Secondo le previsioni degli istituti di ricerca di mercato, entro il 2027 il volume di dati generati a livello globale raggiungerà i 284 zettabyte. Tuttavia, la capacità di archiviazione disponibile a livello mondiale sta crescendo a un ritmo decisamente più lento rispetto all’aumento esponenziale dei dati. Ciò ha innescato una crescente necessità di soluzioni di archiviazione efficienti, compatte, economiche e a basso consumo energetico, soprattutto per quei dati che devono essere conservati a lungo ma vengono consultati raramente. Nel contesto di questa sfida tecnologica, il progetto BIOSYNTH, guidato da vari istituti Fraunhofer, sta esplorando un’idea rivoluzionaria: utilizzare il DNA sintetico come mezzo di archiviazione a lungo termine. Il DNA, la molecola alla base dell’ereditarietà, è capace di conservare enormi quantità di informazioni in uno spazio estremamente ridotto e per periodi di tempo molto lunghi. Non si tratta di DNA biologico naturale, bensì di catene sintetiche create in laboratorio tramite processi altamente digitalizzati.
Come funziona l’archiviazione su DNA
Il principio è semplice nella teoria: i dati digitali binari (0 e 1) vengono codificati in sequenze di basi del DNA — adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G). Questa sequenza viene poi sintetizzata come una catena artificiale di DNA. Anche se durante il processo di scrittura possono verificarsi errori, l’uso di algoritmi avanzati e sistemi di monitoraggio su chip consente una tolleranza agli errori, garantendo l’integrità dei dati archiviati.
Aumentare la densità di archiviazione con la microelettronica
Uno dei principali ostacoli storici all’uso del DNA come supporto dati è stata l’inefficienza dei processi di sintesi microbiologica. BIOSYNTH risponde a questo limite sviluppando una piattaforma basata su tecnologie di produzione microchip ad alta integrazione. Questa piattaforma riduce drasticamente i volumi di campione e moltiplica il numero di celle reattive miniaturizzate su ogni chip, grazie a un controllo integrato a livello di CMOS.
Cosa compone la piattaforma microchip
Il microchip include:
- Elettronica di controllo CMOS integrata
- Celle reattive miniaturizzate
- Micro-riscaldatori
- Punti OLED e fotodiodi
Questi componenti permettono la sintesi termica delle molecole biologiche e il monitoraggio ottico in tempo reale.
Il monitoraggio ottico del processo
Ogni cella reattiva funziona come un mini-bioreattore: algoritmi selezionano le celle da attivare per generare specifiche molecole. Micro-riscaldatori locali favoriscono la sintesi, mentre le OLED emettono impulsi ottici. I fotodiodi adiacenti rilevano il successo della reazione, permettendo di controllare e correggere il processo in modo dinamico e preciso.
Obiettivi e vantaggi della piattaforma
L’ambizione è sostituire i grandi sistemi di sintesi oggi in uso — che occupano intere stanze — con una piattaforma portatile, a basso consumo energetico, adatta alla produzione in serie e all’integrazione commerciale. Questa tecnologia apre la strada a un futuro in cui l’archiviazione su DNA potrà diventare una realtà concreta, scalabile e sostenibile.
Applicazioni oltre l’archiviazione
Nel breve termine, il progetto mira anche ad applicazioni nei settori:
- Biologia e biochimica
- Tecnologia ambientale e alimentare
- Biocomputing
- Medicina personalizzata
Un esempio: l’uso di molecole sintetiche per identificare precocemente e analizzare l’impatto di sostanze inquinanti sull’organismo umano, o per sviluppare terapie mirate e personalizzate.
Dalla ricerca all’industria
Partner come Infineon Technologies, X-FAB Semiconductor, Hybrotec GmbH, l’Archivio Federale di Coblenza e l’Università di Marburgo supportano BIOSYNTH nel trasferimento tecnologico verso l’industria. I primi dimostratori saranno presentati alla Global Synthetic Biology Conference (SynBioBeta) a San Jose (California), dal 5 all’8 maggio 2025, presso il Padiglione Internazionale, Stand 700 C.
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