中美科学家联合研制可用于生物微纳传感器的蚕丝存储器
但愿桑麻成,蚕月得纺绩”,除了飘逸亮丽的丝绸,蚕丝蛋白还能用来做成数据存储器,不仅可以存储数字信息,还能长期“保鲜”存储血红蛋白、DNA、活性药物等生物分子。更神奇的是,这轻薄的柔性硬盘,还能植入生命体内,可控适时降解。
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当陶渊明在1600多年前吟咏出《归园田居》时,绝对想不到,他的第五十四代嫡系后人陶虎,会将此作为自己科研的灵感来源。
今年38岁的陶虎,从小耳濡目染江西丝绸之柔美,在攻读博士期间发现蚕丝蛋白竟还可用于组织工程。结合自己微电子研究背景,他将用蚕丝蛋白制作微纳电子元件作为自己的科研方向之一。由于蚕丝蛋白在人体集成器件上有独特优势,多年来,陶虎的实验室已开发出一系列基于蚕丝蛋白的高科技传感器。
“我们发现,在各类生物相关的微纳传感器中,存储器是迫切需要解决的一种器件。”陶虎说,他们发现蚕丝蛋白可选择吸收红外光,于是利用近场红外纳米光刻技术,将蚕丝蛋白当作光盘,在上面实现数字信息的写入和读取。
此次发布的这块蚕丝蛋白硬盘存储器,每平方英寸的存储容量可达64GB,而且在外接配套“光驱”后,可重复读取擦写文字、图片、音频等数据。未来,课题组还将继续改进技术,提高其读写速度。到目前为止,团队已用这种技术实现了“家蚕食叶图”“空谷鸟鸣曲”等图像和音频文件的准确记录、存储和“阅读”的原理验证。
值得一提的是,这种存储器的数据稳定性极高,能够耐受高湿度、高磁场和强辐射等恶劣环境。最神奇的是,“蚕丝硬盘”能保存有活性的生物分子。陶虎解释,蚕丝蛋白是一种厌水性材料,在一定纳米尺度下会形成防水、防气的致密结构,保护包覆在其中的蛋白质、葡萄糖、DNA等易于损坏的有机分子——若以此制成宇宙旅行的“时间胶囊”,可携带更多的人体生物信息。
“作为一种蛋白质,蚕丝蛋白的降解可人为控制。”据此,陶虎和同事们设计出了一系列控制蚕丝蛋白硬盘降解的办法,可根据需要实现从几天到几年的存储时效控制。
论文共同通讯作者、美国纽约州立大学石溪分校刘梦昆教授表示,该技术有潜力实现可比拟商业化硬盘存储器的存储密度和读写速度,有望成为下一代高容量、高可靠的信息存储技术。
鉴于各地生产的蚕茧质量不一,为确保提取蚕丝蛋白的质量,研发团队还提前布局,找寻特定蚕茧供应来源,并培育出特定的产丝蚕种。
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