在過去的二十年中，已經開發出許多光刻策略，包括使用深紫外或極紫外光源、雙光束系統和三維存儲體系結構的光刻技術，以將光存儲密度提高到數百GB/inch-2。然而，為了獲得高空間分辨率，這些方法中的許多不可避免地需要復雜的制造過程。在世紀之交，IBM描述了一種基于原子力顯微鏡（AFM）的數據存儲方案，即“Millipede”，它有可能在30-40 nm空間分辨率的高數據讀寫速率下實現多TBinch-2容量。雖然這項工作代表了技術上的飛躍，并導致了對基于探針的存儲方案的進一步研究，但是商業應用仍然遙遙無期。
散射式掃描近場光學顯微鏡（s-SNOM）為高分辨率納米加工（特別是在軟材料上）提供了有前景的選擇，并且可以實現超出衍射極限的超分辨率成像。由于中紅外s-SNOM具有微創、無需真空、對蛋白質構象敏感等特點，因此也適用于生物材料的納米尺度表征。通過開發中紅外s-SNOM的光刻功能，同時保留其成像功能，可以將納米級操作和功能性生物材料的表征集成到單個平臺中。這種閉環光刻平臺可以簡化生物納米加工，并為生物信息的存儲和操作提供基于探針的存儲方案。
為了提高光刻效率并隨后在生物材料中存儲信息，必須優化介質材料、入射光和掃描頭特性之間的協同作用。那選取何種生物材料方才合適呢？
于此，美國德克薩斯大學奧斯汀分校Wei Li、上海微系統所陶虎、周志濤和美國石溪大學劉夢昆等人把目光轉向源自蠶絲的絲素蛋白，研究了具有高度生物相容性的絲素蛋白作為可重寫光學存儲介質，使用尖端增強的近場紅外納米光刻（TNINL）誘導絲素蛋白層的受控形貌和或相變，可實現64 GB inch-2的存儲容量，可以重復寫入和擦除。還可以在惡劣的條件下（高濕度，高磁場和臨床水平的伽馬射線）保留信息。相關成果發表在Nature Nanotechnology上
原位構建圖案
為了制備蠶絲存儲器，通過將從蠶繭中提取的蠶絲水溶液旋涂在金或硅基底上制成薄膜。使用s-SNOM和量子級聯激光器作為單色中紅外激光源，對該制備的絲膜進行納米圖案化。金基底上約150 nm厚的絲膜上隨時間變化的高度變化表明，圖案可在10 ms內完成。
圖|使用TNINL進行原位圖案化和表征
圖案化機制
1）電磁仿真實驗表明，較尖的尖端會導致更好的場限制，從而導致更好的光刻分辨率。
2）鍍金基底和鍍金探針之間的等離子耦合極大地增強了場振幅，這有助于更強的輻射熱傳遞給絲素蛋白，并導致更大的薄膜改性，即更高的靈敏度和更鋒利的邊緣。
3）絲素蛋白本身也會影響圖案，細粒度絲具有更好的空間分辨率，而粗粒度絲則產生較大的圖案。
4）此外，TNINL還依賴于激光頻率和功率。
圖|TNINL的機制
無失真的數字信息存儲和重寫
可以輕松制作出各種圖案包括零維納米點、一維線圖案、二維形狀和“UT”標志，并允許制造更復雜的納米結構。此外，蠶絲薄膜可以制成高密度納米點陣列，可作為數據存儲設備。在對文件進行解碼和重建試驗中，圖像和音頻均無失真，這說明了其數據儲存的可靠性。
圖|TNINL介導的絲素蛋白儲存器模擬和數字圖案
通過使用不同的激光功率感應出三種圖案類型（I，II和III型），可實現刪除并重寫絲素蛋白光盤上的數據。發現了兩種刪除先前創建的納米點圖案的主要方法。第一種方法依賴于絲綢的熱降解，而第二種方法則依賴于在小部分絲素蛋白中引起玻璃化轉變，即I型圖案化。結果表明，第二種方法更具優勢，因為它不會導致樣品發生明顯的熱降解，并且可以無限期地重復。
圖|在絲素蛋白儲存器上寫入和擦除數據
具有生物相容性和生物功能
原則上，高度交聯的絲素蛋白可以在環境條件下存儲很多年而無明顯變化。交聯使絲素蛋白對各種苛刻條件具有更強的抵抗力，因此可以用于調整絲素蛋白的性能以滿足特定需求。
在性能測試試驗中，結果表明，絲素蛋白存儲器能在高濕度、高磁場或強輻射等惡劣環境下長期穩定工作，而且，其裝載的生物標志物的活性和信息仍得以保留。通過使用木瓜蛋白酶可實現可控降解，這在可植入設備、安全數據存儲和或數據隱藏中特別有用。此外，植入體內一周后取出，交聯的絲素蛋白上的納米圖案幾乎保持完整，并且已成功檢索到所存儲的信息。
圖|高度堅固性和生物學相關功能
小結：
本文所述的TNNLL是一種通用的納米圖案化方法，其能夠操縱絲素蛋白的形貌和構象，并介紹了絲素蛋白存儲器作為一種能夠存儲數字和生物信息的生物功能光學存儲介質。隨著對掃描探針光刻技術的最新發展的進一步優化和利用，有望進一步提高絲素蛋白存儲器的速度和存儲容量。在可預見的將來，絲素蛋白存儲器不太可能以具有競爭力的成本與最先進的固態設備的速度和存儲容量相匹配。然而，這里概述的絲素蛋白存儲器的獨特功能集為生物集成電子學和納米制造提供了新的機會。
