到2020年，全世界每个人每秒将产生约1.7兆字节的数据。在短短的一年内，便可达到了418 ZB相当于4180亿个1 TB硬盘。

目前，我们在长达一个世纪的磁性或光学系统中将数据存储为1和0。同时，数据中心消耗大量能源并产生巨大的碳足迹。简而言之，我们存储不断增长的数据量的方式是不可持续的。

DNA作为数据存储

但是还有另一种选择：将数据存储在生物分子（例如DNA）中。在自然界中，DNA在微小的空间（细胞，细菌，病毒）中编码，存储和读取大量的遗传信息-并且这样做具有高度的安全性和可重复性。

与传统的数据存储设备相比，DNA更持久，更紧凑，可以保留十倍的数据，存储密度高出1000倍，并且与驱动器存储相同数量的数据所消耗的能量减少了1亿倍。而且，基于DNA的数据存储设备将很小：一年的全球数据价值只能存储在4克DNA中。

但是，使用DNA存储数据还涉及高昂的成本，极慢的写入和读取机制，并且容易出现误读。

纳米孔来拯救

一种方法是使用纳米孔，细菌经常将这些孔打入其他细胞以破坏它们。攻击细菌使用称为“形成孔的毒素”的特殊蛋白质，该蛋白质闭锁在细胞膜上并形成穿过其的管状通道。

在生物工程中，纳米孔用于“感测”生物分子，例如DNA或RNA。该分子像一根绳子一样穿过纳米孔，受电压控制，它的不同成分产生不同的电信号（“离子签名”），可以用来识别它们。并且由于其高精度，纳米孔也已被尝试用于读取DNA编码信息。

尽管如此，纳米孔仍然受到低分辨率读数的限制-如果曾经使用纳米孔系统来存储和读取数据，这将是一个真正的问题。

纳米孔的潜力启发了EPFL生命科学学院的科学家们，探索由细菌嗜水气单胞菌产生的成孔毒素气溶胶产生的纳米孔。由EPFL生命科学学院的Matteo Dal Peraro领导的研究人员表明，溶血素纳米孔可用于解码二进制信息。

在2019年，Dal Peraro的实验室证明纳米孔可用于感测蛋白质等更复杂的分子。在这项发表在《科学进展》上的研究中，研究小组与Alexandra Radenovic（EPFL工程学院）的实验室合作，对气溶素进行了改型，以检测专门为该孔读取的量身定制的分子。该技术已申请专利。

这种分子被称为“数字聚合物”，是在斯特拉斯堡CNRS研究所的查尔斯·萨德隆研究所的让·弗朗索瓦·卢茨实验室中开发的。它们是DNA核苷酸和非生物单体的组合，旨在通过气溶素纳米孔并发出可以被读出的电信号。

研究人员使用了溶菌素突变体来系统设计纳米孔，以读出其信息聚合物的信号。他们优化了聚合物通过纳米孔的速度，从而可以发出唯一可识别的信号。该论文的第一作者Cao Cao博士说：“但是，与传统的纳米孔读数不同，该信号提供了单位分辨率的数字读数，并且不影响信息密度。”

为了解码读出的信号，该团队使用了深度学习，这使他们可以高精度地解码聚合物中的多达4位信息。他们还使用该方法盲目识别聚合物混合物并确定其相对浓度。

该系统比使用DNA进行数据存储要便宜得多，并且使用寿命更长。另外，它是“可微型化的”，这意味着它可以轻松地合并到便携式数据存储设备中。

Matteo Dal Peraro说：“我们正在努力进行一些改进，以将这个受生物启发的平台转变为用于数据存储和检索的实际产品。” “但是这项工作清楚地表明，生物纳米孔可以读取混合的DNA-聚合物分析物。我们为基于聚合物的存储器打开了新的有希望的前景而感到兴奋，这对于超高密度，长期存储和设备便携性具有重要优势。”