EPFL-Forschende speichern Daten mit Nanoporen

14. Dezember 2020 15:10

Lausanne - Bioingenieure der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) haben einen auf Nanoporen basierenden Datenspeicher entwickelt. Er ist genauer, langlebiger, kompakter und billiger als bereits erprobte Methoden, etwa DNA-Speicher.

Auf der Suche nach bezahlbaren und energieeffizienten Datenspeichern mit deutlich höherer Kapazität als herkömmliche Laufwerke ist Forschenden der EPFL ein grosser Schritt gelungen. Das Labor von Matteo Dal Peraro zeigte bereits im vergangenen Jahr, dass Nanoporen für die Erkennung komplexer Moleküle, etwa von Proteinen, verwendet werden können. Die Technologie wurde zum Patent angemeldet.

Darauf aufbauend benutzten die Bioingenieure und -ingenieurinnen jetzt laut einer Mitteilung der EPFL Mutanten des Toxins eines bestimmten Bakteriums, um systematisch Nanoporen zum Auslesen der Signale ihrer Moleküle (Informationspolymere) zu entwerfen. Sie optimierten die Geschwindigkeit, mit der die Polymere die Nanopore durchlaufen, so dass diese ein eindeutig identifizierbares Signal ausgeben können. „Doch im Gegensatz zu herkömmlichen Nanoporen-Auslesesignalen lieferte dieses Signal ein digitales Auslesen mit einer Ein-Bit-Auflösung und ohne Beeinträchtigung der Informationsdichte“, wird Dr. Chan Cao, Erstautor dieser Studie, in der Mitteilung zitiert.

Um die Auslesesignale zu kodieren, nutzte das Team Deep Learning. Dies ermöglichte es ihnen, bis zu 4 Bits an Informationen aus den Polymeren mit hoher Genauigkeit zu dekodieren. Im Vergleich zur Verwendung von DNA zur Datenspeicherung ist dieses System wesentlich günstiger und bietet eine längere Lebensdauer. Ausserdem ist es für tragbare Datenspeichergeräte miniaturisierbar.

„Es gibt einige Verbesserungen, an denen wir arbeiten, um diese bio-inspirierte Plattform in ein tatsächliches Produkt zur Datenspeicherung und -abfrage zu verwandeln“, so Matteo Dal Peraro. „Aber diese Arbeit zeigt deutlich, dass eine biologische Nanopore hybride DNA-Polymer-Analyten lesen kann.“ Dies eröffne vielversprechende Perspektiven für polymerbasierte Speicher, „mit wichtigen Vorteilen für ultrahohe Dichte, Langzeitspeicherung und Geräteportabilität“. mm

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