河北工作人員製作蠶絲織法。(新華社資料照片)
河北工作人員製作蠶絲織法。(新華社資料照片)

8500年前,世界最早的蠶絲製品出現在中國。古人可能很難想像,蠶絲除了能做織成綾羅綢緞,做旗袍,還能做成硬碟。大陸科學家研發出全球首款天然生物蛋白硬碟記憶體蠶絲硬碟,一個由蠶絲製成的硬碟,除了能存資訊,還能裝東西,比如血液樣本、DNA、疫苗,甚至可以植入生物體。

中國科學院上海微系統與資訊技術研究所研究員、上海微系統所2020前沿實驗室主任陶虎說,蠶絲硬碟能同時存儲數位資訊和生命資訊;其生物相容性良好,可以植入活的生物體,比如人體,長期保存甚至永久保存,像電影中士兵佩戴的銘牌一樣,製成永不丟失的生命銘牌;又能根據設定,製成壽命可控的時間膠囊,可控地降解,可控消失。

可重複讀取內建資料

當陶淵明在1600多年前吟詠出《歸園田居》時,絕對想不到,他的第五十四代嫡系後人陶虎,會將此作為自己科研的靈感來源。陶虎課題組聯合美國紐約州立大學石溪分校和德州大學奧斯汀分校相關課題組, 首次實現了基於蠶絲蛋白的高容量生物存儲技術。相關論文以長文形式線上發表在國際知名期刊《自然奈米技術》(Nature Nanotechnology)上。

38歲的陶虎,從小耳濡目染江西絲綢之柔美,在攻讀博士期間發現蠶絲蛋白竟還可用於組織工程。結合自己微電子研究背景,他將用蠶絲蛋白製作微奈電子元件作為自己的科研方向之一。由於蠶絲蛋白在人體積體器件上有獨特優勢,多年來,陶虎的實驗室已開發出一系列基於蠶絲蛋白的高科技感測器。

陶虎說,他們發現蠶絲蛋白可選擇吸收紅外線,於是利用近場紅外線奈米光刻技術,將蠶絲蛋白當作光碟,在上面實現數位資訊的寫入和讀取。

此次發布這塊蠶絲蛋白硬碟記憶體,每平方英寸的儲存容量可達64GB,而且在外接配套「光碟機」後,可重複讀取擦寫文字、圖片、音頻等資料。

可保存活性生物分子

未來,課題組還將繼續改進技術,提高其讀寫速度。到目前為止,團隊已用這種技術實現了「家蠶食葉圖」、「空谷鳥鳴曲」等圖像和音頻文件的準確記錄、存儲和「閱讀」的原理驗證。

值得一提的是,這種記憶體的資料穩定性極高,能夠耐受高濕度、高磁場和強輻射等惡劣環境。最神奇的是,蠶絲硬碟能保存有活性的生物分子。陶虎解釋,蠶絲蛋白是一種厭水性材料,在一定奈米尺度下會形成防水、防氣的緻密結構,保護包覆在其中的蛋白質、葡萄糖、DNA等易於損壞的有機分子。若以此製成宇宙旅行的「時光膠囊」,可攜帶更多的人體生物資訊。

陶虎表示,由於蠶絲蛋白記憶體極易摻雜各種功能分子進行功能化,因而可以增加資訊存儲的維度。未來通過對蠶絲蛋白記憶體存儲容量和讀寫速率的不斷優化改進,該技術有望成為下一代高容量、高可靠的資訊儲存技術。

陶虎還指出,對於蠶絲硬碟來說,好萊塢諜戰電影中用微波爐破壞硬碟的情節可能會被改寫,因為這款硬碟不畏強磁場和強輻射。在微波爐中高火30分鐘後,蠶絲硬碟中的資訊仍安然無恙。

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