科技日報記者 劉霞
美國賓夕法尼亞州立大學研究團隊將合成DNA與半導體材料鈣鈦礦結合，研發出一種全新的“生物—電子”存儲設備，將DNA海量信息存儲能力與鈣鈦礦出色的電子性能合二為一，存儲密度更高，功耗僅為傳統存儲設備的百分之一。這項突破有望顛覆低功耗存儲設備的傳統設計思路，相關成果發表于新一期《先進功能材料》雜志。
DNA作為自然界最強大的信息存儲系統，每克可存儲高達2.15億GB的數據。如果能將這一潛力引入電子領域，將帶來能效更高的數據中心、處理能力更強的計算設備。而這次的關鍵突破在于，讓DNA與電子設備實現高效對接。
團隊首先將銀納米粒子“植入”一段精心設計的合成DNA鏈中，再將其與鈣鈦礦薄膜融合。這一“摻雜”工藝能精準調控材料性能，讓DNA獲得導電能力，并以更高的結構有序度排列其單元。與天然DNA那種“濕面條”般的糾纏結構不同，合成DNA片段短而堅固，可在納米尺度實現真正精密的構造。
測試結果顯示，摻雜銀和鈣鈦礦的DNA形成了一種獨特的“生物—電子混合通道”，當施加低于0.1伏的電壓時，電子就能穩定流過。當電流方向切換，設備也能迅速響應。更令人驚喜的是，這款設備可在室溫下穩定運行超過6周，遠超同類鈣鈦礦存儲器的表現，且功耗僅為傳統存儲設備的百分之一，存儲密度卻更高。
這種新型存儲器本質是一種“憶阻器”，不同于普通電阻斷電即失憶，它在斷電后仍能記住電流方向，具備在同一位置存儲和處理信息的能力。這一特性與人類神經元的工作方式極為相似，為實現更高效、更智能的“類腦計算”提供了可能。
團隊表示，隨著人工智能技術對算力和能效的要求不斷攀升，像這樣兼具低功耗與高存儲性能的新型設備將變得愈發關鍵。未來他們將繼續優化這一技術路徑，探索更多生物啟發電子應用的新可能。
總編輯圈點
這項成果最重要的啟示，在于它揭示了生物材料與半導體融合的可能方向。通過在分子層面實現DNA與鈣鈦礦的精準耦合，科學家正在搭建起一條“生物+電子”的混合通道，讓信息存儲技術從傳統半導體工藝，向生物啟發式設計演進。未來，我們使用的存儲器或處理器，可能不再純粹由硅基材料構成，而是融入經過工程改造的生物分子結構，從而在納米尺度上實現更高效、更智能的信息存儲與處理。
