Michael Faraday’in çığır açan kağıdı, floresan boyalarda dijital olarak saklanıyor

Optik diskler, flash sürücüler ve manyetik sabit sürücüler yalnızca birkaç on yıl boyunca dijital bilgileri depolayabilir ve bakımları çok fazla enerji gerektirdiğinden bu yöntemleri uzun vadeli veri depolama için ideal olmaktan çıkarır. Bu yüzden araştırmacılar, molekülleri alternatif olarak kullanmaya bakıyorlar, özellikle de DNA veri depolama. Ancak, bu yöntemlerin yüksek sentez maliyetleri ve yavaş okuma ve yazma oranları da dahil olmak üzere kendi zorlukları vardır.

Şimdi, Harvard bilim adamları, veri depolamanın daha ucuz ve daha hızlı bir yolu için niceleyici olarak floresan boyaların nasıl kullanılacağını anladılar. yeni kağıt ACS Central Science dergisinde yayınlandı. Araştırmacılar yöntemlerini 19. yüzyıldan kalma bir fizikçiyi depolayarak test ettiler Michael FaradayElektromanyetizma ve kimya üzerine birincil makalelerinin yanı sıra Faraday’ın bir JPEG görüntüsü.

“Bu yöntem, arşiv veri depolamasına düşük maliyetle erişim sağlayabilir” Ortak yazar Amit A. Nagarkar.Harvard Üniversitesi’nde George Whitesides’ın laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olarak araştırmayı yürüten Dr. “[It] Mürekkep püskürtmeli baskı ve floresan mikroskobu gibi mevcut ticari teknolojileri kullanarak uzun vadeli veri depolamaya erişim sağlar. Nagarkar şimdi yöntemi ticarileştirmek isteyen bir girişim için çalışıyor.

Verileri depolamak için DNA’yı kullanma konusundaki tüm ilginin iyi bir nedeni var. olduğumuz gibi daha önce bahsetmiştimDNA, bir tür kod oluşturan adenin (A), timin (T), guanin (G) ve sitozin (C) olmak üzere dört kimyasal yapı taşı içerir. Bilgi, ikili bir koddan bir baz koda 4 dönüştürülerek ve dört karakterden birine atanarak DNA’da saklanabilir. DNA, geleneksel depolama sistemlerinden çok daha yüksek bir veri yoğunluğuna sahiptir. bir gram temsil edebilir Yaklaşık 1 milyar terabayt (1 zettabayt) veri. Güçlü bir ortamdır: depolanan veriler uzun süreler boyunca, on yıllar hatta yüzyıllar boyunca tutulabilir.

DNA verilerinin depolanması son yıllarda önemli ölçüde ilerlemiş ve temel yöntemde bazı yenilikçi bükülmelere neden olmuştur. Örneğin, iki yıl önce, Stanford bilim adamları başarıyla Stanford tavşanının 3B baskılı bir versiyonunu yaptı – 3B bilgisayar grafiklerinde yaygın bir test modeli – tavşanı çoğaltmak için yazdırma talimatlarını depoladı. Tavşan, 3D yazdırmak için kullanılan plastiğe DNA içeren nanoparçacıkların eklenmesi sayesinde yaklaşık 100 kilobayt veri tutar.

Ancak DNA’nın kullanımı da önemli zorluklar sunuyor. Örneğin, gerekli tüm diziler göz önüne alındığında, DNA’dan veri depolamak ve almak genellikle önemli miktarda zaman alır. DNA’yı sentezleme yeteneğimizin, veri depolamanın pratik bir yolu haline gelmesi için daha kat etmesi gereken uzun bir yol var. Bu nedenle diğer bilim adamları, moleküler verileri depolamak için biyolojik olmayan polimerleri kullanma ve tandem kütle spektrometrisi kullanarak polimerleri sıralayarak depolanan bilgileri deşifre etme (veya okuma) olasılığını araştırdılar. Bununla birlikte, sentetik polimerlerin üretimi ve saflaştırılması pahalı, karmaşık ve zaman alıcı bir işlemdir.

2019 yılında Whitesides Lab Başarıyla göster Bilgileri ticari olarak temin edilebilen bir karışımda saklayın birkaç peptit pahalı ve zaman alıcı sentez tekniklerine ihtiyaç duymadan metal bir yüzey üzerinde. Laboratuvar, depolanan bilgileri okumak için molekülleri moleküler ağırlıklarına göre ayırt etmek için bir kütle spektrometresi kullandı. Ancak hala bazı sorunlar var, özellikle de bilgilerin okuma sırasında bozulması. Ayrıca, okuma işlemi yavaştı (saniyede 10 bit) ve lazer noktası boyutunun küçültülmesi verilerdeki paraziti artırdığından ölçek küçültme bir sorundu.

Nagarkar’a kadar ve diğerleri. Moleküler ağırlıktan ziyade görsel olarak ayırt edilebilen molekülleri düşünmeye karar verdim. Spesifik olarak, farklı renklerde ticari olarak temin edilebilen yedi floresan boyayı seçtiler. Bilgiyi “yazmak” için ekip, belirli reaktif amino grupları içeren bir epoksi substrat üzerine karışık floresan boya çözeltilerini biriktirmek için bir mürekkep püskürtmeli yazıcı kullandı. Sonraki reaksiyon, bilgiyi etkin bir şekilde yerinde kilitleyerek stabil amid bağları oluşturur.