Med molekylær datalagring, kattevideoer kan overleve os alle

Fra bøger til disketter til magnetisk hukommelse, teknologier til lagring af information bliver stadig bedre. Alligevel kan trusler så simple som vand og så komplekse som cyberangreb stadig ødelægge vores optegnelser.

Mens databoomet fortsætter, mere og mere information bliver gemt på mindre og mindre plads. Selv skyen - hvis navn lover uigennemsigtig, uendelig plads - vil til sidst nå sin lagergrænse, kan ikke modarbejde alle hackere, og sluger energi. Nu, en ny måde at gemme informationsliv uden for det hackbare internet, bruger ingen energi, når først det er skrevet, og, ifølge en af ​​forskerne, der udviklede det, "kunne tillade information at blive bevaret i millioner af år."

"Tænk at opbevare indholdet af New York Public Library med en teskefuld protein, " sagde Brian Cafferty, en postdoktor i George Whitesides laboratorium og forfatter på et papir, der beskriver den nye teknik. 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, " sagde 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 lagringsværktøjer såsom syntetisk DNA, som videnskabsmænd for nylig lærte at manipulere for at registrere enhver information, inklusive GIF'er, madlavnings tutorials, tekst, og musik.

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

"Vi satte os for at udforske en strategi, der ikke låner direkte fra biologien, " sagde 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 producerede nok små molekyler til at kode flere videoer på én gang, gør tilgangen 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 i masse, afhængigt af deres antal og type af aminosyrer. Blandet sammen, de kan skelnes fra hinanden, som bogstaver i alfabetsuppe.

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

At oversætte virvar af molekyler til bogstaver og ord, forskere lånte den binære kode. En M, for eksempel, bruger fire ud af otte mulige oligopeptider, hver med forskellig masse. De fire, der flyder i brønden, får en 1, mens de manglende fire får et nul. Den molekylær-binære kode peger på et tilsvarende bogstav eller, hvis oplysningerne er et billede, en tilsvarende pixel.

Med denne metode, en blanding af otte oligopeptider kunne lagre en byte af information; 32 kan lagre fire bytes; og så videre.

Indtil nu, Cafferty og hans team har "skrevet, " gemt, og "læste" fysiker Richard Feynmans berømte foredrag "Der er masser af plads på bunden, "et foto af Claude Shannon (kendt som informationsteoriens fader), og Hokusais træblokmaleri "Den store bølge ud for Kanagawa." Da det anslås, at det globale digitale arkiv vil ramme 44 billioner gigabyte i 2020 (10 gange dets størrelse i 2013), et billede af en tsunami virkede passende.

Holdet kan hente deres gemte mesterværker med 99,9 procents nøjagtighed. Deres skrivning er i gennemsnit otte bit i sekundet og deres læsning, 20. Fordi deres skrivehastighed langt overstiger skrivning med syntetisk DNA, på dette stadium kunne læsning være både hurtigere og billigere med makromolekylet. Men med hurtigere teknologi, holdets hastigheder vil sandsynligvis 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, koste, 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, som kunne optage 100, 000, 000 bits information for kun en cent. 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 kan 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. Selvom en tyv finder dataopbevaringen, kemi er nødvendig for at hente koden.

Denne historie er offentliggjort med tilladelse fra Harvard Gazette, Harvard Universitys officielle avis. For yderligere universitetsnyheder, besøg Harvard.edu.