随着科技的发展与文明的进步，人类的活动越来越依赖于信息，因此产生的信息量正在呈指数级增长，信息的种类也变得纷繁多杂，并且信息存储的条件也越来越苛刻，当前的半导体存储技术越来越难满足日益增长的信息存储需求。而生命科学与半导体技术的融合，给信息存储带来了新思路，各种基于生物介质的存储技术应运而生，如高容量DNA存储技术、寡肽存储技术等。
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蚕茧 受访者供图
中科院上海微系统所陶虎研究员、周志涛助理研究员联合美国纽约州立大学石溪分校刘梦昆教授和德州大学奥斯汀分校Li Wei，研发出全球首款天然生物蛋白硬盘存储器——蚕丝硬盘，实现了基于蚕丝蛋白的高容量生物存储技术。这种存储技术以生物兼容性良好、易于掺杂功能化、降解速率可控的天然蚕丝蛋白作为信息存储介质，近场红外纳米光刻技术作为数字信息写入方式。
到目前为止，团队已用这种技术实现了图像和音频文件准确记录、存储和“阅读”的原理验证。相关成果以“A rewritable optical storage medium of silk proteins using near-field nano-optics”为题以长文article形式发表在国际知名期刊Nature Nanotechnology上，相关技术也已申请发明专利。
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得益于蚕丝蛋白所具备的自身特性，结合高精度近场快速读写手段，蚕丝蛋白存储器具有如下优势：1）存储容量大（~ 64 GB/inch2）；2）原位可多次重复擦写；3）能在高湿度（90 RH%）、高磁场（7 T）或强辐射（25 kGy）等恶劣环境下长期稳定工作；4）可以同时存储二进制数字信息以及与生命活动直接相关的生物信息；5）可以植入生物体永久保存，也可以在预设的时间内可控降解。
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图1. 基于近场红外纳米光刻的蚕丝蛋白信息存储技术
上海微系统所2020前沿实验室主任陶虎研究员作为该项技术的首倡者和主要发明人介绍说：“蚕丝蛋白存储器作为一种高容量、高可靠性的新型存储技术，不仅可以像普通半导体硬盘那样存储数字信息；还可为活性生物信息储存提供一个功能巨大的平台，用于采集存储生物信息，同时存储人体DNA和血液样本；并且这种存储器还能按照预设的时序可控销毁，从而用于信息保密。此外，由于蚕丝蛋白存储器极易掺杂各种功能分子进行功能化，因而可以增加信息存储的维度。未来通过对蚕丝蛋白存储器存储容量和读写速率的不断优化改进，该技术有可能成为下一代高容量、高可靠的信息存储技术”。
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图2. 蚕丝蛋白存储器具备的优势
纽约州立大学石溪分校刘梦昆教授作为论文的共同通讯作者介绍说：“相比传统紫外光刻和电子束光刻技术，基于原子力显微镜的近场光学技术为生物材料在纳米尺度下的原位加工和表征提供了可能，通过纳米针尖将红外光聚焦在极小的尺度下，对蚕丝蛋白进行改性从而达到信息存储和读取的目的。后期可以进一步结合多探针平行加工技术和快速移动平台，未来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”。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41565-020-0755-9
来源：上海微系统所