Bevarelse af indholdet af New York Public Library i en teskefuld protein, uden energi, i millioner af år

Bøger kan brænde. Computere bliver hacket. DVD'er nedbrydes. Teknologier til lagring af information - blæk på papir, computere, cd'er og dvd'er, og endda DNA – fortsæt med at forbedre. Og stadigvæk, trusler så simple som vand og så komplekse som cyberangreb kan stadig ødelægge vores optegnelser.

Mens databoomet fortsætter med at boome, mere og mere information bliver arkiveret på mindre og mindre plads. Selv skyen - hvis navn lover uigennemsigtig, uendelig plads - vil til sidst løbe tør for plads, kan ikke forpurre alle hackere, og sluger energi. Nu, en ny måde at lagre information på kan stabilt huse data i millioner af år, lever uden for det hackbare internet, og, engang skrevet, bruger ingen energi. Alt du behøver er en kemiker, nogle billige molekyler, og dine dyrebare oplysninger.

"Tænk at opbevare indholdet af New York Public Library med en teskefuld protein, " siger Brian Cafferty, første forfatter på papiret, der beskriver den nye teknik og en postdoktor i laboratoriet hos George Whitesides, Woodford L. og Ann A. Flowers University Professor ved Harvard University. Værket blev udført i samarbejde med Milan Mrksich og hans gruppe ved Northwestern University.

"I hvert fald på dette stadium, vi ser ikke, at denne metode konkurrerer med eksisterende metoder til datalagring, " siger Cafferty. "Vi ser det i stedet som et supplement til disse teknologier og, som et indledende mål, velegnet til langtidslagring af arkivdata."

Caffertys kemiske værktøj erstatter muligvis ikke skyen. Men arkiveringssystemet tilbyder et lokkende alternativ til biologiske opbevaringsværktøjer som DNA. For nylig, videnskabsmænd opdagede, hvordan man manipulerer vores loyale vogter af genetisk information til at kode mere end blot øjenfarve. Forskere kan nu syntetisere DNA-strenge for at registrere enhver information, herunder kattevideoer, kost trends, og madlavningsvejledninger (om de skal er et andet spørgsmål).

Men mens DNA er lille sammenlignet med computerchips, makromolekylet er stort i den molekylære verden. Og, DNA-syntese kræver kvalificeret og ofte gentagne arbejdskraft. Hvis hver besked skal designes fra bunden, Opbevaring af makromolekyler kan blive langt og dyrt arbejde.

"Vi satte os for at udforske en strategi, der ikke låner direkte fra biologien, " siger Cafferty. "Vi stolede i stedet på teknikker, der er almindelige inden for organisk og analytisk kemi, og udviklet en tilgang, der bruger små, lavmolekylære molekyler til at kode information."

Med kun én syntese, holdet kan producere nok små molekyler til at kode flere kattevideoer ad gangen, gør denne tilgang mindre arbejdskrævende og billigere end en baseret på DNA.

For deres lavvægtige molekyler, holdet valgte oligopeptider (to eller flere peptider bundet sammen), som er almindelige, stabil, og mindre end DNA, RNA eller proteiner.

Oligopeptider varierer også i masse, afhængig af deres antal og type aminosyrer. Blandet sammen, de kan skelnes fra hinanden, som bogstaver i alfabetsuppe.

Det er lidt kompliceret at lave ord ud fra bogstaverne:I en mikrobrønd – som en miniatureversion af en muldvarp, men med 384 molhuller – indeholder hver brønd oligopeptider med varierende masse. Ligesom blæk absorberes på en side, oligopeptidblandingerne samles derefter på en metaloverflade, hvor de opbevares. Hvis holdet ønsker at læse tilbage, hvad de "skrev, " de tager et kig på en af ​​brøndene gennem et massespektrometer, som sorterer molekylerne efter masse. Dette fortæller dem, hvilke oligopeptider der er til stede eller fraværende:Deres masse afgiver dem.

Derefter, at oversætte virvar af molekyler til bogstaver og ord, de lånte den binære kode. Et "M, " for eksempel, bruger fire ud af otte mulige oligopeptider, hver med forskellig masse. De fire, der flyder i brønden modtager en "1, " mens de manglende fire modtager et "0." Den molekylære-binære kode peger på et tilsvarende bogstav eller, hvis oplysningerne er et billede, en tilsvarende pixel.

Med denne metode, en blanding af otte oligopeptider kan lagre en byte af information; 32 kan lagre fire bytes; og flere kunne gemme endnu mere.

Indtil nu, Cafferty og hans team "skrev, " gemt, og "læs" fysiker Richard Feynmans berømte foredrag "Der er masser af plads i bunden, "et foto af Claude Shannon (kendt som informationsteoriens fader), og Hokusai's træblokmaleri Den store bølge ud for Kanagawa. Da det globale digitale arkiv anslås at ramme 44 billioner gigabyte i 2020 (ti gange så meget som i 2013), et billede af en tsunami virker passende.

Lige nu, holdet kan hente deres lagrede mesterværker med 99,9 % nøjagtighed. Deres "skrivning" er i gennemsnit 8 bit pr. sekund og "læsning" er i gennemsnit 20 bit pr. sekund. Selvom deres "skrivehastighed" langt overgår skrivning med syntetisk DNA, læsning kunne være både hurtigere og billigere med makromolekylet.

Men, med hurtigere teknologi, holdets hastigheder vil helt sikkert stige. En inkjet printer, for eksempel, kunne generere fald med hastigheder på 1, 000 i sekundet og proppe mere information ind i mindre områder. Og, forbedrede massespektrometre kunne tage endnu mere information ind ad gangen.

Holdet kunne også forbedre stabiliteten, pris, og kapaciteten af ​​deres molekylære lagring med forskellige klasser af molekyler. Deres oligopeptider er specialfremstillede og, derfor, dyrere. Men fremtidige biblioteksbyggere kunne købe billige molekyler (som alkanthioler), der ville koste kun en cent at optage 100, 000, 000 bit information.

I modsætning til andre molekylære informationslagringssystemer, som er afhængige af et bestemt molekyle, denne tilgang kan bruge ethvert formbart molekyle, så længe det kan manipuleres til skelnelige bits.

Oligopeptider - og lignende valg - er allerede modstandsdygtige. "Oligopeptider har stabiliteter på hundreder eller tusinder af år under passende forhold, " ifølge avisen. De hårdføre molekyler kunne holde ud uden lys eller ilt, i høj varme og tørke. Og, i modsætning til skyen, som hackere kan få adgang til fra deres yndlingslænestol, det molekylære lager kan kun tilgås personligt. Selv hvis en tyv finder dataopbevaringen, der skal lidt kemi til for at hente koden.

Caffertys skalerbare molekylære bibliotek er en stabil, nul-energi, og korruptionsbestandig mulighed for fremtidig informationslagring. Så, hvis bøger brænder, computere bliver hacket, og dvd'er fejler, en muldvarp fuld af information kunne fortsætte med at minde fremtidens menneskehed om, hvor meget vi elsker en god kattevideo.

Undersøgelsen er publiceret i ACS Central Science .