中科院陶虎：蚕丝“跨界_应用 实现从0,1的原始创新

基础科学是技术进步者，基础研究更是0-1的原始创新。中国科学院上海微系统所陶虎点“丝绸”金将把丝绸作为丝绸产品原料开发成优良的数据存储介质，将丝绸从传统的纺织材料转变为高科技、高附加值的信息功能材料和高端医疗材料。在信息技术与生命科学的交叉领域，他以脑机接口、生物记忆、智能传感器和植入式医疗器械等为中心进行了深入研究，开发了瞬态可溶电子、丝绸硬盘、生物保鲜可控降解丝骨钉等一系列前沿技术。蚕是最早利用的一种纤维，是自然界中最轻、最柔软、最细的天然纤维之一，蚕是蚕吐出来的，长度一般为2.5~4.5厘米，直径为1.5~2.5厘米，重量为0.2~0.5克，一个蚕中蚕长700~1600米，蚕细。它只有一个人头发直径的1/10，但非常高。可以用来做丝绸制品，中国的丝绸开始享受全球。脑接口蚕蛋白应用于脑虎科学的“无低式高通量脑接口系统”，是陶虎团队使用蚕蛋白牺牲层本身的低，神经时大，只需打不到1毫米的孔就能顺利进行。陶虎先生说：“蚕蛋白天然抗菌性、分解性、机械强度高，相应以蚕蛋白为主体的柔性电极继承其自然属性，在生物相容性、机械强度上比化工或化学合成材料制成的电极具有优势性，希望这些优势性也能反映在临床上。“根据丝蛋白的可控降解特性，使电极浸渍蛋白暂时变硬，移植后蛋白溶解电极恢复柔韧性，无需增加导向装置，实现电极的微创移植。此外，它还使用神经电极的精确定位技术来自动植入和绕过血管，避免损伤。不仅如此，移植后对脑组织的排斥反应也较小，安全性超过Neuralink。生物储存世界上第一个可植入人体并可控破坏蚕丝硬盘，蚕丝制成的硬盘作为一种新型的高容量、高可靠性存储技术，既可以存储数字信息，也可以用于收集和存储生物信息，同时存储人体DNA、血液样本、疫苗等。此外，它还可以种植在生物体上。陶先生将丝蛋白质记忆比作“永不失去生命的牌匾”和“可控制寿命的时间胶囊”。他说，将丝蛋白制成硬盘后，人们想要存储的信息可以通过近距离红外纳米光刻系统进行写入，并由同一个系统进行读取。通过改变写入光的能量，可以调整丝绸蛋白上的加工图的形态，从而实现实时重复写入.这样的存储器还为了信息的机密保持，在预先设定的时机被可控制地破坏。目前，存储容量达到64GB/平方英寸，相当于0.5TB。2022年初，陶虎再次创新开发了基于丝蛋白的多层可嵌入瞬态存储器，是柔性电子和可嵌入器件中的关键组成部分和信息存储介质，使器件实现可控分解，同时具有稳定的存储和加密功能。科研小组开展小鼠皮下移植实验，进一步验证了瞬态记忆在体内逐层分解的可能性和生物安全性，证明丝蛋白不会引起组织免疫反应。利用智能传感器丝蛋白制作传感器基板和封装材料陶虎团队提出了一种基于丝蛋白的生物集成超材料器件，丝蛋白具有其机械性能好、介电损耗小、可控制分解、与大部分微纳米加工技术兼容等特点，可用作电子器件的基板和介电材料。是目前国际上第一个过渡可溶电子微系统的基板和封装材料.他们使用半导体功能材料，如可降解镁，氧化镁和纳米硅薄膜，集成了一系列基本电子元件。整个微系统可以放置在盐水中，在大约10分钟内溶解。这种器件在安全性、植入式控制分解生物芯片、垃圾回收等领域具有非常广阔的应用前景，特别是在健康等未来领域，有望产生破坏性突破和革命性创新。基于瞬态可溶性电子技术，面向特定临床治疗功能，完全具有生物相容性，降解后可以吸收的世界上第一个植入式装置也诞生了。它同样可以以丝绸蛋白为基材，移植到生物体皮下治疗细菌感染。埋入式世界上第一个蚕骨天然生物蛋白的骨固定系统长期以来，坚硬的金属材料是骨折后内固定的黄金标准。降解丝材料的研发和临床应用解决了金属内固定应力屏蔽、二次手术和伪影干扰三大缺陷。空军军医大学西京医院雷伟队联合陶虎队，从蚕茧中再提取蚕蛋白溶液，制成固体，最后用机床精密加工成骨钉生物材料，经过5年的技术研究，突破了蚕临床应用的技术壁垒，研制出了新型可降解蚕骨螺钉。陶湖认为，丝蛋白的分子量和结晶水平是影响骨钉力学性能和降解性能的核心因素。经过近千次的试验，终于实现了硬度和分解性的平衡，达到了体内螺钉固定的要求。该螺钉是目前世界上第一个实现人体应用的生物降解性医疗用丝骨钉，标志着人体内固定领域开启了丝应用的新时代，未来将应用于脊椎外科、神经外科、口腔医学等多个领域，造福更多患者。近年来，科学家们在丝绸蛋白质的基础上开展了研究，提出了大量高科技含量的新型应用，为传统材料注入了新的活力。点的“丝”变成了黄金，丝在高科技的“造型”下，将为未来智能社会、健康医疗、环保等技术领域带来革命性的创新。