DNA|新型数据存储仍待突破“最后一公里”
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【DNA|新型数据存储仍待突破“最后一公里”】图片来源：unsplash
■采访人员 张双虎
信息的“洪流”可能很快就会超过硬盘的承载能力 。
大数据正像发动机一样赋能千行百业，随之而来的是数据体量的爆炸式增长 。然而，当前用于存储数据的设备，比如光、电、磁介质和闪存，使用寿命通常不到 20 年，并且还需要消耗大量能量来维护 。
尽管科学家们始终在探索以高密度和无能耗的方式来存储信息的新方法，比如 DNA或其他分子聚合物存储技术，但其相对成本高、读写速度慢等瓶颈问题仍未突破 。近期，几项关于存储技术的新进展给数据存储带来了一线曙光 。
新的光学分子存储
近日，哈佛大学化学与化学生物系教授 George Whitesides 团队及其合作者，开发了一种全新且原理简单的光学分子存储方法 。他们使用荧光染料分子编码二进制信息，成功将各类文字、图像信息写入并读取出来，其读、写速度分别达到每秒128比特和 469 比特，甚至可以读写视频或其他信息 。相关研究已在《ACS核心科学》上发表 。
光学分子存储技术不需要对分子内部的结构或序列进行复杂编码，且在理论上具有较高的存储密度、无需能耗维护 。然而，长期以来读、写速度慢，读取次数有限等问题也制约着其进步发展 。
为解决此类问题，Whitesides 等人使用荧光分子将目标信息编码成二进制并存储，并使用荧光显微镜来读取信息 。使用这种方法，他们成功在一块小至 7.2 平方毫米的基板上存储了约 14KB 的信息，空间信息密度达到每平方毫米271.5 字节 。此外，通过重复读取信息 1000 次以上，研究团队发现荧光信号强度的损失较少（低于 20%），且每次都能成功读取 。
“Whitesides团队的存储方法原理简单、概念新颖，在信息存储方面具有一定的意义 。”华中科技大学化学与化工学院教授吉晓帆告诉《中国科学报》 。
中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室研究员杨戈同样认为，“这是一个创新的方法” 。
“它实际上是基于化学荧光分子的存储技术 。”杨戈对《中国科学报》说，“但它用喷墨打印来实现，存储密度、读取速度可能会受到影响 。此外，通过荧光标记的方式，会面临荧光分子的发光衰减问题，从而可能限制读取次数 。”
按需开发存储材料
“信息存储手段多种多样，不同存储手段有不同的优点，可以应用于不同场景 。”北京化工大学材料科学与工程学院教授郭金宝告诉《中国科学报》，“人们可以根据自己的需求，如存储信息的内容、安全性等，选择存储手段，开发不同的存储材料 。”
近日，郭金宝团队在《先进功能材料》发表论文，使用具有可重写荧光图案和可重构3D形状的液晶弹性体材料来实现多重信息存储与加密 。他们利用材料特性产生的两种信息存储方式，进一步拓展了存储信息的数据量；另一方面，该体系在读取信息时需要两步不同的解密方式，使存储信息的安全性大大提高 。
“需要指出的是，我们这个工作属于基础研究，旨在拓展液晶弹性体在信息存储方面的应用，距离实际应用还存在较大差距，仍需进一步探索 。”郭金宝说 。
而吉晓帆团队在线发表于《先进材料》的成果，则展示了利用聚集诱导发光（AIE）超分子水凝胶实现信息大量存储的可能 。
“AIE超分子水凝胶是以信息码技术为基础，结合AIE分子、超分子凝胶的优良性能，集光、通信和网络技术为一体的新型存储技术 。”吉晓帆告诉《中国科学报》，“它与传统磁介质、光介质、DNA存储均不一样 。AIE超分子水凝胶是一种有机介质，为信息码提供了优良的载体从而实现了信息的大量存储 。”
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