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  隨著科技的發(fā)展與文明的進(jìn)步，人類的活動(dòng)越來(lái)越依賴于信息，因此產(chǎn)生的信息量正在呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，信息的種類也變得紛繁多雜，并且信息存儲(chǔ)的條件也越來(lái)越苛刻，當(dāng)前的半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)越來(lái)越難滿足日益增長(zhǎng)的信息存儲(chǔ)需求。而生命科學(xué)與半導(dǎo)體技術(shù)的融合，給信息存儲(chǔ)帶來(lái)了新思路，各種基于生物介質(zhì)的存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如高容量DNA存儲(chǔ)技術(shù)、寡肽存儲(chǔ)技術(shù)等。 

  中科院上海微系統(tǒng)所陶虎課題組聯(lián)合美國(guó)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(shí)現(xiàn)了基于蠶絲蛋白的高容量生物存儲(chǔ)技術(shù)。這種存儲(chǔ)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(chǔ)介質(zhì)，近場(chǎng)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(tuán)隊(duì)已用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了圖像和音頻文件準(zhǔn)確記錄、存儲(chǔ)和“閱讀”的原理驗(yàn)證。相關(guān)成果以“A rewritable optical storage medium of silk proteins using near-field nano-optics”為題以長(zhǎng)文article形式發(fā)表在國(guó)際知名期刊Nature Nanotechnology上。

  得益于蠶絲蛋白所具備的自身特性，結(jié)合高精度近場(chǎng)快速讀寫手段，蠶絲蛋白存儲(chǔ)器具有如下優(yōu)勢(shì)：1）存儲(chǔ)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(chǎng)（7 T）或強(qiáng)輻射（25 kGy）等惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作；4）可以同時(shí)存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)字信息以及與生命活動(dòng)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(shí)間內(nèi)可控降解。 

圖1. 基于近場(chǎng)紅外納米光刻的蠶絲蛋白信息存儲(chǔ)技術(shù)

  上海微系統(tǒng)所2020前沿實(shí)驗(yàn)室主任陶虎研究員作為該項(xiàng)技術(shù)的首倡者和主要發(fā)明人介紹說(shuō)：“蠶絲蛋白存儲(chǔ)器作為一種高容量、高可靠性的新型存儲(chǔ)技術(shù)，不僅可以像普通半導(dǎo)體硬盤那樣存儲(chǔ)數(shù)字信息；還可為活性生物信息儲(chǔ)存提供一個(gè)功能巨大的平臺(tái)，用于采集存儲(chǔ)生物信息，同時(shí)存儲(chǔ)人體DNA和血液樣本；并且這種存儲(chǔ)器還能按照預(yù)設(shè)的時(shí)序可控銷毀，從而用于信息保密。此外，由于蠶絲蛋白存儲(chǔ)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(chǔ)的維度。未來(lái)通過(guò)對(duì)蠶絲蛋白存儲(chǔ)器存儲(chǔ)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(chǔ)技術(shù)”。 

圖2. 蠶絲蛋白存儲(chǔ)器具備的優(yōu)勢(shì)

  紐約州立大學(xué)石溪分校劉夢(mèng)昆教授作為論文的共同通訊作者介紹說(shuō)：“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(chǎng)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(guò)納米針尖將紅外光聚焦在極小的尺度下，對(duì)蠶絲蛋白進(jìn)行改性從而達(dá)到信息存儲(chǔ)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(dòng)平臺(tái)，未來(lái)有潛力實(shí)現(xiàn)可比擬商業(yè)化硬盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度和讀寫速度”。 

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41565-020-0755-9