的目的。后期可以進一步結(jié)合多探針平行加工技術(shù)和快速移動平臺，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”，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表示。（科技日報 記者王春）
