Phoebe Newman Naukowcy z Harvardu opracowali metodę przechowywania danych, która opiera się na mieszaninie barwników fluorescencyjnych nadrukowanych na powierzchni epoksydowej w małych miejscach. Mieszanina barwników w każdym miejscu koduje informacje, które są następnie odczytywane za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego.
Dyski optyczne, dyski flash i magnetyczne dyski twarde mogą przechowywać informacje cyfrowe tylko przez kilka dziesięcioleci, a ich utrzymanie wymaga dużo energii, co czyni te metody mniej niż idealnymi do długoterminowego przechowywania danych. Dlatego naukowcy przyglądali się wykorzystaniu molekuł jako alternatyw, w szczególności w Przechowywanie danych DNA. Jednak metody te wiążą się z własnymi wyzwaniami, w tym wysokimi kosztami syntezy oraz wolnymi szybkościami czytania i pisania.
Teraz naukowcy z Harvardu odkryli, jak wykorzystać barwniki fluorescencyjne jako kwantyfikatory w celu tańszego i szybszego przechowywania danych. nowy papier Opublikowano w czasopiśmie ACS Central Science. Naukowcy przetestowali swoją metodę, przechowując XIX-wiecznego fizyka Michael FaradayJego główne prace na temat elektromagnetyzmu i chemii, a także obraz Faradaya w formacie JPEG.
„Ta metoda może zapewnić dostęp do przechowywania danych archiwalnych przy niskich kosztach” Współautor Amit A. Nagarkar powiedział, który prowadził badania jako stażysta podoktorski w laboratorium George’a Whitesidesa na Uniwersytecie Harvarda. „[It] Zapewnia dostęp do długoterminowego przechowywania danych przy wykorzystaniu istniejących komercyjnych technologii – druku atramentowego i mikroskopii fluorescencyjnej. Nagarkar pracuje teraz dla startupu, który chce skomercjalizować tę metodę.
Chris Snape / personel Harvarda
Istnieje dobry powód do zainteresowania wykorzystaniem DNA do przechowywania danych. tak jak my Wspomniałem wcześniejDNA zawiera cztery chemiczne cegiełki – adeninę (A), tyminę (T), guaninę (G) i cytozynę (C) – które tworzą rodzaj kodu. Informacje mogą być przechowywane w DNA poprzez konwersję danych z kodu binarnego na kod podstawowy 4 i przypisanie go do jednego z czterech znaków. DNA ma znacznie większą gęstość danych niż tradycyjne systemy pamięci masowej. jeden gram może reprezentować Około 1 miliard terabajtów (1 zettabajt) danych. Jest to potężne medium: przechowywane dane mogą być przechowywane przez długi czas – dekady, a nawet stulecia.
Przechowywanie danych DNA znacznie się rozwinęło w ostatnich latach, co spowodowało kilka innowacyjnych zwrotów w podstawowej metodzie. Na przykład dwa lata temu Naukowcy ze Stanford pomyślnie Stworzył wydrukowaną w 3D wersję królika Stanforda – typowy model testowy w grafice komputerowej 3D – która przechowywała instrukcje drukowania, aby odtworzyć królika. Królik przechowuje około 100 kilobajtów danych, dzięki dodaniu nanocząsteczek zawierających DNA do plastiku użytego do jego drukowania 3D.
Jednak wykorzystanie DNA wiąże się również z poważnymi wyzwaniami. Na przykład przechowywanie i pobieranie danych z DNA zwykle zajmuje dużo czasu, biorąc pod uwagę wszystkie wymagane sekwencje. Nasza zdolność do syntezy DNA ma jeszcze długą drogę do przebycia, zanim stanie się praktycznym sposobem przechowywania danych. Inni naukowcy zbadali więc możliwość wykorzystania niebiologicznych polimerów do przechowywania danych molekularnych i odszyfrowywania (lub odczytywania) przechowywanych informacji poprzez sekwencjonowanie polimerów przy użyciu tandemowej spektrometrii masowej. Jednak wytwarzanie i oczyszczanie polimerów syntetycznych jest procesem kosztownym, złożonym i czasochłonnym.
Chris Snape / personel Harvarda
W 2019 r. Whitesides Lab Pokaż pomyślnie Przechowuj informacje w mieszaninie dostępnych na rynku kilka peptydów na metalowej powierzchni, bez konieczności stosowania kosztownych i czasochłonnych technik syntezy. Laboratorium użyło spektrometru masowego do rozróżnienia cząsteczek na podstawie ich masy cząsteczkowej w celu odczytania przechowywanych informacji. Ale nadal są pewne problemy, w szczególności informacje zostały uszkodzone podczas czytania. Ponadto proces odczytu był powolny (10 bitów na sekundę), a problemem było skalowanie w dół, ponieważ zmniejszenie rozmiaru plamki laserowej zwiększało szum w danych.
Aż do Nagarkaru i inni. Postanowiłem rozważyć cząsteczki, które można rozróżnić wizualnie, a nie masą cząsteczkową. W szczególności wybrali siedem dostępnych na rynku barwników fluorescencyjnych w różnych kolorach. Aby „zapisać” informacje, zespół wykorzystał drukarkę atramentową do osadzania zmieszanych roztworów barwnika fluorescencyjnego na podłożu epoksydowym zawierającym pewne reaktywne grupy aminowe. Kolejna reakcja tworzy stabilne wiązania amidowe, skutecznie blokując informacje na miejscu.
