Молекул ДНК хорошо известны как носители огромное количество биологической информации, а есть растущий интерес к использованию ДНК в технические средства хранения данных, которые могут содержать значительно больше данных, чем наши нынешние жесткие диски. Но новое исследование показывает, что ДНК-это не единственная игра в городе, когда дело доходит до молекулярного хранения данных.
Исследование возглавил коричневый исследователи университета показывает, что это можно сохранять и извлекать данные, хранящиеся в искусственных metabolomes — массивы из жидких смесей, содержащих сахаров, аминокислот и других типов малых молекул. В статье, опубликованной в журнале PLOS одном, исследователя показали что они могут кодировать килобайт-масштаб изображения в метаболит решений и прочитайте информацию еще раз.
«Это доказательство концепции, что мы надеемся, заставляет людей думать об использовании более широких диапазонах молекулы для хранения информации», — сказал Яков Розенштейн, профессор в школе Брауна инжиниринга и ведущий автор исследования. «В некоторых ситуациях, малые молекулы, как те, которые мы использовали здесь, могут иметь даже большую плотность информации, чем ДНК.»
Еще одно потенциальное преимущество, Розенштейна говорит, связано с тем, что многие метаболиты могут реагировать друг с другом с образованием новых соединений. Что создает потенциал для молекулярных систем, которые не только хранят данные, но и манипулировать им-выполнении вычислений в пределах метаболит смесей.
Идея молекулярных вычислений растет из-за возрастающей потребности в дополнительной емкости для хранения данных. К 2040 году в мире будет произведено столько же, сколько 3 септиллионов (это 3 с последующим 24 нулями) биты данных по некоторым оценкам. Хранение, поиск и обработку всех этих данных является непростой задачей, и там просто может не хватить фишек кремния на Земле для этого традиционные полупроводниковые чипы. Финансируемый контракт с перспективным оборонным научно-исследовательским администрирование проектов (DARPA), группа инженеров и химиков в Браун работал над различными методиками, используя малые молекулы для создания новых информационных систем.
Для этого нового исследования, группа хотела, чтобы увидеть, если искусственный metabolomes может быть вариантом хранения данных. В биологии, метаболом-это полный набор молекул организм использует для регулирования его обмена веществ.
«Это не трудно признать, что клетки и организмы использовать малые молекулы для передачи информации, но это может быть сложнее, обобщать и количественно», — сказал Эймон Кеннеди, научный сотрудник коричневый и первый автор исследования. «Мы хотели продемонстрировать, как метаболом может кодировать точной цифровой информации».
Исследователи собрали свой собственный искусственный metabolomes-маленький жидких смесей с различными комбинациями молекул. Наличие или отсутствие конкретного метаболита в смеси кодирует один бит цифровых данных, ноль или один. Количество типов молекул в искусственном метаболом определяет количество битов, каждая смесь может содержать. Для этого исследования, исследователи создали библиотеках шести и 12 метаболитов, что означает, что каждая смесь может кодировать либо шесть или 12 бит. Тысячи смеси затем наседать на небольшие металлические пластины в виде nanoliter размера капель. Содержание и расположение капель, точно размещенных жидкости-разгрузочных робот, кодирует нужные сведения.
Листы сушатся, оставляя крошечные пятна молекулы метаболита, каждая из которых содержит цифровую информацию. Данные затем могут быть считаны с помощью масс-спектрометра, который может идентифицировать метаболиты, присутствующие на каждое пятно на тарелке и декодировать данные.
Исследователи использовали технику кодирования и получения различных файлов изображения размером до 2 килобайт. Это не большой по сравнению с емкостью современных систем хранения, но это уже твердое доказательство концепции, говорят исследователи. И есть огромный потенциал для расширения. Количество битов в смеси увеличивается с количеством метаболитов в искусственном метаболом, и существуют тысячи известных метаболитов, доступных для использования.
Есть некоторые ограничения, отмечают исследователи. Например, многие метаболиты химически взаимодействуют друг с другом при размещении в одном решении, а это может привести к ошибкам и потере данных. Но это ошибка, которая могла в конечном счете стать. Это может быть возможным, чтобы использовать эти реакции для обработки данных — выполнение в решение вычислений.
«Использование молекул для вычисления огромные возможности, и мы только начинаем чтобы понять, как воспользоваться этим», — сказал Бренде Рубинштейн, коричневый доцент кафедры химии и соавтор исследования.
«Исследование такой проблемы, что люди видят, как можно в молекулярных системах данных», — сказал Розенштейн. «ДНК-это не единственная молекула, которая может быть использована для хранения и обработки информации. Интересно признать, что есть и другие варианты с большим потенциалом».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!