décembre 2, 2021

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L’article fondateur de Michael Faraday est stocké numériquement dans des colorants fluorescents

Des chercheurs de Harvard ont développé une approche de stockage de données qui repose sur un mélange de colorants fluorescents imprimés sur une surface époxy dans de petits endroits. Le mélange de colorants dans chaque spot code une information qui est ensuite lue à l’aide d’un microscope à fluorescence.

Les disques optiques, les clés USB et les disques durs magnétiques ne peuvent stocker des informations numériques que pendant quelques décennies, et leur maintenance nécessite beaucoup d’énergie, ce qui rend ces méthodes moins qu’idéales pour le stockage de données à long terme. Les chercheurs se sont donc penchés sur l’utilisation de molécules comme alternatives, notamment dans Stockage des données ADN. Cependant, ces méthodes présentent leurs propres défis, notamment des coûts de synthèse élevés et des vitesses de lecture et d’écriture lentes.

Maintenant, les scientifiques de Harvard ont compris comment utiliser des colorants fluorescents comme quantificateurs pour un moyen moins coûteux et plus rapide de stocker des données, selon nouveau papier Publié dans la revue ACS Central Science. Des chercheurs ont testé leur méthode en stockant un physicien du 19e siècle Michael FaradaySes principaux articles sur l’électromagnétisme et la chimie, ainsi qu’une image JPEG de Faraday.

« Cette méthode peut fournir un accès au stockage de données d’archives à faible coût », Le co-auteur Amit A. Nagarkar a déclaré, qui a mené la recherche en tant que boursier postdoctoral dans le laboratoire de George Whitesides à l’Université Harvard. « [It] Il donne accès au stockage de données à long terme en utilisant les technologies commerciales existantes – impression à jet d’encre et microscopie à fluorescence. Nagarkar travaille désormais pour une startup qui souhaite commercialiser la méthode.

Zoom / Amit Nagarkar a aidé à développer un système de stockage de données qui utilise des colorants fluorescents alors qu’il était chercheur postdoctoral dans le laboratoire de George Whitesides à l’Université Harvard.

Chris Rogue/personnel de Harvard

Il y a de bonnes raisons pour tout l’intérêt d’utiliser l’ADN pour stocker des données. comme nous sommes j’ai mentionné plus tôtL’ADN contient quatre éléments constitutifs chimiques – l’adénine (A), la thymine (T), la guanine (G) et la cytosine (C) – qui forment une sorte de code. Les informations peuvent être stockées dans l’ADN en convertissant les données d’un code binaire en un code de base 4 et en les affectant à l’un des quatre caractères. DNA a une densité de données beaucoup plus élevée que les systèmes de stockage traditionnels. un gramme peut représenter Environ 1 milliard de téraoctets (1 zettaoctet) de données. C’est un support puissant : les données stockées peuvent être conservées pendant de longues périodes – des décennies voire des siècles.

Le stockage des données ADN a considérablement progressé ces dernières années, ce qui a entraîné des modifications innovantes de la méthode de base. Par exemple, il y a deux ans, Les scientifiques de Stanford avec succès Il a réalisé une version imprimée en 3D du lapin de Stanford – un modèle de test courant en infographie 3D – qui stockait les instructions d’impression pour reproduire le lapin. Le lapin détient environ 100 kilo-octets de données, grâce à l’ajout de nanoparticules contenant de l’ADN au plastique utilisé pour l’imprimer en 3D.

Mais l’utilisation de l’ADN présente également des défis importants. Par exemple, le stockage et la récupération des données de l’ADN prennent généralement beaucoup de temps, compte tenu de toutes les séquences requises. Notre capacité à synthétiser l’ADN a encore un long chemin à parcourir avant qu’il ne devienne un moyen pratique de stocker des données. Ainsi, d’autres scientifiques ont découvert la possibilité d’utiliser des polymères non biologiques pour stocker des données moléculaires et déchiffrer (ou lire) les informations stockées en séquençant les polymères à l’aide de la spectrométrie de masse en tandem. Cependant, la fabrication et la purification des polymères synthétiques est un processus coûteux, complexe et long.

Nagarkar affiche de petites molécules de pigment qui sont utilisées pour stocker des informations.
Zoom / Nagarkar affiche de petites molécules de pigment qui sont utilisées pour stocker des informations.

Chris Rogue/personnel de Harvard

En 2019, Whitesides Lab Afficher avec succès Stockez les informations dans un mélange de quelques peptides sur une surface métallique, sans avoir besoin de techniques de synthèse coûteuses et longues. Le laboratoire a utilisé un spectromètre de masse pour distinguer les molécules par leur poids moléculaire afin de lire les informations stockées. Mais il y a encore quelques problèmes, notamment que les informations ont été corrompues lors de la lecture. De plus, le processus de lecture était lent (10 bits par seconde) et la réduction d’échelle était un problème, car la réduction de la taille du point laser augmentait le bruit dans les données.

Jusqu’à Nagarkar et d’autres. J’ai décidé de considérer des molécules qui peuvent être distinguées visuellement plutôt que par le poids moléculaire. Plus précisément, ils ont choisi sept colorants fluorescents disponibles dans le commerce de différentes couleurs. Afin « d’écrire » les informations, l’équipe a utilisé une imprimante à jet d’encre pour déposer des solutions de colorants fluorescents mélangés sur un substrat époxy contenant certains groupes aminés réactifs. La réaction qui s’ensuit forme des liaisons amide stables, verrouillant efficacement l’information en place.

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