Hârtia seminală a lui Michael Faraday este stocată digital în coloranți fluorescenți

Discurile optice, unitățile flash și hard diskurile magnetice pot stoca informații digitale doar câteva decenii și necesită multă energie pentru a le întreține, ceea ce face ca aceste metode să fie mai puțin ideale pentru stocarea pe termen lung a datelor. Așadar, cercetătorii au analizat utilizarea moleculelor ca alternative, mai ales în Stocarea datelor ADN. Cu toate acestea, aceste metode vin cu propriile provocări, inclusiv costuri ridicate de sinteză și rate de citire și scriere lente.

Acum, oamenii de știință de la Harvard au descoperit cum să folosească coloranții fluorescenți ca cuantificatori pentru o modalitate mai ieftină și mai rapidă de stocare a datelor, potrivit hârtie nouă Publicat în revista ACS Central Science. Cercetătorii și-au testat metoda stocând un fizician din secolul al XIX-lea Michael FaradayLucrările sale principale despre electromagnetism și chimie, precum și o imagine JPEG a lui Faraday.

„Această metodă poate oferi acces la stocarea datelor de arhivă la un cost redus”, Co-autorul Amit A. Nagarkar, care a efectuat cercetarea ca om postdoctoral în laboratorul lui George Whitesides de la Universitatea Harvard. „[It] Oferă acces la stocarea datelor pe termen lung utilizând tehnologiile comerciale existente – imprimare cu jet de cerneală și microscopie cu fluorescență. Nagarkar lucrează acum pentru un startup care dorește să comercializeze metoda.

Există motive întemeiate pentru tot interesul de a utiliza ADN pentru a stoca date. așa cum suntem Am menționat mai devremeADN-ul conține patru blocuri chimice – adenină (A), timină (T), guanină (G) și citozină (C) – care formează un fel de cod. Informațiile pot fi stocate în ADN convertind datele dintr-un cod binar într-un cod de bază 4 și atribuindu-le unuia dintre cele patru caractere. ADN-ul are o densitate de date mult mai mare decât sistemele tradiționale de stocare. un gram poate reprezenta Aproximativ 1 miliard de terabyte (1 zettabyte) de date. Este un mediu puternic: datele stocate pot fi păstrate pentru perioade lungi de timp – decenii sau chiar secole.

Stocarea datelor ADN a avansat semnificativ în ultimii ani, rezultând unele răsuciri inovatoare în metoda de bază. De exemplu, acum doi ani, Oamenii de știință din Stanford au reușit El a realizat o versiune tipărită 3D a iepurelui Stanford – un model de test comun în grafica computerizată 3D – care stoca instrucțiuni de imprimare pentru a reproduce iepurele. Iepurele deține aproximativ 100 de kilobyți de date, datorită adăugării de nanoparticule care conțin ADN la plasticul folosit pentru imprimarea 3D.

Dar utilizarea ADN-ului prezintă și provocări semnificative. De exemplu, stocarea și recuperarea datelor din ADN necesită de obicei o cantitate semnificativă de timp, având în vedere toate secvențele necesare. Abilitatea noastră de a sintetiza ADN are încă un drum lung de parcurs înainte ca acesta să devină un mod practic de stocare a datelor. Deci, alți oameni de știință au explorat posibilitatea utilizării polimerilor non-biologici pentru a stoca date moleculare și descifra (sau citi) informațiile stocate prin secvențierea polimerilor utilizând spectrometria de masă tandem. Cu toate acestea, fabricarea și purificarea polimerilor sintetici este un proces costisitor, complex și care consumă mult timp.

În 2019, Whitesides Lab Afișați cu succes Stocați informații într-un amestec de produse disponibile în comerț câteva peptide pe o suprafață metalică, fără a fi nevoie de tehnici de sinteză costisitoare și consumatoare de timp. Laboratorul a folosit un spectrometru de masă pentru a distinge moleculele prin greutatea lor moleculară pentru a citi informațiile stocate. Dar există încă unele probleme, în special faptul că informațiile au fost corupte în timpul citirii. De asemenea, procesul de citire a fost lent (10 biți pe secundă), iar reducerea redimensionării a fost o problemă, deoarece reducerea dimensiunii punctului laser a crescut zgomotul din date.

Până la Nagarkar si altii. Am decis să iau în considerare moleculele care pot fi distinse vizual mai degrabă decât prin greutate moleculară. Mai exact, au ales șapte coloranți fluorescenți disponibili în comerț în diferite culori. Pentru a „scrie” informația, echipa a folosit o imprimantă cu jet de cerneală pentru a depune soluții mixte de coloranți fluorescenți pe un substrat epoxidic conținând anumite grupări amino reactive. Reacția ulterioară formează legături amidice stabile, blocând efectiv informațiile la locul lor.