上海微系統所研制出用于多模態信息存儲加密的植入式瞬態可溶蠶絲蛋白存儲器

  

  瞬態可溶存儲器是皮膚電子與可植入器件中的重要組成部分和信息存儲媒介,器件在實現可控降解的同時還需具備穩定的存儲和加密功能。隨著傳感器集成種類和數量的飛速增長,目前瞬態可溶存儲器的存儲性能很難滿足多種信息類型、高信息量存儲等要求,亟需從存儲器機理、材料和結構方面尋求進一步的突破。 

  2020年研制出全球首款可重復擦寫“蠶絲硬盤”之后,中科院上海微系統所陶虎研究員團隊再次向瞬態可溶存儲器領域的核心問題發起挑戰,創新性地開發出基于蠶絲蛋白的多層級可植入瞬態存儲器(圖1)。該存儲器采用了全新的存儲器結構,將阻變憶阻器、太赫茲超材料、光學衍射元件三種不同信息類型的存儲單元,通過工藝優化實現垂直高密度集成,實現單器件上電學、電磁和光學信息的同步穩定存儲。使用溶解特性可調節的蠶絲蛋白與可降解金屬(鎂、鋁)組成的存儲器材料體系,既保證各層存儲單元具備良好的電學、光學性能,又能使存儲器具備逐層逐步降解、多層快速降解、選定區域可控層數降解等多種可控降解模式。多模態信息編碼和多種降解模式的組合極大地提升了瞬態存儲器的加密能力和信息存儲量,僅16個單元就能使信息存儲的豐富度達到1055數量級;所制備的4×4陣列瞬態可溶存儲器樣機實現了字母表編碼、16位二進制編碼演示和校驗編解碼示例,得益于蠶絲蛋白的成膜均勻性和精準可控降解能力,存儲器信息誤讀率底、魯棒性強,滿足了多模態信息存儲和高穩定性存儲的要求。在此基礎上,小鼠皮下植入實驗進一步驗證了瞬態存儲器在體內逐層降解的可行性與生物安全性,蠶絲蛋白優異的生物相容性不會引起組織免疫反應。預示著新型多層級瞬態可溶存儲器在植入式器件和芯片,生物體內信息存儲和生物電子標簽等領域將發揮重要作用。 

  相關研究成果以“A Hierarchically Encoded Data Storage Device with Controlled Transiency”為題于202248日發表在學術期刊Advanced MaterialsAdv. Mater. 2022, 2201035)上。 

  該論文的第一通訊單位為中科院上海微系統所,通訊作者為上海微系統所陶虎研究員。該工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金優秀青年基金、上海市揚帆計劃、中國科學院青促會項目等相關研究計劃的支持。   
   

      論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202201035

  

  1. 用于多模態信息存儲加密的植入式瞬態可溶蠶絲蛋白存儲器 

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