Đĩa quang, ổ flash và ổ cứng từ tính chỉ có thể lưu trữ thông tin kỹ thuật số trong vài thập kỷ và chúng đòi hỏi rất nhiều năng lượng để duy trì, khiến những phương pháp này không lý tưởng để lưu trữ dữ liệu lâu dài. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã xem xét việc sử dụng các phân tử làm lựa chọn thay thế, đáng chú ý nhất là trong Lưu trữ dữ liệu DNA. Tuy nhiên, những phương pháp này đi kèm với những thách thức riêng, bao gồm chi phí tổng hợp cao và tốc độ đọc và ghi chậm.

Giờ đây, các nhà khoa học Harvard đã tìm ra cách sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang làm chất định lượng để lưu trữ dữ liệu một cách rẻ hơn và nhanh hơn, theo giấy mới Được đăng trên tạp chí ACS Central Science. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm phương pháp của họ bằng cách lưu trữ một nhà vật lý thế kỷ 19 Michael FaradayCác bài báo chính của ông về điện từ và hóa học, cũng như hình ảnh JPEG của Faraday.

“Phương pháp này có thể cung cấp quyền truy cập vào bộ nhớ dữ liệu lưu trữ với chi phí thấp” Đồng tác giả Amit A. Nagarkar. Cho biết, người đã thực hiện nghiên cứu với tư cách là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của George Whit Ngoài tại Đại học Harvard. “[It] Nó cung cấp quyền truy cập vào việc lưu trữ dữ liệu lâu dài bằng cách sử dụng các công nghệ thương mại hiện có – in phun và kính hiển vi huỳnh quang. Nagarkar hiện đang làm việc cho một công ty khởi nghiệp muốn thương mại hóa phương pháp này.

Có lý do chính đáng cho tất cả sự quan tâm đến việc sử dụng DNA để lưu trữ dữ liệu. như chúng tôi là Tôi đã đề cập trước đóDNA chứa bốn khối xây dựng hóa học – adenine (A), thymine (T), guanine (G) và cytosine (C) – tạo thành một loại mã. Thông tin có thể được lưu trữ trong DNA bằng cách chuyển đổi dữ liệu từ mã nhị phân sang mã cơ sở 4 và gán nó cho một trong bốn ký tự. DNA có mật độ dữ liệu cao hơn nhiều so với các hệ thống lưu trữ truyền thống. một gam có thể đại diện Khoảng 1 tỷ terabyte (1 zettabyte) dữ liệu. Nó là một phương tiện mạnh mẽ: dữ liệu được lưu trữ có thể được lưu giữ trong thời gian dài – hàng thập kỷ hoặc thậm chí hàng thế kỷ.

Việc lưu trữ dữ liệu DNA đã tiến bộ đáng kể trong những năm gần đây, dẫn đến một số bước ngoặt sáng tạo trong phương pháp cơ bản. Ví dụ, hai năm trước, Các nhà khoa học Stanford thành công Ông đã tạo ra một phiên bản in 3D của thỏ Stanford – một mô hình thử nghiệm phổ biến trong đồ họa máy tính 3D – trong đó lưu trữ các hướng dẫn in ấn để tái tạo con thỏ. Con thỏ chứa khoảng 100 kilobyte dữ liệu, nhờ việc bổ sung các hạt nano chứa DNA vào nhựa được sử dụng để in 3D.

Nhưng việc sử dụng DNA cũng mang lại những thách thức đáng kể. Ví dụ, lưu trữ và truy xuất dữ liệu từ DNA thường mất một lượng thời gian đáng kể, với tất cả các trình tự bắt buộc. Khả năng tổng hợp DNA của chúng ta vẫn còn một chặng đường dài trước khi nó trở thành một cách thực tế để lưu trữ dữ liệu. Vì vậy, các nhà khoa học khác đã khám phá khả năng sử dụng các polyme không sinh học để lưu trữ dữ liệu phân tử và giải mã (hoặc đọc) thông tin được lưu trữ bằng cách sắp xếp trình tự các polyme sử dụng khối phổ song song. Tuy nhiên, sản xuất và tinh chế polyme tổng hợp là một quá trình tốn kém, phức tạp và mất nhiều thời gian.

Vào năm 2019, phòng thí nghiệm Whit Party Hiển thị thành công Lưu trữ thông tin trong một hỗn hợp có sẵn trên thị trường vài peptit trên bề mặt kim loại mà không cần đến các kỹ thuật tổng hợp tốn kém và tốn kém thời gian. Phòng thí nghiệm đã sử dụng một khối phổ kế để phân biệt các phân tử bằng trọng lượng phân tử của chúng để đọc thông tin được lưu trữ. Nhưng vẫn còn một số vấn đề, đáng chú ý nhất là thông tin bị lỗi trong khi đọc. Ngoài ra, quá trình đọc cũng chậm (10 bit mỗi giây) và việc giảm tỷ lệ là một vấn đề, vì việc giảm kích thước điểm laser làm tăng nhiễu trong dữ liệu.

Cho đến khi Nagarkar và những người khác. Tôi quyết định xem xét các phân tử có thể được phân biệt bằng mắt chứ không phải bằng trọng lượng phân tử. Cụ thể, họ đã chọn bảy loại thuốc nhuộm huỳnh quang bán sẵn trên thị trường với các màu khác nhau. Để “ghi” thông tin, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một máy in phun để gửi dung dịch nhuộm huỳnh quang đã trộn lên một chất nền epoxy có chứa một số nhóm amin phản ứng nhất định. Phản ứng sau đó tạo thành các liên kết amide bền vững, giúp khóa thông tin tại chỗ một cách hiệu quả.