世界首塊「蠶絲硬碟」問世！寫得數據，存得DNA，可植入...

2020-10-03 材料改變世界

5G等通信技術的快速發展，人類即將進入「萬物互聯」時代，網絡設備的激增，必然會對硬碟存儲量條件越來越苛刻。在生物技術和半導體的深入融合下，生物儲存的新興技術應用也日益廣泛。

8月11日，中科院上海微系統所陶虎課題組，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，在國際上首次實現基於天然生物蛋白的高容量生物存儲技術——一個蠶絲製成的硬碟，存儲硬碟如何突破大容量這個問題迎刃而解。

蠶絲化身為現代高科技新材料？蠶絲硬碟真的是蠶絲做的嗎？除了我們熟知的數據儲存，它竟然還能存儲DNA、疫苗等繁雜的生物信息，甚至可以植入生物體使用？

01 蠶絲變身硬碟，得益於材料應用技術的突破

普通硬碟使用鋁合金材料或玻璃來做基板，誰也沒想到可以使用蠶絲蛋白也可以做基板。作為一種新型存儲介質，蠶絲硬碟的牛掰技術原理是什麼？

技術1：納米光刻技術的高精度近場讀寫手段

這種蠶絲蛋白作為存儲介質的硬碟，其工作原理是藉助蠶絲蛋白對紅外光纖的選擇性吸收，並利用近場紅外納米光刻技術，在絲素蛋白膜上加工高密度點陣實現數字信息寫入，對點陣成像可進行信息讀取，從而實現了蠶絲蛋白的存儲功能。

相比傳統紫外光刻和電子束光刻技術，通過納米針尖將紅外光聚焦在極小的尺度下，對蠶絲蛋白進行改性達到信息存儲和讀取的目的，後期如何進一步結合探針平行加工技術和快速移動平臺，有潛力比擬商業化硬碟存儲器的存儲密度和讀寫速度。

製作蠶絲硬碟的過程有點像「攤大餅」，紅外納米光刻寫入信息像在大餅上撒芝麻，工藝完成後，「大餅」表面的凹凸痕跡就類似「0」和「1」的數位訊號，通過解碼即可獲取存儲的信息。

技術2：蠶絲蛋白的生物體標識兼容特性

蠶絲蛋白是一種生物蛋白，在機械強度、生物兼容性、生物降解性、易於功能化等方面有良好的表現。製作過程就是把將蠶絲變成蠶絲蛋白溶液後，將帶有血紅蛋白、白蛋白、葡萄糖等生命體特徵的標記物融入其中，這就完成了生命體信息存儲的全過程，使得蠶絲硬碟能植入生物體不產生排斥反應。

而且它是一種厭水性材料，能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不受破壞。蠶絲硬碟置於相對溼度90%或7特斯拉磁場或25千戈瑞強輻射環境下，存儲信息不會丟失。

02 小小蠶絲硬碟帶你體驗高科技場景

為什麼選擇蠶絲，這可能與中國悠久的養蠶歷史有關係。

一提起蠶絲，我腦海裡呈現的是武俠電影裡刀槍不入的天蠶寶甲，綾羅綢緞、旗袍和蠶絲被，還有具有數千年悠久歷史的蠶桑農業和聞名於世界的古代絲綢之路......幾千年來，蠶絲已經流淌在中華文化的「血液」之中，成為具有中華民族特色的文化標識之一。

但不得不說，家蠶在中國有著數千年的馴化和改良歷史，產量高且穩定，十分適合產業化應用，一直是科研人員關注的焦點。

場景一：體積小、儲存量大、價格低廉

硬碟如蠶繭大小，但儲存量卻極大。蠶絲硬碟一平方英寸（約6.45平方釐米）的面積上可儲存64GB數據，一顆3.5英寸蠶絲硬碟需要的蠶絲連0.1克都不到，未來存儲器成本極大降低，硬碟價格低至白菜價也不是沒可能。

到目前為止，團隊已經實現家蠶食葉圖、空谷鳥鳴圖等圖像和音頻文件準確記錄、存儲和「閱讀」原理驗證。相關成果以長文形式發表在國家知名期刊《自然》子刊上，相關技術已申請專利。


場景二：攜生命密碼探索外太空成為可能

「相當於人類長期佩戴的『生命銘牌』、可控壽命的『時間膠囊』，蠶絲蛋白存儲器有望在外太空等極端條件下將數字信息和生命信息進行複製保存。」陶虎表示，未來該技術有望應用於外太空的生命探索領域。

1978年，美國旅行者1號探測器首次攜帶了一張唱片《地球之聲》進入太空當時為了抵禦極端環境，這張唱片由鍍金的銅板製成，不僅成本高昂，而且只能存儲單一的數字信息。

如果帶上太空的是蠶絲硬碟，這東西不怕火燒、不怕輻射、還可以裝入血液樣本、DNA等生命活動相關信息，到了外太空是不是可以直接硬核複製出人類呢？

03 總結

「目前這是一種美好的猜想，未來說不定能夠成為現實。」陶虎說到，蠶絲硬碟未來可能是植入式可穿戴設備的一個必要硬體，因為它可以解決當前生物體可植入微系統所面臨的「難以在體實現高容量數據存儲」的難題。

回到最後，蠶絲硬碟就目前來看還是比較前沿，離真正商用還有一段時間。不過憑藉材料的諸多優勢，未來必定會大放異彩。

馬克斯的載人航天夢想都實現了，超遠距離外太空探索計劃還會遠嗎？


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    原標題：首塊基於蠶絲蛋白的硬碟存儲器問世 　　科技日報上海8月11日電 （吳紅梅 記者王春）在許多人看來，蠶絲是紡織衣物的材料，但是，在科學家的手中，這種傳統的材料可以作為存儲信息的高科技新材料，植入生命體內。
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    ，就在今年8月11日的時候，爆出一個讓人吃驚的新聞，據《科技日報》等媒體報導，世界首塊基於蠶絲蛋白的硬碟存儲器問世，每平方英寸晶片就可以存儲64GB數據。（約6.45平方釐米）的面積上存儲64GB的數據，如果折算成傳統的半導體存儲器，一顆蠶絲蛋白存儲器的容量相當於0.5TB（512GB）的硬碟。
  • 全球首款「蠶絲硬碟」出現，可植入也可銷毀，由中國製造
    現如今隨著經濟的發達，未來也是一個科技的世界，在這一點上，中國緊跟時代的腳步。在最近，中國科學家們研發出來全國首發款的「蠶絲硬碟」，這是由一個有著古老聞名的蠶絲製作而成，能存儲信息，還能裝很多關於DNA等記錄，甚至可以直接植入生物的體內。
  • 當聽到蠶絲竟然能用來存儲數據時，你的第一反應是什麼？
    說起蠶絲製品想必大家不陌生，關於蠶絲最初的印象就是武俠電影裡刀槍不入的天蠶寶甲（真假無考究）；隨後就是讓我們感到自豪的絲綢，幾千年以來，絲綢幾乎就成為了東方文明的傳播者和象徵。現在，蠶絲又有了新的應用，那就是作為硬碟來存儲數據。聽到這你肯定以為我在胡說八道，但事實就是如此。
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    在距今5000年前中國人已開始養蠶和用蠶絲紡織了，中國是世界上最早養蠶植桑、繅絲紡織的國家。一直到漢朝，中國都是世界上唯一出產絲綢的地方，目前世界上所有國家和地區的養蠶繅絲技術無不源於中國。如今，我國科學家又創新了蠶絲的用途。
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