[实用新型]多波长菌紫质光信息读、写、擦除装置

说明书

本实用新型涉及在一种生物光存储材料——菌紫质上存储信息的装置，特别是一种多波长菌紫质光信息读、写擦除装置，属于激光技术领域。

信息化社会的发展离不开高性能的存储介质，同时存储技术也一直是信息技术中最重要也是发展最快的部分之一。在计算机技术飞速发展的今天，对高速大容量存储技术和随机快速存储技术的发展需求甚为迫切，而现行的存储介质(如半导体存储器、磁盘、光盘、磁带等)，由于自身材料的性能而受到很大限制(如半导体光刻技术以临近极限、硅单晶的生长和掺杂工艺的要求也越来越高。同时随着集成度的不断提高，元件间距不断缩小，使元件间的干扰日趋严重，散热问题也难以解决)。因此，人们在迫切寻找新的材料代替目前的硅片。

光盘是继缩微技术(适于40年代)和磁性存储介质(适于60年代)之后发展起来的一种崭新的也是最为成功的一种信息存储系统。它通过激光束照射到旋转的盘片(由保护层、记录介质层、反射层和基片组成)上，利用记录介质层所发生的物理或化学变化，从而改变光的反射和透过强度而进行二进制信息的记录。它的特点是存储密度高、信息容量大、保存时间长。光盘可分为三大类型：只读型光盘(ROM)、一次写多次读型光盘(WORM)和可擦除型光盘(EDRAW)。本发明所涉及的是EDRAW型光盘。EDRAW光盘不同于CD和WORM光盘，其存储是可逆的，即写读和擦除。目前这种类型的光盘主要基于磁光效应、可拟相变和光致变色，目前商品化的EDRAW光盘采用的均系无机材料。而本实用新型可以应用于EDROM超高密度光盘。

本世纪八十年代以来，人们发现某些生物分子具有优异的光致变色、高速光电响应和开关存储及自装配与自组织的功能，能够满足今后高速、大容量存储和数据信息并行处理的需求，从而在全球范围内兴起了生物分子器件和生物分子计算机研究的热潮。嗜盐菌紫膜光敏蛋白-细菌视紫红质(Bacteriorhodopsin，简称菌紫质或BR)就是其中的杰出代表。

细菌视紫红质是野生嗜盐菌(Halobacterium，halobium)细胞膜上自然形成的二维结晶—紫膜(Purple membrane，PM)中唯一的蛋白成分，分子量约为26000。它的组织在盐浓度比海水高6倍多的盐沼中生存，紫膜中包含蛋白质—细菌视紫红质和磷脂基质(蛋白质∶磷脂＝3∶1)，并形成具有准晶体结构的三聚物，这种三聚物在细菌细胞中具有跨膜运输质子的质子泵功能，通过吸收光子，细菌视紫红质可以从暗适应状态转化为光适应状态，并引发一个带有许多中间态(bR-K-M-N-O-P-bR)的光循环过程，从而产生跨膜质子梯度，完成质子从细胞质侧(Cytoplasmic)向细胞外侧(Extracellular)的跨膜传输，将光能转化为化学能来把磷酸盐和ADP合成为能量物质ATP。细菌视紫红质为垂直于细胞膜表面的含7个α螺旋的多肽棒，多肽键跨过膜，其C端在膜内，N端在膜外，质子通过席夫碱完成跨膜传输。由BR材料制备的生物分子膜是目前发现的唯一的结晶生物膜，它具有独特的光驱动质子泵和顺反开关功能，及双稳态和快速光电响应特性，特别是它的优良光致变色性能在光存储领域深具发展的前景，已经逐渐成为国际上普遍关注的光存储和光信息处理的新型热点材料。

本实用新型的目的是设计一种多波长的光信息读写和擦除装置，用以实现在公知的生物存储介质-细菌视紫红质上可多次反复擦、写、读的光信息存储。

多波长菌紫质光信息读、写、擦除装置，包括三组分别独立工作的光学系统，每一组光学系统均由公知的光学器件组合成相应的光路，其特征是按光路传递顺序，写入部分包括光源、扩束器、准直镜、空间光调制器、成像光学装置和监视器；读出部分包括光源、扩束器、准直器、成像光学准直和图像读出器；擦除部分包括光源、扩束器、准直器，菌紫质生物分子膜存储器件置于写入部分成像光学装置的成像面处，该位置也位于擦除部分准直器后及位于读出部分的成像光学装置与准直器之间，读、写、擦除的三个光源输出波长不同。写入读出部分的准直器前还设有光学滤波器，写入、读出、擦除三部分的光源分别为输出波长为620～670nm、585～610nm、470～500nm的激光器，写入、读出、擦除三部分的光路中，均分别设有活动遮光挡板。写入部分的监视器可以是CCD器件计算机显示器构成的实时监测，读出部分的图像读出器是由CCD器件、图像采集卡、图像数据处理软件与计算机共同构成。

附图及实施细则。

图1为BR分子光信息存储装置示意图。

图2为分子膜存贮器件示意图。