納米光刻技術，讓蠶絲變身硬碟

來源：交匯點新聞客戶端

交匯點訊 4700年前，太湖畔養蠶繅絲的古人不會想到，絲綢會隨著絲綢之路前往世界各地，成為承載中華文明的紐帶。他們更不會想到的是，在若干年後，桑蠶或可成為地球生物數字信息的載體，聯通「天外文明」。

近日，中國科學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，研發出了世界上首塊基於天然生物蛋白的硬碟存儲器——蠶絲硬碟，相關成果於8月11日發表在《自然·納米科技》上。

桑蠶絲千年傳承且「一身是寶」

在自然界中，能夠吐絲的動物很多，但經上千年的物種馴化和成功改良的只有家蠶。蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室執行主任陳國強教授告訴《科技周刊》記者，蠶可以集中大規模飼養，因此產量相對較高且穩定。從古至今，原料產能一直是其產業化應用的基本保障。 從蠶絲中提取的天然高分子纖維蛋白，就是蠶絲蛋白。陳國強介紹，蠶絲蛋白是一種富含18種胺基酸的天然高分子蛋白質，其中甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)和絲氨酸(Ser)約佔總組成的80%以上。 正是因為蠶絲蛋白如此「優秀」，也成為了眾多科研人員的關注焦點。中科院上海微系統所2020前沿實驗室主任陶虎就是其中之一。

2016年起，陶虎和團隊開啟了蠶絲硬碟的研發之路。在陶虎看來，蠶絲蛋白具有良好的生物相容性、可控的降解速率，並且還與很多現金微納製造技術兼容，易於功能化改造，能夠長時間保存活性生物物質。「這些是蠶絲硬碟能夠同時存儲數字信息和生物信息、可以植入生物體永久保存或在預設時間內可控降解的前提。」

小小蠶絲硬碟「肚裡能撐船」

鑑於原材料的特殊性，那麼，蠶絲硬碟的存入和讀寫形式與普通硬碟一樣麼？陶虎解釋，團隊利用蠶絲蛋白可選擇性吸收特定波長紅外光的特性，用近場紅外納米光刻技術，在蠶絲蛋白上實現了數字信息的寫入和讀取。每平方英寸的蠶絲硬碟，可存儲64GB數據。而一顆3.5英寸蠶絲硬碟需要的蠶絲連0.1克都不到，並能夠在高溼度、高磁場或強輻射等惡劣環境下長期穩定工作。 「其實，製作蠶絲硬碟的過程有點像攤大餅，近場紅外納米光刻技術則像在『大餅』上撒芝麻。當整道工藝完成後，『大餅』表面的凹凸痕跡就類似『0』和『1』的數位訊號，通過解碼即可獲知所存儲的信息。」陶虎進一步解釋。 到目前為止，團隊已用這種技術實現了「家蠶食葉圖」「空谷鳥鳴曲」等圖像和音頻文件的準確記錄、存儲和「閱讀」的原理驗證，相關技術已申請專利。 除了記錄存儲圖像和音頻文件外，蠶絲硬碟還有獨特的功能——為活性生物信息儲存提供功能巨大的平臺，用於採集存儲生物信息，存儲人體DNA和血液樣本。「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。而且，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。」陶虎表示，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。

若干年後，蠶絲硬碟能否聯通「天外文明」？

如今來看，蠶絲硬碟可以運用在身邊哪些方面呢？陶虎舉例說明，當前，蠶絲硬碟可作為身份名牌，長期植入生物體內。「比如，現在人們會把記錄有主人信息的名牌掛在寵物的脖子上，比較容易丟失。但如果用上記錄有生物信息的蠶絲硬碟，則可永久地植入生物體，需要時取出即可還原所有者的信息。」 就長遠來看，不妨大膽猜測，幾百甚至幾千年後，當人類移民到外太空時，只需要攜帶這麼一張儲存姓名、年齡、愛好和DNA等人類數字信息和生物信息的蠶絲硬碟，當經過若干光年之後抵達目的地時，便可以通過這麼一張小小的蠶絲硬碟，複製出信息被存入硬碟的人類。 「目前這是一種美好的猜想，未來說不定能夠成為現實。」陶虎告訴記者，可以預見到的是，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。 交匯點記者 葉真