澳大利亞斯威本科技大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種全新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，科學(xué)家利用激光技術(shù)解決了大數(shù)據(jù)難以儲(chǔ)存的問題，并可將1PB（1024TB）的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一張僅DVD大小的聚合物碟片上。

以后數(shù)據(jù)存儲(chǔ)無論個(gè)人用戶，抑或不同規(guī)模的企業(yè)政府機(jī)關(guān)等，都可更加輕松地進(jìn)行。來自澳大利亞斯威本科技大學(xué)（Swinburne University of Technology）的研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Min Gu教授最新開發(fā)出了一種全新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，可將1PB（1024TB）的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一張僅DVD大小的聚合物碟片上。

大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在當(dāng)今世界已經(jīng)顯得尤為必要，而且我們?nèi)祟愖圆饺霐?shù)字時(shí)代以來，目前僅是存儲(chǔ)在Web上的內(nèi)容預(yù)計(jì)就有大概1ZB（zettabyte，1萬億GB），美國一年的電話記錄就需要0.3ZB的存儲(chǔ)空間進(jìn)行存儲(chǔ)。

要保護(hù)全世界的數(shù)據(jù)資料免遭損失和意外丟失也是件很麻煩的事情。放棄本地概念，轉(zhuǎn)投云存儲(chǔ)也不要認(rèn)為有多么的安全，尤其是當(dāng)黑客如果襲擊了你所使用的云服務(wù)器，那么數(shù)據(jù)存儲(chǔ)遭受的損失恐怕就更大了。對于現(xiàn)有的本地存儲(chǔ)，如果我們要將1ZB的數(shù)據(jù)存在藍(lán)光光盤上，然后將這些光盤堆疊到一起，那么這一摞光盤的高度就能達(dá)到24km。或許傳統(tǒng)硬盤能堆疊的空間更小一些，但成本又是難以估量的。

那么數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的問題究竟該怎么解決呢？來自斯威本科技大學(xué)和澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）的學(xué)者們似乎正在研究更為巧妙的解決方案。他們最新的研究可讓1PB的數(shù)據(jù)存放到僅DVD大小的碟片上，也就是說1ZB的數(shù)據(jù)僅需1000張這樣的碟片就能存儲(chǔ)，雖說1000張碟片聽起來有些多，但堆放1米的高度還是要比藍(lán)光光碟的24km好出不少。

此團(tuán)隊(duì)在2013年6月29日刊出的《自然通訊（Nature Communications）》雜志的文章中描述了如何將在塑料層上光學(xué)紀(jì)錄的斑點(diǎn)寬度從藍(lán)光的130nm減小到9nm，相當(dāng)于單個(gè)光波長的1%。為什么藍(lán)光技術(shù)無法做到這一點(diǎn)？光學(xué)物理學(xué)家，同時(shí)也是卡爾蔡司的創(chuàng)始人之一Ernst Abbe先前就發(fā)現(xiàn)了光的一種基本特性。19世紀(jì)末，他的鏡片實(shí)驗(yàn)證明光有其固有波長，無法集中到小于其波長1/3的點(diǎn)內(nèi)（Airy disk，艾里斑）。藍(lán)光技術(shù)使用440nm波長的藍(lán)色激光讀取光碟，所以藍(lán)光斑點(diǎn)寬度局限在130nm。

澳大利亞的學(xué)者則開發(fā)出了一種新型的有機(jī)聚合催化劑，可對光產(chǎn)生2種不同的反映，從而回避了Abbe所發(fā)現(xiàn)的限制。800nm的激光可令這種催化劑分裂為聚合活性物，當(dāng)數(shù)量充足的時(shí)候，就能促使單體聚合。不過，375nm的激光用于這種催化劑時(shí)，就會(huì)釋放阻聚劑，阻止單體聚合。

要將比艾里斑更小的斑點(diǎn)寬度寫入到感光光刻膠材料上，首先要將800nm波長激光束導(dǎo)至未聚合存儲(chǔ)介質(zhì)中。這些光會(huì)在光強(qiáng)度足夠釋放聚合活性物的位置令光刻膠聚合。為釋放足夠的活性物，光強(qiáng)度必須高于某個(gè)值，聚合物點(diǎn)尺寸就可變得更小。

同時(shí)將375nm的光導(dǎo)至相同的焦點(diǎn)，這樣一來活性物和抑制劑就會(huì)令艾里斑達(dá)成基本平衡。此時(shí)，沒有聚合物形成。然后就是將375nm的激光轉(zhuǎn)成環(huán)狀模式。

先前我們就談到，800nm的光本身就能將點(diǎn)聚合至大約100nm的直徑。再加上環(huán)狀375nm外圈的抑制部分，外圈的光刻膠部分則不會(huì)發(fā)生聚合。這能夠讓聚合物點(diǎn)最終縮減至9nm的尺寸。

加上近期發(fā)展迅猛的3D打印技術(shù)，澳洲的這批研究人員還另外證明了他們的新型光聚合技術(shù)能夠制造小型的3D物體。很顯然這種新型的存儲(chǔ)技術(shù)離正式商用還有一段距離，目前仍有許多問題需要解決。但至少，未來我們能看到未來大容量存儲(chǔ)碟片的出現(xiàn)。

激光的原理

激光英文全名為Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)。于1960年面世，是一種因刺激產(chǎn)生輻射而強(qiáng)化的光。

科學(xué)家在電管中以光或電流的能量來撞擊某些晶體或原子易受激發(fā)的物質(zhì)，使其原子的電子達(dá)到受激發(fā)的高能量狀態(tài)，當(dāng)這些電子要回復(fù)到平靜的低能量狀態(tài)時(shí)，原子就會(huì)射出光子，以放出多余的能量；而接著，這些被放出的光子又會(huì)撞擊其它原子，激發(fā)更多的原子產(chǎn)生光子，引發(fā)一連串的“連鎖反應(yīng)”，并且都朝同一個(gè)方前進(jìn)，形成強(qiáng)烈而且集中朝向某個(gè)方向的光；因此強(qiáng)的激光甚至可用作切割鋼板！

激光的特性

激光被廣泛應(yīng)用是因?yàn)樗奶匦浴＜す鈳缀跏且环N單色光波，頻率范圍極窄，又可在一個(gè)狹小的方向內(nèi)集中高能量，因此利用聚焦后的激光束可以對各種材料進(jìn)行打孔。以紅寶石激光器為例，它輸出脈沖的總能量不夠煮熟一個(gè)雞蛋，但卻能在3毫米的鋼板上鉆出一個(gè)小孔。激光擁有上述特性，并不是因?yàn)樗信c別不同的光能，而是它的功率密度十分高，這就是激光被廣泛應(yīng)用的原因。

激光有三大特性：單色波長、同調(diào)性、平行光束。

激光技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速測試細(xì)菌對抗生素的反應(yīng)

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）研究人員將納米力學(xué)傳感器與激光技術(shù)結(jié)合，最近造出了一種火柴盒大小的設(shè)備，能在幾分鐘內(nèi)測出細(xì)菌對抗生素的反應(yīng)，從而找出有效的療法，而不必再花幾個(gè)星期。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《自然·納米技術(shù)上》。

藥物濫用增加了耐多種抗生素細(xì)菌的數(shù)量，如果有一種工具能快速探測并識(shí)別出細(xì)菌對抗生素的反應(yīng)，是非常有用的。而現(xiàn)有方法要幾周甚至一個(gè)月，醫(yī)生需要培養(yǎng)細(xì)菌然后觀察它們的生長，比如肺結(jié)核甚至要花一個(gè)月，才能確定某種抗生素對它是否有效。而研究小組結(jié)合了激光與納米技術(shù)，將這一過程的時(shí)間減少到幾分鐘。

細(xì)菌的活動(dòng)會(huì)在納米尺度造成振動(dòng)，但這些生命特征的信號很難覺察，而新檢測設(shè)備能將細(xì)菌新陳代謝的顯微運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為容易看見的電信號。該設(shè)備有一個(gè)極小的振動(dòng)杠桿，只比頭發(fā)絲略粗，探測到細(xì)菌的代謝活動(dòng)時(shí)，杠桿就會(huì)以細(xì)菌代謝活動(dòng)的頻率振動(dòng)，以此能確定有沒有某種細(xì)菌。這種振動(dòng)是納米級的，為了檢測這種振動(dòng)，研究人員發(fā)射一束激光到杠桿上，激光會(huì)反射回來，信號被轉(zhuǎn)換為電流信號。醫(yī)生和研究人員就能像讀“心電圖”一樣，根據(jù)讀取的電流信號做出分析解釋。如果電流信號是平直的，就說明細(xì)菌已經(jīng)全死了。

有了這種方法，醫(yī)生能輕松快速地確定某種細(xì)菌是否已被抗生素有效地“制伏”，這對那些耐藥性的菌種尤其關(guān)鍵，在醫(yī)療階段和化療測試中都很有用。EPFL研究人員喬瓦尼·迪特爾說：“這種方法快速而準(zhǔn)確。不僅能幫醫(yī)生確定所用抗生素的適當(dāng)劑量，還能幫研究人員找到最有效的方法。”

目前該測試工具已經(jīng)縮小到僅火柴盒大小。“如果把它與壓電設(shè)備結(jié)合而不是激光，還能進(jìn)一步縮小到微芯片大小。”迪特爾說，這樣結(jié)合起來能在幾分鐘內(nèi)測試出一系列抗生素治療某種細(xì)菌的效果。

研究人員還評估了新工具在腫瘤學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，有望用于檢查腫瘤細(xì)胞在抗癌藥物作用下的新陳代謝，評價(jià)某種抗癌療法的效果。