隨著科技的發(fā)展與文明的進步，人類的活動越來越依賴于信息，因此產生的信息量正在呈指數級增長，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，當前的半導體存儲技術越來越難滿足日益增長的信息存儲需求。而生命科學與半導體技術的融合，給信息存儲帶來了新思路，各種基于生物介質的存儲技術應運而生，如高容量DNA存儲技術、寡肽存儲技術等。
中科院上海微系統(tǒng)所陶虎研究員、周志濤助理研究員聯合美國紐約州立大學石溪分校劉夢昆教授和德州大學奧斯汀分校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，實現了基于蠶絲蛋白的高容量生物存儲技術。這種存儲技術以生物兼容性良好、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，近場紅外納米光刻技術作為數字信息寫入方式。到目前為止，團隊已用這種技術實現了圖像和音頻文件準確記錄、存儲和“閱讀”的原理驗證。相關成果以“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，相關技術也已申請發(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）可以同時存儲二進制數字信息以及與生命活動直接相關的生物信息；5）可以植入生物體永久保存，也可以在預設的時間內可控降解。
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，不僅可以像普通半導體硬盤那樣存儲數字信息；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設的時序可控銷毀，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。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，該技術有可能成為下一代高容量、高可靠的信息存儲技術”。
紐約州立大學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，基于原子力顯微鏡的近場光學技術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。后期可以進一步結合多探針平行加工技術和快速移動平臺，未來有潛力實現可比擬商業(yè)化硬盤存儲器的存儲密度和讀寫速度”。
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