В наше время мы можем получить доступ ко всем знаниям человечества с небольших компьютеров в наших карманах. Все эти данные должны где-то храниться, но огромные серверы занимают много физического пространства и требуют большого количества энергии. Исследователи из Гарварда разработали новую систему для чтения и записи информации с использованием органических молекул, которая потенциально могла бы оставаться стабильной и работоспособной в течение тысячелетий.
По понятным причинам ДНК является инструментом для хранения информации в естественном мире — она может хранить огромные объёмы данных в крошечной молекуле и чрезвычайно стабильна, сохраняясь в течение тысячелетий в правильных условиях. В последнее время учёные исследовали эту способность, записывая данные в ДНК на кончике карандашей, в баллончиках с аэрозольной краской и даже прятали данные в живых бактериях. Но для использования ДНК в виде носителя информации есть свои препятствия, её чтение и запись остаётся достаточно сложным и медленным процессом.
«Мы намерены использовать стратегию, которая не заимствует идею непосредственно из биологии», — говорит Брайан Кафферти (Brian Cafferty), один из авторов нового исследования. «Вместо этого мы полагались на методы, обычные для органической и аналитической химии, и разработали подход, в котором для кодирования информации используются небольшие молекулы с низким молекулярным весом».
Вместо ДНК исследователи использовали олигопептиды, маленькие молекулы, состоящие из различного количества аминокислот. Основой для нового носителя информации является микропланшет — металлическая пластина с 384 крошечными ячейками. Различные комбинации олигопептидов помещают в каждую ячейку для кодирования одного байта информации.
Механизм построен на бинарной системе: если присутствует конкретный олигопептид, он читается как 1, а если его нет, то как 0. Это означает, что код в каждой ячейке может представлять одну букву или один пиксель изображения. Ключом к распознаванию того, какой именно олигопептид присутствуют в ячейке, является его масса, которую можно получить при помощи масс-спектрометра.
В своих экспериментах исследователям удалось записать, сохранить и прочитать 400 Кбайт информации, включая стенограмму лекции, фотографию и картинку. По словам команды, средняя скорость записи составила восемь бит в секунду, а скорость чтения 20 бит в секунду, с точностью до 99,9 %.
Учёные утверждают, что у новой системы есть несколько преимуществ. Олигопептиды могут быть стабильными в течение сотен или тысяч лет, что делает их выбор идеальным для длительного хранения архивных данных. Они также могут сохранить больше данных в меньшем физическом объёме, потенциально даже больше, чем в ДНК. Таким образом, всё содержимое Нью-Йоркской публичной библиотеки можно сохранить в чайной ложке полной белка.
Система может работать с широким спектром молекул и позволяет записывать данные быстрее, чем в аналогах, использующих ДНК, хотя исследователи признают, что чтение может быть достаточно медленным. В любом случае, технологию можно улучшить в будущем с помощью более совершенных методов, таких как использование струйных принтеров для записи данных и улучшенных масс-спектрометров для их чтения.
Исследование было опубликовано в научном журнале ACS Central Science.