“蚕丝硬盘”，同时记录数字信息和生物信息的新科技存储硬盘

世界是二进制单元，由无数个0101组成，1956年，世界上第一个硬盘驱动器出现(机械硬盘)，存储信息时以电磁铁改变旋转磁盘上磁性材料的极性，由极性磁头在硬盘上以正负两极的写入以“0”和“1”，实现数据写入。1980年，日本发现闪存技术并由此发明固态硬盘，因使用稳定、运行速度快、容量大等特点，至今仍作为信息处理的主流硬件设备。进入21世纪，利用分子结构进行编码的各类生物存储技术相继出现。2020年，可同时存储数字信息、生物信息的新一代蚕丝蛋白存储技术惊艳问世。

近日，上海科学家推出全球首款“蚕丝硬盘”，将半导体材料与生物介质融合，发明出一种可以同时记录数字信息和生物信息的新科技存储硬盘。5000年的古老生物见证了中华文明的历史，如今成为数据的存储介质，在未来科技里重获新生。

蚕丝蛋白硬盘不但能储存数字信息，还能储存生物信息，包括血液、DNA等人体差异化生物信息。

一、中国科学院上海微信通与信息技术研究所研究员，上海微系统所2020前沿实验室主任陶虎介绍：

从溶解后的蚕丝中提取蚕丝蛋白，以蚕丝蛋白溶液作为起始材料，通过一系列生物制造技术成硬盘、传感器、光学器件等。这是一种区别于蚕丝纺织品的新科技材料、新技术路线。

通过纳米加工技术，将蚕丝蛋白作为介质，生产高密度二进制的纳米图形，通过读取纳米图形的二进制记录与读取信息。在容量方面，实验室已经做到和普通台式机硬盘相等。在技术优化后，可实现现有容量10倍以上。

由于蚕丝蛋白没有电学介质，在强磁场、强辐射与极端条件(高温、低温、高湿度)下可以正常工作，具有综合性的应用优势，通过这种技术可以应用的场景包含多种。

部分医疗诊室或设备在工作时不允许金属异物进入，应用蚕丝蛋白硬盘存储器，可以实现在核磁共振等怕磁干扰的高端仪器设备中，让所有人都能正常进行身体检查。

相比地球，外太空存在强烈的宇宙射线、真空环境、高低温骤变等极端情况，蚕丝硬盘可在外太空等极端条件下实现信息存储与运输，相比传统的半导体硬盘，在信息存储与运输上能够完美克服这些极端挑战。

二、中华医学会神经外科分会候任主委，复旦大学附属华山医院院长毛颖表示：

临床手术中为判断脑内的情况，会通过外科手术将外物(异物)传感器植入脑内。目前使用的材料多为化工、金属制品，长期停留脑内会有存在一定几率会导致腐蚀并释放有毒物质，因此临床上希望找到一种更接近人体的材料进行替代。

经处理的蚕丝蛋白免疫原性会降低，获得与人体更好的相容性，是一种很好的传感器介质材料，在信息存储、信息传输、信息重现等获取方式上。科学家一直致力于在现有储存技术的基础上突破材料与加工技术，实现新型生物储存技术开发。

传感器重要的就是信息获取、信息存储、信息传输、信息重现。科学家考虑在现有储存技术的基础上突破材料与加工技术，实现新型生物储存技术开发。医院委托上海微系统研究所研发一种传感器，希望能够在大脑里记录一些信息，比如脑积液的温度、各元素含量。通过传感器的高效引导，将其实时数据用于其他更多的研究中，同步传输与储存设备中，形成数据库和交互网络。希望可将蚕丝蛋白作为传感器的介质或接触材料，这对临床医生的日常工作或科研项目都有很大的帮助。

作为一种介质材料，蚕丝就像一个“百变金刚”，我们有时需要用到它的“硬度”，有时需要用到它的“柔韧性”，因具备优异的组织相容性，蚕丝蛋白可根据需求开发人体支架、人工脑膜等外物器官。

1、解决核磁共振、CT等情况下，人体植入金属(钛合金等)材料导致的图像伪影问题——颌面部、大脑的神经外科应用前景较广阔。

2、解决植入人体的金属(不锈钢、钛合金)骨钉需二次手术取出的问题。

3、为防止堵塞，在心脏、大脑血管内安装金属支架，导致一些身体检查不能正常进行——金属异物在一些高磁场仪器工作时会发生位移情况。

4、希望材料既保留金属的足够支撑力，又能够实现可控降解，长期或短期内在人体内留存且不会产生排异反应，降解后的产物亦可被人体安全吸收。

从结绳记事到竹简纸张，从计算机储存到光盘刻录，储存信息的工具经历了几千年变革，生命科学与半导体技术融合为信息技术带来了全新思路，各种基于生物介质的存储技术应运而生。而生物存储技术也被科学家认为是下个时代的主流信息存储方式。

高容量DNA存储技术由来已久，通过血液中的碱基存储二进制信息，理论存储极限是传统硬盘的几十万-几百万倍，这也是DNA存储的最大优势。然而，DNA存储信息时的输入和读出并非一套系统，因此多用于特别高容量储存(单纯存储，不能时常读取信息)。

蚕丝蛋白存储器的读取技术基于传统光学读取(半导体硬盘磁头读取)，与现代的主流读取技术相对更加兼容，无需过多升级优化，可以直接使用在现代设备中，科学家通过加速老化试验发现蚕丝蛋白硬盘的使用寿命可达6年以上。是一种经过开发后能够真正实现日常使用的储存硬件。

三、不同硬度蚕丝蛋白的临床应用

脑外科手术中，颅骨固定装置(骨钉、连接片)需要硬度较高的材料，这一材料会在病人骨头自我修复过程中(6~12个月)逐渐降解，在骨骼完全康复的时间点前实现完全降解。而脑外科手术中的人工脑膜则需要一种很软且永远不会降解的材料，终身伴随人体，不会产生任何排斥反应。

针对以上特定需求，中科院上海微系统所于2017年成功研制出蚕丝蛋白骨钉，并在此基础上继续研发各类人体植入或实现替代的组织器官。未来或将可沿用至医美整形产业。

1、鼻假体——永不降解

2、人造皮肤——短期可控降解

3、人造韧带、人造血管、人造外周神经——长期可控降解

过去，蚕丝蛋白主要用于临床级的组织创面修复，而以蚕丝蛋白制作高端医疗器械产品，目前国内还尚处于试验阶段(技术已领先全球)，其本身的成本远低于现在所用的传统材料，我国是全球第一产丝大国，蚕丝来源丰富，蚕丝在未来或将成为国际上的硬通物资实现流通。

相对于传统行业，科技的发展正在不断突破人们的想象，“蚕丝硬盘”技术的诞生，不但标志着信息存储方式的发生变革，未来或许有可能与人脑协同运作，配合植入的传感器+储存器，实时分析大脑的语言功能功、记忆功能、情感功能并记录储存。

通过开发“蚕丝硬盘”将加速人类对大脑的探索与开发，快速的分析、归档、储存功能或将逐步延伸到到教育、医疗等民生产业中，实现刚性需求的快速开发。