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Robert N. Grass (AT) und Wendelin Stark (CH)

Gewinner des Europäischen Erfinderpreis 2021

Robert N. Grass (AT) and Wendelin Stark (CH)

Zusätzliches Video:

Kategorie: Forschung

Sektor: Biowissenschaft

Unternehmen: Haelixa AG

Patent: EP2831268

Erfindung: DNA-basierte Datenspeicherung

Die Chemieingenieure Robert N. Grass und Wendelin Stark haben ein zuverlässiges Datenspeicherungsverfahren entwickelt, bei dem digitale Daten auf DNA-Strängen verschlüsselt und in schützenden Glaskügelchen eingeschlossen werden. Mit diesem Verfahren könnten DNA-Marker auf Produkten angebracht werden, sodass es möglich ist, die Herkunft während der gesamten Lieferkette nachzuverfolgen und Daten über Jahrtausende vor Verfall zu schützen.

Aufgrund der zunehmenden Digitalisierung jedes Bereichs der Gesellschaft werden in immer kürzerer Zeit immer größere Datenmengen erzeugt. Die Festplatten und Server, auf denen die meisten dieser Daten gespeichert werden, haben nur eine begrenzte Lebensdauer von rund zehn Jahren. Angesichts der Bedeutung dieser Daten für die Gesellschaft ist die Entwicklung eines zuverlässigen und langfristigen Datenspeicherungsverfahrens ein vorrangiges Ziel. Da Nukleinsäuren Erbinformationen speichern, interessierten sich die Wissenschaftler dafür, ob sie auch andere Arten von Daten über Jahrzehnte speichern können. Die Umsetzbarkeit der Idee hängt jedoch davon ab, ob es möglich ist, synthetische DNA vor einem chemischen Abbau zu schützen, wenn sie Elementen wie Wasser, Hitze oder Luft ausgesetzt ist.

Inspiriert von der Tatsache, dass die DNA von Fossilien über Hunderttausende von Jahren konserviert wird, fanden Grass und Stark einen Weg, die Empfindlichkeit der vorhandenen DNA-Speicherverfahren zu reduzieren. Ihre patentierte Technologie wandelt digitale Daten (eine Folge von Nullen und Einsen) in eine entsprechende Sequenz der vier DNA-Basenpaare um. Dabei kommt ein Syntheseverfahren mit fehlerkorrigierender Codierung für beschädigte oder fehlende DNA zum Einsatz. Diese DNA wird dann in Glaskügelchen eingeschlossen, deren Durchmesser bis zu 10 000 Mal dünner ist als ein Blatt Papier. Die Kügelchen widerstehen Temperatureinflüssen und den meisten korrosiven Stoffen. Zum Auslesen der Daten können sie mit einer Fluoridlösung behandelt werden, die das Glas auflöst, ohne die DNA zu beschädigen. Da die Glaskügelchen so winzig sind, könnten mit diesem Verfahren riesige Datenmengen über Jahrtausende sicher gespeichert werden.

Auf dem Weg zur Alltagstauglichkeit

Die patentierte Technologie von Grass und Stark wird von der Haelixa AG vermarktet, einem von den beiden Erfindern mitgegründeten Spin-off der ETH Zürich. Neben der Datenspeicherung kann die Erfindung auch zur Kennzeichnung von Produkten wie Edelsteinen, Biobaumwolle oder gar tropischen Lebensmitteln verwendet werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass bestimmte Kenndaten - wie Herkunft oder Arbeitsbedingungen - während der gesamten Lieferkette nachverfolgt werden können.

Grass und Stark setzen ihre Arbeit an der ETH Zürich fort, Grass als Titularprofessor des Functional Materials Lab und Stark als Professor am Institut für Chemie- und Bioingenieurwissenschaften und Leiter des Labors für funktionelles Material-Engineering. Neben der Haelixa AG, die mittlerweile 11 Mitarbeiter einschließlich Beratern beschäftigt, gründeten Grass und Stark mehrere andere Unternehmen, über die sie ihre Arbeit kommerzialisieren. Die Erfinder wünschen sich eine Gesellschaft, in der die DNA-Datenspeicherung effektiv, wirtschaftlich tragfähig und in Alltagstechnologien verfügbar ist.

  • Robert N. Grass (rechts) und Wendelin Stark

    Robert N. Grass (rechts) und Wendelin Stark

  • DNA-basierte Datenspeicherung

    DNA-basierte Datenspeicherung

  • Robert N. Grass (rechts) und Wendelin Stark

    Robert N. Grass (rechts) und Wendelin Stark