13.10.2021 14:00 |

Schnell und günstig

Daten mittels fluoreszierender Farben gespeichert

Forschende der Harvard University, darunter der österreichische Chemiker Michael Fink, haben einen neuen Ansatz zur Datenspeicherung entwickelt. Die Methode basiert auf einer Mischung fluoreszierender Farbstoffe, die mit einem Tintenstrahldrucker in winzigen Punkten auf eine Oberfläche aufgebracht werden. Die Farbmischung an jedem Punkt enthält binäre Informationen, die mit einem Fluoreszenzmikroskop gelesen werden können.

Das Problem mit aktuellen Datenspeichern wie optischen oder magnetischen Medien und Flash-Speichern ist ihre begrenzte Haltbarkeit und ihr hoher Energiebedarf. Aus diesem Grund werden neue Methoden zur Datenspeicherung gesucht, etwa der Einsatz verschiedener Moleküle wie DNA oder anderer Polymere. In diesen kann zwar Information in hoher Dichte und ohne Energiezufuhr für lange Zeit gespeichert werden, doch derzeit sind diese Ansätze durch vergleichsweise hohe Kosten und langsame Lese- bzw. Schreibgeschwindigkeit eingeschränkt.

Die Forscher um George Whitesides vom Department of Chemistry and Chemical Biology der Harvard University haben in ihrer Arbeit daher das Ziel verfolgt, eine molekulare Datenspeichermethode zu entwickeln, die sich durch hohe Speicherdichte, schnelle Lese- und Schreibgeschwindigkeit und akzeptable Kosten auszeichnet. Sie verwendeten dazu sieben handelsübliche fluoreszierende Farbstoffmoleküle, die Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen aussenden.

Farbmoleküle als Bits
Diese Farbmoleküle dienten als Bits im ASCII-Code, einer 7-Bit-Zeichenkodierung. „0“ und „1“ wurden dabei durch das Vorhandensein bzw. Fehlen eines bestimmten Farbstoffs dargestellt. „Wir hatten auch ein achtes Molekül, das aber für die druckbaren ASCII-Zeichen nicht notwendig ist, und haben es daher nicht verwendet“, erklärte Fink gegenüber der APA. Mit einem Tintenstrahldrucker platzierten die Forscher die Farbstoffmischung in winzigen Punkten auf einer Epoxidoberfläche, wo sie durch eine kovalente Bindung fest verankert sind. Mit freiem Auge sind diese Punkte nicht sichtbar.

Mit einem Fluoreszenzmikroskop konnten sie die ausgesendeten Wellenlängen der Farbstoffmoleküle an jedem Punkt auslesen. Dies war 1000 Mal ohne Verluste möglich. Die Wissenschaftler sind dabei, beschleunigte Alterungsstudien mit den Farbmolekülen durchzuführen. „Wenn man sie gut behandelt, dann halten sie länger als ihr Ruf voraussagt“, so Fink. Wichtig sei auch der Verbund mit dem Trägermaterial, was etwa bei Magnetspeicherbändern die erste „Bruchstelle“ darstelle.

Machbarkeit in Labor demonstriert
Zu Demonstrationszwecken speicherten sie den ersten Abschnitt einer Forschungsarbeit des britischen Experimentalphysikers Michael Faraday auf einem sieben mal sieben Millimeter großen Areal eines Mikroskop-Glasträgers und konnten diese mit einer Leserate von 469 Bits pro Sekunde wieder auslesen. „Das ist die schnellste Leserate für eine molekulare Datenspeichermethode“, erklärte Fink, der die Speicherdichte mit 2.172 Bit pro Quadratmillimeter angibt.

Mit der Labor-Demonstration habe man die grundsätzliche Machbarkeit der Technologie gezeigt, bei weiteren Arbeiten - auch in einem neuen Start-up - habe man „ganz gute Fortschritte“ erzielt, betonte der Chemiker. Bis zu einer produktreifen Technologie seien aber noch ein paar Jahre Forschungs- und Entwicklungsarbeit und einiges an Investment bzw. Förderung notwendig.

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