美国宾夕法尼亚州立大学研究团队将合成DNA与半导体材料钙钛矿结合，研发出一种全新的“生物—电子”存储设备，将DNA海量信息存储能力与钙钛矿出色的电子性能合二为一，存储密度更高，功耗仅为传统存储设备的百分之一。这项突破有望颠覆低功耗存储设备的传统设计思路，相关成果发表于新一期《先进功能材料》杂志。
图为在光学显微镜下呈现的合成DNA内部二维结构。研究人员将其与钙钛矿结合，大幅提升了存储材料的性能。图片来源：美国宾夕法尼亚州立大学
DNA作为自然界最强大的信息存储系统，每克可存储高达2.15亿GB的数据。如果能将这一潜力引入电子领域，将带来能效更高的数据中心、处理能力更强的计算设备。而这次的关键突破在于，让DNA与电子设备实现高效对接。
团队首先将银纳米粒子“植入”一段精心设计的合成DNA链中，再将其与钙钛矿薄膜融合。这一“掺杂”工艺能精准调控材料性能，让DNA获得导电能力，并以更高的结构有序度排列其单元。与天然DNA那种“湿面条”般的纠缠结构不同，合成DNA片段短而坚固，可在纳米尺度实现真正精密的构造。
测试结果显示，掺杂银和钙钛矿的DNA形成了一种独特的“生物—电子混合通道”，当施加低于0.1伏的电压时，电子就能稳定流过。当电流方向切换，设备也能迅速响应。更令人惊喜的是，这款设备可在室温下稳定运行超过6周，远超同类钙钛矿存储器的表现，且功耗仅为传统存储设备的百分之一，存储密度却更高。
这种新型存储器本质是一种“忆阻器”，不同于普通电阻断电即失忆，它在断电后仍能记住电流方向，具备在同一位置存储和处理信息的能力。这一特性与人类神经元的工作方式极为相似，为实现更高效、更智能的“类脑计算”提供了可能。
团队表示，随着人工智能技术对算力和能效的要求不断攀升，像这样兼具低功耗与高存储性能的新型设备将变得愈发关键。未来他们将继续优化这一技术路径，探索更多生物启发电子应用的新可能。
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这项成果最重要的启示，在于它揭示了生物材料与半导体融合的可能方向。通过在分子层面实现DNA与钙钛矿的精准耦合，科学家正在搭建起一条“生物+电子”的混合通道，让信息存储技术从传统半导体工艺，向生物启发式设计演进。未来，我们使用的存储器或处理器，可能不再纯粹由硅基材料构成，而是融入经过工程改造的生物分子结构，从而在纳米尺度上实现更高效、更智能的信息存储与处理。
