Kertas mani Michael Faraday disimpan secara digital dalam pewarna fluoresen

Disk optik, flash drive, dan hard drive magnetik hanya dapat menyimpan informasi digital selama beberapa dekade, dan memerlukan banyak energi untuk pemeliharaannya, membuat metode ini kurang ideal untuk penyimpanan data jangka panjang. Jadi para peneliti telah melihat penggunaan molekul sebagai alternatif, terutama di penyimpanan data DNA. Namun, metode ini memiliki tantangannya sendiri, termasuk biaya sintesis yang tinggi dan kecepatan membaca dan menulis yang lambat.

Sekarang, para ilmuwan Harvard telah menemukan cara menggunakan pewarna fluoresen sebagai pengukur untuk cara yang lebih murah dan lebih cepat untuk menyimpan data, menurut kertas baru Diterbitkan di jurnal ACS Central Science. Para peneliti menguji metode mereka dengan menyimpan seorang fisikawan abad ke-19 Michael FaradayMakalah utamanya tentang elektromagnetisme dan kimia, serta gambar JPEG Faraday.

“Metode ini dapat memberikan akses ke penyimpanan data arsip dengan biaya rendah,” Rekan penulis Amit A. Nagarkar, yang melakukan penelitian sebagai rekan postdoctoral di lab George Whitesides di Universitas Harvard. “[It] Ini menyediakan akses ke penyimpanan data jangka panjang menggunakan teknologi komersial yang ada – pencetakan inkjet dan mikroskop fluoresensi. Nagarkar sekarang bekerja untuk sebuah startup yang ingin mengkomersialkan metode tersebut.

Ada alasan bagus untuk semua minat menggunakan DNA untuk menyimpan data. seperti kita Saya sebutkan sebelumnyaDNA mengandung empat blok bangunan kimia – adenin (A), timin (T), guanin (G) dan sitosin (C) – yang membentuk semacam kode. Informasi dapat disimpan dalam DNA dengan mengubah data dari kode biner ke kode dasar 4 dan menetapkannya ke salah satu dari empat karakter. DNA memiliki kepadatan data yang jauh lebih tinggi daripada sistem penyimpanan tradisional. satu gram dapat mewakili Sekitar 1 miliar terabyte (1 zettabyte) data. Ini adalah media yang kuat: data yang disimpan dapat disimpan untuk jangka waktu yang lama – beberapa dekade atau bahkan berabad-abad.

Penyimpanan data DNA telah meningkat secara signifikan dalam beberapa tahun terakhir, menghasilkan beberapa perubahan inovatif dalam metode dasar. Misalnya, dua tahun lalu, Ilmuwan Stanford berhasil Dia membuat versi cetak 3D dari kelinci Stanford – model uji umum dalam grafik komputer 3D – yang menyimpan instruksi pencetakan untuk mereproduksi kelinci. Kelinci menyimpan sekitar 100 kilobyte data, berkat penambahan nanopartikel yang mengandung DNA ke plastik yang digunakan untuk mencetaknya secara 3D.

Tetapi penggunaan DNA juga menghadirkan tantangan yang signifikan. Misalnya, menyimpan dan mengambil data dari DNA biasanya membutuhkan banyak waktu, mengingat semua urutan yang diperlukan. Kemampuan kita untuk mensintesis DNA masih jauh sebelum menjadi cara yang praktis untuk menyimpan data. Jadi ilmuwan lain telah mengeksplorasi kemungkinan menggunakan polimer non-biologis untuk menyimpan data molekuler, dan menguraikan (atau membaca) informasi yang tersimpan dengan mengurutkan polimer menggunakan spektrometri massa tandem. Namun, pembuatan dan pemurnian polimer sintetik adalah proses yang mahal, kompleks, dan memakan waktu.

Pada tahun 2019, Lab Whitesides Tunjukkan dengan sukses Simpan informasi dalam campuran yang tersedia secara komersial beberapa peptida pada permukaan logam, tanpa memerlukan teknik sintesis yang mahal dan memakan waktu. Laboratorium menggunakan spektrometer massa untuk membedakan molekul berdasarkan berat molekulnya untuk membaca informasi yang tersimpan. Tetapi masih ada beberapa masalah, terutama informasi yang rusak saat membaca. Selain itu, proses pembacaannya lambat (10 bit per detik), dan penurunan skala menjadi masalah, karena pengurangan ukuran titik laser meningkatkan noise pada data.

Sampai Nagakar dan lain-lain. Saya memutuskan untuk mempertimbangkan molekul yang dapat dibedakan secara visual daripada berdasarkan berat molekul. Secara khusus, mereka memilih tujuh pewarna fluorescent yang tersedia secara komersial dalam berbagai warna. Untuk “menulis” informasi, tim menggunakan printer inkjet untuk menyimpan larutan pewarna fluoresen campuran ke substrat epoksi yang mengandung gugus amino reaktif tertentu. Reaksi selanjutnya membentuk ikatan amida yang stabil, secara efektif mengunci informasi pada tempatnya.