Прогресс в области молекулярной системы хранения данных

Команда исследователей из Университета Брауна достигла значительных успехов в создании нового типа системы молекулярного хранения данных.

В исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда хранила различные файлы изображений - рисунок Пикассо, изображение египетского бога Анубиса и других - в массивах смесей, содержащих специально синтезированные маленькие молекулы. В целом исследователи хранили более 200 килобайт данных, которые, по их словам, являются наибольшим объемом на сегодняшний день с использованием небольших молекул. По словам исследователей, это не так много данных по сравнению с традиционными средствами хранения, но это значительный прогресс в области хранения на малых молекулах.

«Я думаю, что это существенный шаг вперед, - сказал Джейкоб Розенштайн (Jacob Rosenstein), доцент в Технической школе Брауна и автор исследования. - Большое количество уникальных маленьких молекул, объем данных, которые мы можем хранить, и надежность считывания данных показывает реальную перспективу для дальнейшего масштабирования».

Большинство исследований в области молекулярного хранения было сосредоточено на длинноцепочечных полимерах, таких как ДНК, которые являются хорошо известными носителями биологических данных. Но есть потенциальные преимущества использования небольших молекул по сравнению с длинными полимерами. Небольшие молекулы потенциально легче и дешевле в производстве, чем синтетическая ДНК, и теоретически имеют даже более высокую емкость хранения.

Для хранения данных команда использует небольшие металлические пластины, на которых расположены 1500 крошечных пятен диаметром менее миллиметра. Каждое пятно содержит смесь молекул. Наличие или отсутствие разных молекул в каждой смеси указывают на цифровые данные. Количество битов в каждой смеси может быть таким же большим, как и библиотека отдельных молекул, доступных для смешивания. Затем данные могут быть считаны с использованием масс-спектрометра, который может идентифицировать молекулы, присутствующие в каждой лунке.

В статье, опубликованной в прошлом году, команда Брауна показала, что они могут хранить файлы изображений в диапазоне килобайт, используя некоторые общие метаболиты, молекулы, которые организмы используют для регуляции обмена веществ. Для этой новой работы исследователи смогли значительно расширить размер своей библиотеки - и, следовательно, размеры файлов, которые они могли бы кодировать, - синтезируя свои собственные молекулы.

«Преимуществом здесь является потенциальная масштабируемость библиотеки, - сказал Рубенштайн. - Мы используем всего 27 различных компонентов для создания библиотеки из 1500 молекул за один день. Это означает, что нам не нужно искать 1500 уникальных молекул».

Оттуда команда использовала подбиблиотеки соединений для кодирования своих изображений. 32-составная библиотека использовалась для хранения бинарного изображения египетского бога Анубиса. Библиотека из 575 соединений использовалась для кодирования 0,88-мегапиксельного рисунка Пикассо на скрипке.

«То, как мы проектируем библиотеки и считываем данные, включает дополнительную информацию, которая позволяет нам исправлять некоторые ошибки, - сказал аспирант Крис Аркадия (Chris Arcadia), первый автор статьи. - Это помогло нам упростить экспериментальный рабочий процесс и по-прежнему получать показатели точности до 99 процентов».

Исследователи говорят, что предстоит еще много работы, чтобы довести эту идею до полезного масштаба. Но способность создавать большие химические библиотеки и использовать их для кодирования все более крупных файлов предполагает, что этот подход действительно можно расширить.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365