El papel seminal de Michael Faraday se almacena digitalmente en tintes fluorescentes

Los investigadores de Harvard han desarrollado un enfoque de almacenamiento de datos que se basa en una mezcla de tintes fluorescentes impresos en una superficie de epoxi en lugares pequeños. La mezcla de tintes en cada punto codifica información que luego se lee con un microscopio fluorescente.

Los discos ópticos, las unidades flash y los discos duros magnéticos solo pueden almacenar información digital durante algunas décadas y requieren mucha energía para su mantenimiento, lo que hace que estos métodos no sean ideales para el almacenamiento de datos a largo plazo. Por tanto, los investigadores han estado estudiando el uso de moléculas como alternativas, sobre todo en Almacenamiento de datos de ADN. Sin embargo, estos métodos tienen sus propios desafíos, incluidos los altos costos de síntesis y las lentas velocidades de lectura y escritura.

Ahora, los científicos de Harvard han descubierto cómo usar tintes fluorescentes como cuantificadores para una forma más barata y rápida de almacenar datos, según nuevo papel Publicado en la revista ACS Central Science. Los investigadores probaron su método almacenando un físico del siglo XIX Michael FaradaySus trabajos principales sobre electromagnetismo y química, así como una imagen JPEG de Faraday.

“Este método puede proporcionar acceso al almacenamiento de datos de archivo a bajo costo”, El coautor Amit A. Nagarkar dijo, quien realizó la investigación como becario postdoctoral en el laboratorio de George Whitesides en la Universidad de Harvard. “[It] Proporciona acceso al almacenamiento de datos a largo plazo utilizando tecnologías comerciales existentes: impresión por inyección de tinta y microscopía de fluorescencia. Nagarkar ahora trabaja para una startup que quiere comercializar el método.

Zoom / Amit Nagarkar ayudó a desarrollar un sistema de almacenamiento de datos que utiliza tintes fluorescentes mientras era investigador postdoctoral en el laboratorio de George Whitesides en la Universidad de Harvard.

Chris Snape / Personal de Harvard

Hay una buena razón para todo el interés en utilizar el ADN para almacenar datos. como somos Mencioné antesEl ADN contiene cuatro componentes químicos: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C), que forman una especie de código. La información se puede almacenar en el ADN convirtiendo los datos de un código binario a un código base 4 y asignándolo a uno de los cuatro caracteres. El ADN tiene una densidad de datos mucho mayor que los sistemas de almacenamiento tradicionales. un gramo puede representar Aproximadamente mil millones de terabytes (1 zettabyte) de datos. Es un medio poderoso: los datos almacenados se pueden almacenar durante largos períodos de tiempo, décadas o incluso siglos.

El almacenamiento de datos de ADN ha avanzado significativamente en los últimos años, lo que ha dado lugar a algunos cambios innovadores en el método básico. Por ejemplo, hace dos años, Científicos de Stanford con éxito Hizo una versión impresa en 3D del conejo de Stanford, un modelo de prueba común en gráficos de computadora en 3D, que almacenaba instrucciones de impresión para reproducir el conejo. El conejo tiene alrededor de 100 kilobytes de datos, gracias a la adición de nanopartículas que contienen ADN al plástico utilizado para imprimirlo en 3D.

Pero el uso de ADN también presenta desafíos importantes. Por ejemplo, almacenar y recuperar datos del ADN suele llevar una cantidad significativa de tiempo, dadas todas las secuencias necesarias. Nuestra capacidad para sintetizar ADN todavía tiene un largo camino por recorrer antes de que se convierta en una forma práctica de almacenar datos. Entonces, otros científicos han explorado la posibilidad de usar polímeros no biológicos para almacenar datos moleculares y descifrar (o leer) la información almacenada secuenciando los polímeros usando espectrometría de masas en tándem. Sin embargo, la fabricación y purificación de polímeros sintéticos es un proceso costoso, complejo y que requiere mucho tiempo.

Nagarkar muestra pequeñas moléculas de pigmento que se utilizan para almacenar información.
Zoom / Nagarkar muestra pequeñas moléculas de pigmento que se utilizan para almacenar información.

Chris Snape / Personal de Harvard

En 2019, Whitesides Lab Mostrar con éxito Almacene la información en una mezcla de pocos péptidos sobre una superficie de metal, sin la necesidad de técnicas de síntesis costosas y que consumen mucho tiempo. El laboratorio utilizó un espectrómetro de masas para distinguir las moléculas por su peso molecular para leer la información almacenada. Pero todavía hay algunos problemas, sobre todo que la información se corrompió durante la lectura. Además, el proceso de lectura era lento (10 bits por segundo) y la reducción de escala era un problema, ya que la reducción del tamaño del punto láser aumentaba el ruido en los datos.

Hasta Nagarkar y otros. Decidí considerar moléculas que se puedan distinguir visualmente en lugar de por peso molecular. Específicamente, eligieron siete tintes fluorescentes disponibles comercialmente en diferentes colores. Para “escribir” la información, el equipo utilizó una impresora de inyección de tinta para depositar soluciones de tintes fluorescentes mezclados sobre un sustrato epoxi que contenía ciertos grupos amino reactivos. La reacción subsiguiente forma enlaces amida estables, bloqueando efectivamente la información en su lugar.

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