中國造世界首塊蠶絲硬碟:不僅能存數據 還能存DNA 應用前景廣闊

隨著人們的需求在不斷增大,科技爆炸的速度越來越快,目前如何突破現有存儲設備限制,實現更高效、更大容量的存儲是當下技術人員研究的重點。

在人們的印象中,蠶絲最主要的用途就是作為紡織材料,如今科技的發展正在不斷突破人們的想像。蠶絲與現代文明相遇竟能變身為高科技創新材料,不僅能儲存信息,還能植入人體。

12月30日20:00,中央廣播電視總台與文化和旅遊部聯合推出的大型文化節目《非遺里的中國》首期節目中介紹了輯里湖絲,如今這種絲變身為可降解蠶絲骨釘、蠶絲硬碟、腦機介面。蠶絲硬碟不僅可以在高密度下存儲數字信息,還能同步存儲血液、DNA、疫苗等生命信息。

據科研人員介紹,因為蠶絲蛋白可吸收紅外光,所以能夠利用近場紅外納米光刻技術,將蠶絲蛋白當作光碟,在上面實現數字信息的寫入和讀取。

數字信息儲存的基本原理在於科學家以蠶絲蛋白作為存儲介質開發出的高容量蠶絲蛋白存儲技術。這種儲存技術基於蠶絲蛋白對紅外光的選擇性吸收,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。

因為蠶絲蛋白可吸收紅外光,所以能夠利用近場紅外納米光刻技術,將蠶絲蛋白當作光碟,在上面實現數字信息的寫入和讀取。用通俗易懂的話來說,製作蠶絲硬碟的過程很像製作一張黑膠唱片,利用近紅外納米光刻技術往蠶絲硬碟里寫入信息則像是在一片光滑的黑膠上刻錄音樂信息,整道工藝完成後,黑膠表面的凹凸痕跡就類似「0」和「1」的數字信號,通過解碼即可獲知所存儲的信息。

那麼這種獨特的硬碟有什麼優點呢?

這種以蠶絲蛋白為存儲介質研製出來的存儲器具備諸多獨特的優勢:

存儲容量大,每平方英寸可存儲64GB數據;原位可多次重複擦寫;可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;可以植入生物體長期保存,也可以在預設的時間內可控降解。蠶絲蛋白在機械強度、生物兼容性、生物降解性、易於功能化和可調節的水溶性等方面都具有良好的表現。

正是因為上述特點極為優異,蠶絲硬碟極高的穩定性,使其能夠在高濕度、高磁場或強輻射等惡劣環境下長期穩定工作,將蠶絲硬碟置於相對濕度90%或7特斯拉磁場或25千戈瑞強輻射環境下,存儲的信息也不會丟失。因此,蠶絲蛋白存儲技術有望應用於外太空等極端環境。

這款硬碟之所以有望在外太空等極端條件下保存信息,關鍵就在於它不畏強磁場和強輻射,在微波爐中高火30分鍾後,蠶絲硬碟中的信息仍「安然無恙」。蠶絲蛋白被製成硬碟後,人們想要存儲的信息,可以通過近場紅外納米光刻系統寫入,並用同一套系統讀取。通過改變寫入光的能量,可以調節蠶絲蛋白上加工圖的形貌,比如凸起或凹下,從而實現原位重複擦寫。這樣的存取原理,與CD或DVD光碟存儲技術相似

蠶絲蛋白存儲器不僅可以像普通半導體硬碟那樣存儲圖像、音頻、文字等數字化可編碼信息,還可為活性生物信息儲存提供一個功能巨大的平台,用於採集存儲生物信息,同時可存儲生物體DNA和血液樣本。經過手術就可將蠶絲硬碟植入生物體內,並且由於蠶絲蛋白的生物兼容性良好,植入生物體內後也基本不會產生排斥反應。

以目前的技術看來,該存儲器可以在一平方英寸(約6.45平方厘米)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3.5英寸的蠶絲蛋白存儲器的容量超過0.5TB。但是一顆3.5英寸蠶絲蛋白存儲器所用的蠶絲連0.1克都不到,這也是相對於目前的處理器的優勢之一。

雖然現在看來這種蠶絲蛋白存儲器想要走進我們的生活還是有很多有所欠缺之處,但是基礎科學的進步勢必會在不遠的將來大大推動應用科學的進步,這種儲存器也一定能在未來散發出別樣的光彩,讓我們拭目以待吧!

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