Michael Faraday의 정액 종이는 형광 염료에 디지털 방식으로 저장됩니다.

광 디스크, 플래시 드라이브 및 자기 하드 드라이브는 디지털 정보를 수십 년 동안만 저장할 수 있으며 유지 관리에 많은 에너지가 필요하므로 이러한 방법은 장기 데이터 저장에 적합하지 않습니다. 따라서 연구자들은 분자를 대안으로 사용하는 방법을 모색해 왔으며 특히 다음과 같은 분야에서 DNA 데이터 저장. 그러나 이러한 방법에는 높은 합성 비용과 느린 읽기 및 쓰기 속도를 비롯한 고유한 문제가 있습니다.

이제 하버드 과학자들은 데이터를 더 저렴하고 빠르게 저장하는 방법을 위해 형광 염료를 정량자로 사용하는 방법을 알아냈습니다. 새 종이 ACS Central Science 저널에 게재됨. 연구원들은 19세기 물리학자를 저장하여 방법을 테스트했습니다. 마이클 패러데이전자기학과 화학에 관한 그의 주요 논문과 패러데이의 JPEG 이미지.

“이 방법은 저렴한 비용으로 아카이브 데이터 저장소에 대한 액세스를 제공할 수 있습니다.” 공동 저자 Amit A. Nagarkar는 말했습니다., 그는 하버드 대학의 조지 화이트사이드(George Whitesides) 연구실에서 박사후 연구원으로 연구를 수행했습니다. “[It] 잉크젯 인쇄 및 형광 현미경과 같은 기존 상용 기술을 사용하여 장기 데이터 저장에 대한 액세스를 제공합니다. Nagarkar는 현재 이 방법을 상용화하려는 스타트업에서 일하고 있습니다.

DNA를 사용하여 데이터를 저장하는 데 관심을 갖는 데에는 그럴만한 이유가 있습니다. 우리처럼 앞서 언급한DNA는 일종의 코드를 형성하는 4가지 화학적 빌딩 블록인 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G) 및 시토신(C)을 포함합니다. 정보는 이진 코드에서 기본 코드 4로 데이터를 변환하고 네 문자 중 하나에 할당하여 DNA에 저장할 수 있습니다. DNA는 기존 스토리지 시스템보다 훨씬 높은 데이터 밀도를 가지고 있습니다. 1그램 대표할 수 있다 약 10억 테라바이트(1제타바이트)의 데이터. 그것은 강력한 매체입니다. 저장된 데이터는 수십 년 또는 수백 년 동안 장기간 보관할 수 있습니다.

DNA 데이터의 저장은 최근 몇 년 동안 크게 발전하여 기본 방법에 몇 가지 혁신적인 변형을 가져왔습니다. 예를 들어 2년 전, 스탠포드 과학자들이 성공적으로 그는 3D 컴퓨터 그래픽의 일반적인 테스트 모델인 스탠포드 토끼의 3D 인쇄 버전을 만들었습니다. 여기에는 토끼를 재현하기 위한 인쇄 지침이 저장되어 있습니다. 토끼는 3D 인쇄에 사용되는 플라스틱에 DNA를 포함하는 나노입자를 추가한 덕분에 약 100킬로바이트의 데이터를 보유하고 있습니다.

그러나 DNA의 사용은 또한 중요한 문제를 제시합니다. 예를 들어, DNA에서 데이터를 저장하고 검색하는 데 필요한 모든 시퀀스가 ​​주어지면 일반적으로 상당한 시간이 걸립니다. DNA를 합성하는 우리의 능력은 데이터를 저장하는 실용적인 방법이 되려면 아직 갈 길이 멀다. 그래서 다른 과학자들은 분자 데이터를 저장하기 위해 비생물학적 고분자를 사용하고 탠덤 질량 분석기를 사용하여 고분자를 시퀀싱함으로써 저장된 정보를 해독(또는 판독)할 가능성을 탐구했습니다. 그러나 합성 고분자의 제조 및 정제는 비용이 많이 들고 복잡하며 시간이 많이 소요되는 공정입니다.

2019년 화이트사이드 랩 성공적으로 표시 상업적으로 이용 가능한 혼합물로 정보를 저장하십시오. 몇 가지 펩타이드 비싸고 시간이 많이 소요되는 합성 기술이 필요 없이 금속 표면에서 실험실은 저장된 정보를 읽기 위해 분자량으로 분자를 구별하기 위해 질량 분석기를 사용했습니다. 그러나 여전히 몇 가지 문제가 있습니다. 가장 두드러진 것은 읽는 동안 정보가 손상되었다는 것입니다. 또한 읽기 프로세스가 느렸고(초당 10비트), 레이저 스폿 크기를 줄이면 데이터의 노이즈가 증가하여 축소가 문제였습니다.

나가르카르까지 다른 사람. 분자량보다는 육안으로 구별할 수 있는 분자를 고려하기로 했습니다. 특히, 그들은 서로 다른 색상의 상업적으로 이용 가능한 7가지 형광 염료를 선택했습니다. 정보를 “기록”하기 위해 팀은 잉크젯 프린터를 사용하여 혼합 형광 염료 용액을 특정 반응성 아미노기를 포함하는 에폭시 기판에 증착했습니다. 후속 반응은 안정적인 아미드 결합을 형성하여 정보를 제자리에 효과적으로 잠급니다.