首個蠶絲蛋白存儲器誕生 可植入生物體永久保存

2020-08-16 光明網

記者從中國科學院上海微系統與信息技術研究所獲悉,該所陶虎課題組聯合美國紐約州立大學石溪分校劉夢昆課題組和德州大學奧斯汀分校Wei Li課題組,日前首次實現了基於蠶絲蛋白的高容量生物存儲技術。

這種存儲技術以生物兼容性良好、易於摻雜功能化、降解速率可控的天然蠶絲蛋白作為信息存儲介質,近場紅外納米光刻技術作為數字信息寫入方式。到目前為止,團隊已用這種技術準確記錄、存儲和「閱讀」了「家蠶食葉圖」、「空谷鳥鳴曲」等文字、圖像和音視頻文件。8月11日凌晨,相關成果以長文形式發表在國際知名期刊《自然-納米技術》上。

據悉,得益於蠶絲蛋白所具備的自身特性,結合高精度近場快速讀寫手段,蠶絲蛋白存儲器具有存儲容量大、原位可多次重複擦寫的優勢,能在高溼度(90 RH%)、高磁場(7 T)或強輻射(25 kGy)等惡劣環境下長期穩定工作,可以同時存儲二進位數字信息以及與生命活動直接相關的生物信息,可以植入生物體永久保存,也可以在預設的時間內可控降解。

上海微系統所2020前沿實驗室主任陶虎研究員是該項技術的首倡者和主要發明人。他告訴記者:「蠶絲蛋白存儲器作為一種高容量、高可靠性的新型存儲技術,不僅可以像普通半導體硬碟那樣存儲數字信息;還可為活性生物信息儲存提供一個功能巨大的平臺,用於採集存儲生物信息,同時存儲人體DNA和血液樣本;並且這種存儲器還能按照預設的時序可控銷毀,從而用於信息保密。此外,由於蠶絲蛋白存儲器極易摻雜各種功能分子進行功能化,因而可以增加信息存儲的維度。未來通過對蠶絲蛋白存儲器存儲容量和讀寫速率的不斷優化改進,該技術有可能成為下一代高容量、高可靠的信息存儲技術」。

論文的共同通訊作者、紐約州立大學石溪分校劉夢昆教授介紹:「相比傳統紫外光刻和電子束光刻技術,基於原子力顯微鏡的近場光學技術為生物材料在納米尺度下的原位加工和表徵提供了可能,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從而達到信息存儲和讀取的目的。後期可以進一步結合多探針平行加工技術和快速移動平臺,有望實現可比擬商業化硬碟存儲器的存儲密度和讀寫速度」。(光明日報全媒體記者顏維琦)

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  • 寫得數據,存得DNA,可植入人體
    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?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,存儲信息不回丟失。
  • 它可存儲數字信息、生物體DNA和血液樣本
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