راهبردی برای بهینه‌سازی داده، ذخیره‌سازی داده‌ها با کمک نانوحفره

محققان سوئیسی نشان دادند که با استفاده از نانوحفره می‌تواند رویکرد تازه‌ای برای ذخیره‌سازی داده‌ها ارائه کرد.

در سال ۲۰۲۰، هر فردی در جهان هر ثانیه حدود ۱٫۷ مگابایت داده تولید کرده است. فقط در یک سال این رقم به ۴۱۸ zetababytes – یا ۴۱۸ میلیارد هارد دیسک یک ترابایتی می‌رسد.

در حال حاضر داده‌ها را به‌صورت یک و صفر در سیستم‌های مغناطیسی یا نوری با طول عمر محدود ذخیره می‌کنیم. مراکز داده مقادیر زیادی انرژی نیز برای ذخیره‌سازی این داده مصرف می‌کنند که این کار منجر به تولید مقادیر زیادی گاز گلخانه‌ای می‌شود. به عبارت ساده‌تر، روش ذخیره‌سازی حجم روزافزون داده‌های ما پایدار نیست.

یکی از راهکارها، استفاده از است. ذخیره داده‌ها در مولکول‌های زیستی مانند DNA می‌تواند رهیافت این چالش باشد. در طبیعت DNA اطلاعات ژنتیکی را در فضاهای کوچک (سلول‌ها، باکتری‌ها، ویروس‌ها) کدگذاری، ذخیره و قابل خواندن می‌کند و این کار با درجه بالایی از ایمنی و تکرارپذیری انجام می‌شود.

در مقایسه با دستگاه‌های متداول ذخیره‌سازی داده، ‌DNAها ماندگارتر و متراکم‌تر بوده و می‌توانند ده برابر بیشتر داده را حفظ کنند. با استفاده از این فناوری می‌توان ۱۰۰۰ برابر تراکم ذخیره‌سازی بیشتری را تجربه کرد و ۱۰۰ میلیون بار انرژی کمتری را برای ذخیره همان مقدار داده مصرف کرد. یک دستگاه ذخیره‌سازی داده مبتنی بر DNA بسیار کوچک خواهد بود به طوری که کل داده‌های تولید شده در جهان را می‌توان فقط در چهار گرم DNA ذخیره کرد.

اما ذخیره‌سازی داده‌ها با DNA چالش‌هایی نیز دارد.

یکی از روش‌های حل چنین چالش‌هایی، استفاده از سوراخ‌هایی به ابعاد نانو به نام است که باکتری‌ها بیشتر آن‌ها را روی سلول‌های دیگر ایجاد می‌کنند تا آن‌ها را از بین بروند.

این نانوحفره‌ها در زیست‌مهندسی نانوحفره برای حسگری DNA و RNA استفاده می‌شوند. با این وجود، این نانوحفره محدودیت قدرت تفکیک پایین خوانش را دارد.

پژوهشگران EPFL از نانو حفره‌های سم آئرولیسین باکتری Aeromonas hydrophila برای رمزگشایی اطلاعات باینری استفاده کردند.

در سال ۲۰۱۹، آزمایشگاه دال پرارو نشان داد که از نانوحفره‌ها می‌توان برای شناسایی مولکول‌های پیچیده‌تر مانند پروتئین‌ها استفاده کرد. در این مطالعه که در Science Advances منتشر شده‌است، این تیم به گروه تحقیقاتی آزمایشگاه الکساندرا رادنوویچ (دانشکده مهندسی EPFL) پیوستند و آئرولیسین را برای تشخیص مولکول‌ها بهینه‌سازی کردند. این فناوری به‌صورت پتنتی به ثبت رسیده است.

محققان از جهش‌های آئرولیسین برای طراحی سیستماتیک نانوحفره‌ به‌منظور خواندن سیگنال‌های پلیمرهای حاوی اطلاعاتی استفاده کردند. آن‌ها سرعت پلیمرهای عبوری از نانومنفذ را بهینه می‌کنند تا بتواند سیگنال مشخصی را از خود تولید کند.

این سیستم به‌طور قابل توجهی ارزان‌تر از استفاده از DNA برای ذخیره اطلاعات است و ماندگاری طولانی‌تری نیز دارد. این فناوری را به راحتی می‌توان در دستگاه‌های قابل حمل ذخیره‌سازی داده قرار داد.