DNA是每个生物体的遗传蓝图，但它也是一种极其密集的信息存储方式。单克DNA可以存储大约2.15亿GB的数据。将这种卓越的存储能力引入电子学可能会导致更高效的数据中心、更快的处理速度和能够处理日益复杂的信息的系统。挑战在于找到使生物DNA与电子材料有效结合的方法。宾州州立大学的研究人员现在开发了一种旨在克服这种不兼容性的方法。该工作发表于《先进功能材料》并申请了专利，依赖于两个关键组分。一种是合成DNA，由商业可得的化学工程分子组成，这些分子以特定的短遗传序列排列，以满足特定的电子要求。另一种是晶体钙钛矿，这是一种已被应用于太阳能电池、激光和数据存储设备等技术中的半导体。宾州州立大学材料科学与工程的博士后研究员Kavya S. Keremane说：“生物学和电子学是不同的领域。连接这两个领域需要开发一种全新的材料平台，使它们能够无缝地一起工作。通过将DNA的信息存储能力与钙钛矿半导体的出色电子特性相结合，我们创造了一个生物混合系统，从根本上改变了低功耗存储设备的设计方式。” 使用这些材料构建低功耗存储设备，团队创建了一种称为“记忆电阻器”的存储器，这种存储器在工作时消耗极少的能量。与普通电阻器不同，普通电阻器在从手机到航天飞机的设备中保持对电流的固定电阻，并在电源消失时丢失其存储的信息，而记忆电阻器可以保留以前电活动的记录。即使在电源被移除后，它们也能记住电流之前流动的方向。这种能力允许信息在同一地点存储和处理，类似于神经元在大脑中工作的方式。这种安排可能支持更同时和复杂的数据处理形式。然而，根据研究人员的说法，实际商业系统仍需足够的存储容量和电力，否则将变得成本高昂且效率低下，而DNA的能力可以在非常小的空间内打包大量信息，同时消耗少量能量。“随着对人工智能（AI）需求的增长，我们需要一种低功耗、高存储的设备新策略。”合作者Bed Poudel说。Poudel表示，AI和其他新兴技术预计将越来越依赖于类神经形态计算，这种计算系统旨在更像人类大脑那样运作。这样的系统可以实时评估多种输入，同时根据以往经验和未来优先级做出决策。“通常，存储更多信息需要更多的能量。然而，我们的设备消耗的能量是传统存储设备（如闪存驱动器）的100分之一，且存储容量更高。” 构建导电DNA 在构建设备时，研究人员将银纳米颗粒添加到一层定制的DNA序列中，这层DNA序列经过特殊设计，具有特定的组成和长度，并与钙钛矿的薄膜集成。这种技术称为“掺杂”，涉及引入少量其他材料以产生特定的属性。在这种情况下，添加银纳米颗粒使得DNA能够导电，同时也帮助其分子单元排列得更加有序。合成DNA相比天然DNA还提供了另一个重要优势。与天然DNA（长而纠缠的链条，在处理时表现得像湿意大利面）不同，短而刚性的合成DNA可以在极小的尺度上以更大的精确度排列。根据合作者Neela H. Yennawar的说法，他是宾州州立大学生命科学哈克研究所的生物分子相互作用核心设施研究教授和主任，分子工程化的DNA可以在薄膜中提供结构组织、可调电导率和天然DNA无法实现的功能控制。“我们可以计算确定我们需要的序列以及它们应该有多长，然后用合成DNA有理设计这些序列。”Yennawar说。“这些结构可以系统性地掺杂银和其他离子，工程设计与钙钛矿无缝接口——将DNA从生物大分子转变为可编程的多功能纳米材料平台。” DNA与钙钛矿的协同作用 当银掺杂的DNA与钙钛矿结合时...