Het baanbrekende papier van Michael Faraday wordt digitaal opgeslagen in fluorescerende kleurstoffen

Harvard-onderzoekers hebben een aanpak voor gegevensopslag ontwikkeld die gebaseerd is op een mengsel van fluorescerende kleurstoffen die op kleine plaatsen op een epoxyoppervlak zijn gedrukt. Het mengsel van kleurstoffen in elke plek codeert informatie die vervolgens wordt gelezen met behulp van een fluorescentiemicroscoop.

Optische schijven, flashdrives en magnetische harde schijven kunnen digitale informatie slechts enkele decennia opslaan, en ze vereisen veel energie om te onderhouden, waardoor deze methoden niet ideaal zijn voor gegevensopslag op de lange termijn. Dus onderzoekers hebben gekeken naar het gebruik van moleculen als alternatieven, met name in DNA-gegevensopslag. Deze methoden brengen echter hun eigen uitdagingen met zich mee, waaronder hoge synthesekosten en lage lees- en schrijfsnelheden.

Nu hebben wetenschappers van Harvard ontdekt hoe ze fluorescerende kleurstoffen kunnen gebruiken als kwantificatoren voor een goedkopere en snellere manier om gegevens op te slaan, volgens nieuw papier Gepubliceerd in het tijdschrift ACS Central Science. Onderzoekers testten hun methode door een 19e-eeuwse natuurkundige op te slaan Michael faradayZijn primaire artikelen over elektromagnetisme en chemie, evenals een JPEG-afbeelding van Faraday.

“Deze methode kan tegen lage kosten toegang bieden tot archiefgegevens,” Co-auteur Amit A. Nagarkar zei:, die het onderzoek uitvoerde als postdoctoraal onderzoeker in het lab van George Whitesides aan de Harvard University. “[It] Het biedt toegang tot gegevensopslag op lange termijn met behulp van bestaande commerciële technologieën – inkjetprinten en fluorescentiemicroscopie. Nagarkar werkt nu voor een startup die de methode wil commercialiseren.

Zoom / Amit Nagarkar hielp bij het ontwikkelen van een gegevensopslagsysteem dat fluorescerende kleurstoffen gebruikt terwijl hij een postdoctoraal onderzoeker was in het laboratorium van George Whitesides aan de Harvard University.

Chris Sneep/Harvard Staff

Er is een goede reden voor alle interesse om DNA te gebruiken om data op te slaan. zoals we zijn Ik noemde eerderDNA bevat vier chemische bouwstenen – adenine (A), thymine (T), guanine (G) en cytosine (C) – die een soort code vormen. Informatie kan in DNA worden opgeslagen door de gegevens van een binaire code om te zetten in een basiscode 4 en deze toe te wijzen aan een van de vier karakters. DNA heeft een veel hogere datadichtheid dan traditionele opslagsystemen. een gram kan vertegenwoordigen Ongeveer 1 miljard terabyte (1 zettabyte) aan gegevens. Het is een krachtig medium: opgeslagen gegevens kunnen voor lange tijd worden bewaard – tientallen jaren of zelfs eeuwen.

De opslag van DNA-gegevens is de afgelopen jaren aanzienlijk gevorderd, wat heeft geleid tot enkele innovatieve wendingen in de basismethode. Twee jaar geleden bijvoorbeeld, Stanford-wetenschappers met succes Hij maakte een 3D-geprinte versie van het Stanford-konijn – een veelgebruikt testmodel in 3D-computergraphics – waarin afdrukinstructies zijn opgeslagen om het konijn te reproduceren. Het konijn heeft zo’n 100 kilobyte aan data, dankzij de toevoeging van nanodeeltjes die DNA bevatten aan het plastic dat wordt gebruikt om het te 3D-printen.

Maar het gebruik van DNA brengt ook grote uitdagingen met zich mee. Het opslaan en ophalen van gegevens uit DNA kost bijvoorbeeld doorgaans veel tijd, gezien alle benodigde sequenties. Ons vermogen om DNA te synthetiseren heeft nog een lange weg te gaan voordat het een praktische manier wordt om gegevens op te slaan. Dus hebben andere wetenschappers de mogelijkheid onderzocht om niet-biologische polymeren te gebruiken om moleculaire gegevens op te slaan en de opgeslagen informatie te ontcijferen (of te lezen) door de polymeren te rangschikken met behulp van tandem-massaspectrometrie. De vervaardiging en zuivering van synthetische polymeren is echter een duur, complex en tijdrovend proces.

Nagarkar toont kleine pigmentmoleculen die worden gebruikt om informatie op te slaan.
Zoom / Nagarkar toont kleine pigmentmoleculen die worden gebruikt om informatie op te slaan.

Chris Sneep/Harvard Staff

In 2019, Whitesides Lab Succesvol weergeven Sla informatie op in een mengsel van in de handel verkrijgbare weinig peptiden op een metalen oppervlak, zonder dat dure en tijdrovende synthesetechnieken nodig zijn. Het lab gebruikte een massaspectrometer om de moleculen te onderscheiden op basis van hun molecuulgewicht om de opgeslagen informatie te lezen. Maar er zijn nog steeds enkele problemen, met name dat de informatie tijdens het lezen beschadigd is geraakt. Ook was het leesproces traag (10 bits per seconde) en was schaalverkleining een probleem, omdat het verkleinen van de laserspotgrootte de ruis in de gegevens deed toenemen.

Tot Nagarkar en anderen. Ik besloot om moleculen te overwegen die visueel kunnen worden onderscheiden in plaats van op moleculair gewicht. Concreet kozen ze zeven in de handel verkrijgbare fluorescerende kleurstoffen in verschillende kleuren. Om de informatie te “schrijven”, gebruikte het team een ​​inkjetprinter om gemengde fluorescerende kleurstofoplossingen te deponeren op een epoxysubstraat dat bepaalde reactieve aminogroepen bevat. De daaropvolgende reactie vormt stabiele amidebindingen, waardoor de informatie effectief op zijn plaats wordt vergrendeld.

READ  Het aantal gevallen van coronavirus in Michigan bedraagt ​​785.307; Het dodental staat nu op 16.840

You May Also Like

About the Author: Tatiana Roelink

'Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.'

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *