4700年前，太湖畔养蚕缫丝的古人不会想到，丝绸会随着丝绸之路前往世界各地，成为承载中华文明的纽带。他们更不会想到的是，在若干年后，桑蚕或可成为地球生物数字信息的载体，联通“天外文明”。

近日，中国科学院上海微系统所陶虎课题组联合美国纽约州立大学石溪分校和德州大学奥斯汀分校相关课题组，研发出了世界上首块基于天然生物蛋白的硬盘存储器——蚕丝硬盘，相关成果于8月11日发表在《自然纳米科技》上。

桑蚕丝千年传承且“一身是宝”

在自然界中，能够吐丝的动物很多，但经上千年的物种驯化和成功改良的只有家蚕。苏州大学现代丝绸国家工程实验室执行主任陈国强教授告诉《科技周刊》记者，蚕可以集中大规模饲养，因此产量相对较高且稳定。从古至今，原料产能一直是其产业化应用的基本保障。

从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，就是蚕丝蛋白。陈国强介绍，蚕丝蛋白是一种富含18种氨基酸的天然高分子蛋白质，其中甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)和丝氨酸(Ser)约占总组成的80%以上。

正是因为蚕丝蛋白如此“优秀”，也成为了众多科研人员的关注焦点。中科院上海微系统所2020前沿实验室主任陶虎就是其中之一。

2016年起，陶虎和团队开启了蚕丝硬盘的研发之路。在陶虎看来，蚕丝蛋白具有良好的生物相容性、可控的降解速率，并且还与很多现金微纳制造技术兼容，易于功能化改造，能够长时间保存活性生物物质。“这些是蚕丝硬盘能够同时存储数字信息和生物信息、可以植入生物体永久保存或在预设时间内可控降解的前提。”

小小蚕丝硬盘“肚里能撑船”

鉴于原材料的特殊性，那么，蚕丝硬盘的存入和读写形式与普通硬盘一样么？陶虎解释，团队利用蚕丝蛋白可选择性吸收特定波长红外光的特性，用近场红外纳米光刻技术，在蚕丝蛋白上实现了数字信息的写入和读取。每平方英寸的蚕丝硬盘，可存储64GB数据。而一颗3.5英寸蚕丝硬盘需要的蚕丝连0.1克都不到，并能够在高湿度、高磁场或强辐射等恶劣环境下长期稳定工作。

“其实，制作蚕丝硬盘的过程有点像摊大饼，近场红外纳米光刻技术则像在‘大饼’上撒芝麻。当整道工艺完成后，‘大饼’表面的凹凸痕迹就类似‘0’和‘1’的数字信号，通过解码即可获知所存储的信息。”陶虎进一步解释。

到目前为止，团队已用这种技术实现了“家蚕食叶图”“空谷鸟鸣曲”等图像和音频文件的准确记录、存储和“阅读”的原理验证，相关技术已申请专利。

除了记录存储图像和音频文件外，蚕丝硬盘还有独特的功能——为活性生物信息储存提供功能巨大的平台，用于采集存储生物信息，存储人体DNA和血液样本。“这种存储器还能按照预设的时序可控销毁，从而用于信息保密。而且，由于蚕丝蛋白存储器极易掺杂各种功能分子进行功能化，因而可以增加信息存储的维度。”陶虎表示，未来，通过对蚕丝蛋白存储器存储容量和读写速率的不断优化改进，该技术有可能成为下一代高容量、高可靠的信息存储技术。

蚕丝硬盘能否联通“天外文明”？

如今来看，蚕丝硬盘可以运用在身边哪些方面呢？陶虎举例说明，当前，蚕丝硬盘可作为身份名牌，长期植入生物体内。“比如，现在人们会把记录有主人信息的名牌挂在宠物的脖子上，比较容易丢失。但如果用上记录有生物信息的蚕丝硬盘，则可永久地植入生物体，需要时取出即可还原所有者的信息。”

就长远来看，不妨大胆猜测，几百甚至几千年后，当人类移民到外太空时，只需要携带这么一张储存姓名、年龄、爱好和DNA等人类数字信息和生物信息的蚕丝硬盘，当经过若干光年之后抵达目的地时，便可以通过这么一张小小的蚕丝硬盘，复制出信息被存入硬盘的人类。

“目前这是一种美好的猜想，未来说不定能够成为现实。”陶虎告诉记者，可以预见到的是，蚕丝硬盘未来可能是植入式可穿戴设备的一个必要硬件，因为它可以解决当前生物体可植入微系统所面临的“难以在体实现高容量数据存储”的难题。 记者 叶 真