生物存储器 (2)生物存储器 (2).doc
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2022-07-06
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存储革命:可擦写的生物全息存储器
美国康涅狄格州大学的研究人员发现，通过使用激光在微生物蛋白上刻蚀数据，可制造一
种可擦除的全息存储器。全息储存器存储数据是在一个三维的空间而不是通 常的两维空间，
并且数据检索速度要比传统的快几百倍。第一个全息存储系统最近已经投放市场，不过它
还不像光盘那样可以实时擦写。
美国康涅狄格大学的研究人员将他们的全息存储系统构建在重新处理过的蛋白质上，
这些蛋白质由盐沼中常見的像细菌一样的有机体构成。用蓝光照射就可以擦除蛋白质上存
储的所有数据。该项目是由美国康涅狄格大学材料科学院纳米仿生研究中心的带头人杰弗
里(Jeffrey Stuart)领导的。
该技术利用了嗜盐杆菌进化上的适應方法，当氧的浓度变得很低时，可以制成光敏膜
蛋白质。这种蛋白质就是人们所熟知的视紫红质菌(噬菌调理素)，这是一种类似于视紫红
质的紫色颜料，出现于盐杆菌属的细菌膜，它把阳光直接轉变成化学能。当蛋白质吸收光
线以後，经过一系列的化学状态，释放出一个质子，最终自身结构重新排列。
当蛋白质处于周期中的某些状态时，可以吸收光线形成全息图。在天然环境中，这些
状态只能短暂地维持:整个周期只需要 10--20 毫秒。但是之前的研究显示，在其化学周期快
结束时，用红色光照射蛋白质能迫使它变成一种可用的状态--这就是"Q 态"，能够持续数年。
问题是很难在自然生成的蛋白质上产生 Q 态。化学系的分子生物学家罗伯特领导的团
队采用基因方式处理嗜盐杆菌，使之能产生一种蛋白质，这种蛋白质进入 Q 态较为容易。
做为全息系统的一部分，这种蛋白质悬浮在一种高分子凝胶中。绿色激光束分成两部
分，其中一束对数据进行编码。激光束调制凝胶，用干涉图样印记在蛋白质上来存储数据。
读取数据时，系统发出一个单一的、低功率的红色激光束回溯干涉图样。蓝色激光用来擦
除数据。
美国国防部高级计划署资助的 Starzent 公司的 CEO 蒂姆哈维(Tim Harvey)说:"基于蛋白
质的全息媒体存储技术有潜力将数据存储成本大大降低，可以重复擦写 1000 万次以
上。"鉴于蛋白质异乎寻常的活力，如果研究人员找到一种适当的遗传性变型，目前的生物
技术能够很快大批量生产，并且成本较低。
全息存储设备大体上来说，要提高两方面的能力，一个就是存储量，还有一个就是数
据的存取速度。比如，当前的技术传输 30GB 大小的高清电影文件到硬盘上大约需要 30 至
45 分钟。
而全息存储设备可能将这一时间降低至 10 秒。
Longmont 全息技术公司营销副总裁莉斯证实，全息存储设备每平方英尺可存储高达
500GB 的数据，一些产品即将完成。它至少具备一个优点就是可重复擦写，这在现有的媒
体存储设备中并不常見。不过美中不足的是写入需要红色光，而擦除则是蓝光。
从 CD，蓝光/HD-DVD 技术的发展来看--"存储密度增加是伴随著波长的减小"。因此采
用红色波作为写入光的全息存储存在局限性。这一点降低了它在高密度数据存储應用上的
吸引力。
噬菌调理素:这种蛋白质存在于一种适盐菌属海洋微生物的微组织薄膜中。这种菌在含
盐的潮湿环境里可以承受 150℃高温。所以用它作为存储媒体，是因为对它进行光照射循
环时，它会按一定顺序发生结构变化。利用结构变化过程中的不同状态，可以分別表
示"0"或"1"。现已制成这种存储系统原型，它在透明容器里，填以聚丙烯酰胺凝胶，并把
蛋白质放进去构成存放数据的三维阵列。
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