La carta seminale di Michael Faraday è conservata digitalmente in coloranti fluorescenti

Dischi ottici, unità flash e dischi rigidi magnetici possono archiviare informazioni digitali solo per alcuni decenni e richiedono molta energia per la manutenzione, rendendo questi metodi tutt’altro che ideali per l’archiviazione dei dati a lungo termine. Quindi i ricercatori hanno cercato di utilizzare le molecole come alternative, in particolare in Archiviazione dei dati del DNA. Tuttavia, questi metodi presentano le loro sfide, inclusi costi di sintesi elevati e velocità di lettura e scrittura lente.

Ora, gli scienziati di Harvard hanno scoperto come utilizzare i coloranti fluorescenti come quantificatori per un modo più economico e veloce di archiviare i dati, secondo nuovo documento Pubblicato sulla rivista ACS Central Science. I ricercatori hanno testato il loro metodo conservando un fisico del 19° secolo Michael FaradayI suoi articoli principali sull’elettromagnetismo e la chimica, oltre a un’immagine JPEG di Faraday.

“Questo metodo può fornire l’accesso all’archiviazione dei dati a basso costo”, Il coautore Amit A. Nagarkar ha detto, che ha condotto la ricerca come borsista post-dottorato nel laboratorio di George Whitesides all’Università di Harvard. “[It] Fornisce l’accesso all’archiviazione dei dati a lungo termine utilizzando le tecnologie commerciali esistenti: stampa a getto d’inchiostro e microscopia a fluorescenza. Nagarkar ora lavora per una startup che vuole commercializzare il metodo.

C’è una buona ragione per tutto l’interesse nell’usare il DNA per memorizzare i dati. come siamo Ho accennato primaIl DNA contiene quattro elementi costitutivi chimici – adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C) – che formano una sorta di codice. Le informazioni possono essere memorizzate nel DNA convertendo i dati da un codice binario a un codice base 4 e assegnandolo a uno dei quattro caratteri. Il DNA ha una densità di dati molto più elevata rispetto ai sistemi di archiviazione tradizionali. un grammo può rappresentare Circa 1 miliardo di terabyte (1 zettabyte) di dati. È un mezzo potente: i dati archiviati possono essere conservati per lunghi periodi di tempo – decenni o addirittura secoli.

L’archiviazione dei dati del DNA è progredita in modo significativo negli ultimi anni, determinando alcune svolte innovative nel metodo di base. Ad esempio, due anni fa, Scienziati di Stanford con successo Ha realizzato una versione stampata in 3D del coniglio di Stanford – un modello di prova comune in computer grafica 3D – che memorizzava le istruzioni di stampa per riprodurre il coniglio. Il coniglio contiene circa 100 kilobyte di dati, grazie all’aggiunta di nanoparticelle contenenti DNA alla plastica utilizzata per stamparlo in 3D.

Ma l’uso del DNA presenta anche sfide significative. Ad esempio, l’archiviazione e il recupero dei dati dal DNA di solito richiede una notevole quantità di tempo, date tutte le sequenze richieste. La nostra capacità di sintetizzare il DNA ha ancora molta strada da fare prima che diventi un modo pratico per memorizzare i dati. Così altri scienziati hanno esplorato la possibilità di utilizzare polimeri non biologici per archiviare dati molecolari e decifrare (o leggere) le informazioni archiviate sequenziando i polimeri utilizzando la spettrometria di massa tandem. Tuttavia, la produzione e la purificazione di polimeri sintetici è un processo costoso, complesso e dispendioso in termini di tempo.

Nel 2019, Whitesides Lab Mostra con successo Memorizzare le informazioni in una combinazione di disponibili in commercio pochi peptidi su una superficie metallica, senza la necessità di tecniche di sintesi costose e dispendiose in termini di tempo. Il laboratorio ha utilizzato uno spettrometro di massa per distinguere le molecole in base al loro peso molecolare per leggere le informazioni memorizzate. Ma ci sono ancora alcuni problemi, in particolare che le informazioni sono state danneggiate durante la lettura. Inoltre, il processo di lettura era lento (10 bit al secondo) e il downscaling era un problema, poiché la riduzione della dimensione del punto laser aumentava il rumore nei dati.

Fino a Nagarkar e altri. Ho deciso di considerare molecole che possono essere distinte visivamente piuttosto che per peso molecolare. Nello specifico, hanno scelto sette coloranti fluorescenti disponibili in commercio in diversi colori. Per “scrivere” le informazioni, il team ha utilizzato una stampante a getto d’inchiostro per depositare soluzioni di coloranti fluorescenti miste su un substrato epossidico contenente alcuni gruppi amminici reattivi. La reazione successiva forma legami ammidici stabili, bloccando efficacemente le informazioni in posizione.