科学家借鉴生物学原理，用一克DNA就能装下整个互联网
大自然花了几十亿年把数据存储这件事做到了极致。
一克DNA，理论上可以塞入约2.15亿GB的信息，这相当于把人类有史以来生产的全部数字内容压进一粒沙子大小的空间里。而现在，宾夕法尼亚州立大学的研究团队找到了一种方法，让这套自然界的存储奇迹真正和电子设备"握手"，并以此构建出一种功耗极低、存储密度极高的新型记忆器件。
相关论文已发表于材料科学顶刊《先进功能材料》，并已获得专利授权。
生物学和电子学，本来是两条几乎不相交的赛道。
DNA是湿软的、有机的，存在于细胞液体环境中，对温度和化学环境极为敏感。传统半导体则是干燥的、硬质的、需要在严格的工业洁净条件下制备。要把二者合并到同一个功能器件里，听起来像是一道无解的难题。
研究团队选择的突破口，是两种经过精心挑选的材料。
第一种是合成DNA，不是从生物体内提取的天然遗传物质，而是在实验室中按需定制的短链化学分子。研究团队可以精确设定其碱基序列和链条长度，让它呈现出刚性的短链结构，而非天然DNA那种湿漉漉的长链缠绕形态。论文共同通讯作者、宾州大学研究教授贝德·普德尔将其比喻为：天然DNA像煮熟的意大利面一样难以操控，而合成DNA则是可以精确拼装的乐高积木。
第二种是准二维卤化钙钛矿，一种已在太阳能电池和激光器领域广泛应用的半导体材料，具有出色的电子传输特性，但单独用作存储器件时存在稳定性差的老问题。
研究团队的核心操作是"掺杂"：将银纳米颗粒涂覆到定制的合成DNA序列上，再将这种银掺杂DNA与钙钛矿薄膜整合在一起，形成引导电流流动的生物混合通道。银的介入让DNA具备了导电能力，而DNA本身的精确结构又反过来稳定了钙钛矿薄膜中的分子排列，让两种材料互相弥补了对方的短板。
这套组合最亮眼的指标，是功耗。
研究团队构建的器件是一种忆阻器，即"会记忆的电阻器"。与传统闪存不同，忆阻器断电后仍能保留电流流过的方向信息，这意味着存储和计算可以发生在同一个物理位置，而不需要在内存和处理器之间不停地搬运数据。这种架构在概念上更接近人脑神经元的运作方式，是神经形态计算的核心器件类型。
但过去的忆阻器研究有一个共同的拦路虎：要实现更高的存储容量，就需要消耗更多的电力，二者几乎成正比，导致设备要么续航差，要么存储量小，两全其美极难实现。
宾州大学团队的DNA钙钛矿混合器件，在这个矛盾上交出了一份令同行吃惊的答卷。普德尔在论文中表示，与传统闪存等存储设备相比，这款器件的功耗降低了约100倍，而存储密度不降反升。
器件的触发电压低于0.1伏——美国家用插座电压的1200分之一就能驱动它正常工作。更难得的是，这款器件在约121摄氏度的高温环境下依然稳定运行，并且在室温条件下连续测试超过六周，性能无明显衰减。这直接解决了钙钛矿基存储器件长期以来最让工程师头疼的稳定性问题。
论文共同通讯作者卡维娅·克雷曼总结得干脆："单独使用DNA，或者单独使用钙钛矿，都无法产生这样稳定的效果。正是这种组合实现了极高的存储密度，同时又只需要极低的功耗。"
在全球数据中心电力消耗已占据人类总用电量约1%至2%、AI训练的电力需求还在以指数级攀升的当下，一种能把存储功耗压缩百倍的新型器件，显然不只是实验室里的技术炫耀，它指向的是一个切实的产业焦虑。
当然，从实验室器件到量产芯片，这条路还很长。合成DNA的大规模制备成本、与现有半导体制造工艺的兼容性，以及器件良率等工程问题，都有待解决。研究团队表示，下一步计划改进制备工艺，并探索其他仿生电子应用场景。
普德尔的那句话，倒是简洁地概括了这整项研究背后的逻辑："大自然自有解决方案，我们只需要找到它并加以利用。"
信息来源：https://techxplore.com/news/2026-02-bio ... orage.html
