中美科學(xué)家聯(lián)合研制可用于生物微納傳感器的蠶絲存儲器

但愿桑麻成，蠶月得紡績”，除了飄逸亮麗的絲綢，蠶絲蛋白還能用來做成數(shù)據(jù)存儲器，不僅可以存儲數(shù)字信息，還能長期“保鮮”存儲血紅蛋白、DNA、活性藥物等生物分子。更神奇的是，這輕薄的柔性硬盤，還能植入生命體內(nèi)，可控適時降解。

這是真的!記者從中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所獲悉，該所陶虎課題組與國際同行合作，成功研制出世界首塊基于天然生物蛋白的硬盤存儲器——蠶絲蛋白存儲器。今天凌晨，《自然-納米技術(shù)》以長文形式在線發(fā)表了這項成果。

當(dāng)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后人陶虎，會將此作為自己科研的靈感來源。

今年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(fā)現(xiàn)蠶絲蛋白竟還可用于組織工程。結(jié)合自己微電子研究背景，他將用蠶絲蛋白制作微納電子元件作為自己的科研方向之一。由于蠶絲蛋白在人體集成器件上有獨特優(yōu)勢，多年來，陶虎的實驗室已開發(fā)出一系列基于蠶絲蛋白的高科技傳感器。

“我們發(fā)現(xiàn)，在各類生物相關(guān)的微納傳感器中，存儲器是迫切需要解決的一種器件?！碧栈⒄f，他們發(fā)現(xiàn)蠶絲蛋白可選擇吸收紅外光，于是利用近場紅外納米光刻技術(shù)，將蠶絲蛋白當(dāng)作光盤，在上面實現(xiàn)數(shù)字信息的寫入和讀取。

此次發(fā)布的這塊蠶絲蛋白硬盤存儲器，每平方英寸的存儲容量可達64GB，而且在外接配套“光驅(qū)”后，可重復(fù)讀取擦寫文字、圖片、音頻等數(shù)據(jù)。未來，課題組還將繼續(xù)改進技術(shù)，提高其讀寫速度。到目前為止，團隊已用這種技術(shù)實現(xiàn)了“家蠶食葉圖”“空谷鳥鳴曲”等圖像和音頻文件的準(zhǔn)確記錄、存儲和“閱讀”的原理驗證。

值得一提的是，這種存儲器的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性極高，能夠耐受高濕度、高磁場和強輻射等惡劣環(huán)境。最神奇的是，“蠶絲硬盤”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，在一定納米尺度下會形成防水、防氣的致密結(jié)構(gòu)，保護包覆在其中的蛋白質(zhì)、葡萄糖、DNA等易于損壞的有機分子——若以此制成宇宙旅行的“時間膠囊”，可攜帶更多的人體生物信息。

“作為一種蛋白質(zhì)，蠶絲蛋白的降解可人為控制。”據(jù)此，陶虎和同事們設(shè)計出了一系列控制蠶絲蛋白硬盤降解的辦法，可根據(jù)需要實現(xiàn)從幾天到幾年的存儲時效控制。

論文共同通訊作者、美國紐約州立大學(xué)石溪分校劉夢昆教授表示，該技術(shù)有潛力實現(xiàn)可比擬商業(yè)化硬盤存儲器的存儲密度和讀寫速度，有望成為下一代高容量、高可靠的信息存儲技術(shù)。

鑒于各地生產(chǎn)的蠶繭質(zhì)量不一，為確保提取蠶絲蛋白的質(zhì)量，研發(fā)團隊還提前布局，找尋特定蠶繭供應(yīng)來源，并培育出特定的產(chǎn)絲蠶種。