Революционное ДНК-хранилище превращает повседневные предметы в долговечные архивы данных

Исследователи используют молекулы ДНК для хранения информации в бытовых предметах

Информацию можно извлечь десятилетиями или даже столетиями позже. На данный момент технология довольно дорога.

В современную информационную эру мировые данные растут огромными темпами. Существующие устройства (твердотельные накопители, жесткие диски и магнитные ленты) для хранения этих данных скоро достигнут своих физических пределов.

Именно поэтому ученые пытаются использовать молекулы ДНК как архитектуру для долгосрочного холодного хранения. Оно может принимать любую форму и демонстрирует невиданную плотность и долговечность. Теоретически, один грамм ДНК может хранить 215 петабайт данных на тысячелетия.

Теперь исследователи из ETH Zurich (Швейцария) и Erlich Lab LLC (Израиль) разработали новый способ хранения огромного объема информации (используя только молекулы ДНК) в повседневных предметах, таких как бутылки с водой, пуговицы рубашек и даже стеклянные линзы. Информацию можно извлечь непосредственно из предметов даже через десятилетия или столетия.

Предыдущие исследования, такие как маркировка продуктов ДНК-«штрих-кодом» и хранение массивных объемов данных в ДНК, позволили исследователям построить новый тип хранилища данных под названием «ДНК вещей». Объекты (единицы хранения) связаны с информацией через интернет, отсюда название.

Как они это сделали?

Чтобы создать объекты с неизменной памятью, исследователи соединили молекулы ДНК с функциональным материалом. Они закодировали данные в молекулы ДНК так, чтобы это было устойчиво к ошибкам.

Они использовали схему кодирования DNA Fountain для исправления экстремальных ошибок выпадения и извлечения данных из минимальных количеств материала.

Однако простое смешивание ДНК с функциональными материалами часто приводит к деградации ДНК из-за повышенных температур и гидролитического стресса при приготовлении смеси.

Это можно устранить, инкапсулировав ДНК в 실리카 нанчастицы. 실리카-инкапсулированная ДНК упрощает смешивание ДНК с встраивающим материалом, а также увеличивает полупериод распада молекул ДНК.

Источник: Nature Biotechnology | DOI:10.1038/s41587-019-0356-z | ETH Zurich

Эти молекулы ДНК могут смешиваться с различными материалами и формироваться либо 3D-печатью, либо литьевыми техниками.

Исследовательская команда 3D-напечатала кролика из пластика для демонстрации нового метода. Кролик содержит 100 килобайт данных — инструкцию для печати кролика. Это значит, что объект несет свой собственный чертеж, как настоящие кролики.

3D-напечатанный пластиковый кролик, содержащий 100 КБ данных в виде молекул ДНК | Источник: ETH Zurich / Julian Koch

Они также извлекли данные (инструкции печати) из маленького куска кролика и использовали их для 3D-печати полностью нового. Они повторили процесс 5 раз, создав «пра-пра-правнука» первого кролика.

Применения

Технологию можно использовать для скрытия секретной информации в обычном материале, технику, называемую стеганографией. Исследователи продемонстрировали это, сохранив короткий фильм (1,4 мегабайта) в линзах обычных очков. Можно пройти через аэропортовую безопасность незамеченным.

Теоретически возможно скрыть информацию во всех пластиковых объектах (включая силикон, полиуретан, полиэстер и эпоксиды), если они не достигают экстремально высоких температур в процессе производства.

Это полезно в приложениях, где информация уровня чертежа должна быть доступна, либо в массово произведенном объекте, либо в персонализированном предмете. В зубных имплантах, например, каждая структура уникальна и настроена только для конкретного пациента.

Более будущее применение этой технологии будет в области самовоспроизводящихся устройств. Техника имеет достаточно репликационной способности для создания материала хранения для неограниченного запаса объектов.

Технология довольно дорога: перевод одного 3D-файла печати стоит более 2000 долларов. Однако стоимость единицы снижается по мере увеличения размера партии объекта.