I libri possono bruciare. I computer vengono hackerati. I DVD si degradano. Tecnologie per memorizzare le informazioni:inchiostro su carta, computer, CD e DVD, e persino il DNA, continua a migliorare. E ancora, minacce semplici come l'acqua e complesse come gli attacchi informatici possono ancora corrompere i nostri registri.

Mentre il boom dei dati continua a crescere, sempre più informazioni vengono archiviate in sempre meno spazio. Anche la nuvola, il cui nome promette opaco, spazio infinito - finirà per esaurire lo spazio, non può contrastare tutti gli hacker, e divora energia. Ora, un nuovo modo di archiviare le informazioni potrebbe ospitare stabilmente i dati per milioni di anni, vive al di fuori di Internet hackerabile, e, una volta scritto, non consuma energia. Tutto ciò di cui hai bisogno è un chimico, alcune molecole economiche, e le tue preziose informazioni.

"Pensa di conservare il contenuto della Biblioteca Pubblica di New York con un cucchiaino di proteine, "dice Brian Cafferty, primo autore dell'articolo che descrive la nuova tecnica e studioso post-dottorato nel laboratorio di George Whitesides, il professore della Woodford L. e Ann A. Flowers University presso l'Università di Harvard. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con Milan Mrksich e il suo gruppo alla Northwestern University.

"Almeno in questa fase, non vediamo questo metodo in competizione con i metodi esistenti di archiviazione dei dati, " dice Cafferty. "Noi invece la vediamo come complementare a quelle tecnologie e, come obiettivo iniziale, adatto per l'archiviazione dei dati di archiviazione a lungo termine."

Lo strumento chimico di Cafferty potrebbe non sostituire la nuvola. Ma il sistema di archiviazione offre un'alternativa allettante agli strumenti di conservazione biologica come il DNA. Recentemente, gli scienziati hanno scoperto come manipolare il nostro fedele custode delle informazioni genetiche per codificare più del semplice colore degli occhi. I ricercatori possono ora sintetizzare filamenti di DNA per registrare qualsiasi informazione, inclusi video di gatti, tendenze dietetiche, e tutorial di cucina (se dovrebbero è un'altra domanda).

Ma mentre il DNA è piccolo rispetto ai chip dei computer, la macromolecola è grande nel mondo molecolare. E, La sintesi del DNA richiede lavoro qualificato e spesso ripetitivo. Se ogni messaggio deve essere progettato da zero, lo stoccaggio delle macromolecole potrebbe diventare un lavoro lungo e costoso.

"Abbiamo deciso di esplorare una strategia che non prende in prestito direttamente dalla biologia, "Cafferty dice. "Ci siamo invece affidati a tecniche comuni in chimica organica e analitica, e sviluppato un approccio che utilizza piccoli, molecole a basso peso molecolare per codificare le informazioni."

Con una sola sintesi, il team può produrre abbastanza piccole molecole per codificare più video di gatti alla volta, rendendo questo approccio meno laborioso e più economico di uno basato sul DNA.

Per le loro molecole a basso peso, il team ha selezionato oligopeptidi (due o più peptidi legati insieme), che sono comuni, stabile, e più piccolo del DNA, RNA o proteine.

Gli oligopeptidi variano anche in massa, a seconda del numero e del tipo di amminoacidi. mischiati insieme, sono distinguibili tra loro, come lettere nella zuppa dell'alfabeto.

Creare parole dalle lettere è un po' complicato:in un micropozzetto, come una versione in miniatura di un whack-a-mole ma con 384 fori di talpa, ogni pozzetto contiene oligopeptidi con masse variabili. Proprio come l'inchiostro viene assorbito su una pagina, le miscele oligopeptidiche vengono poi assemblate su una superficie metallica dove vengono conservate. Se il team vuole rileggere ciò che "hanno scritto, " danno un'occhiata a uno dei pozzi attraverso uno spettrometro di massa, che ordina le molecole in base alla massa. Questo dice loro quali oligopeptidi sono presenti o assenti:la loro massa li tradisce.

Quindi, tradurre il guazzabuglio di molecole in lettere e parole, hanno preso in prestito il codice binario. Un "M, " Per esempio, utilizza quattro degli otto possibili oligopeptidi, ciascuno con una massa diversa. I quattro galleggianti nel pozzo ricevono un "1, " mentre i quattro mancanti ricevono uno "0." Il codice molecolare-binario punta a una lettera corrispondente o, se l'informazione è un'immagine, un pixel corrispondente.

Con questo metodo, una miscela di otto oligopeptidi può immagazzinare un byte di informazione; 32 può memorizzare quattro byte; e più potrebbe immagazzinare ancora di più.

Finora, Cafferty e il suo team "hanno scritto, " immagazzinato, e "leggere" la famosa conferenza del fisico Richard Feynman "C'è molto spazio in fondo, " una foto di Claude Shannon (conosciuto come il padre della teoria dell'informazione), e la xilografia di Hokusai La grande onda al largo di Kanagawa. Poiché si stima che l'archivio digitale globale raggiungerà i 44 trilioni di gigabyte entro il 2020 (dieci volte quello del 2013), un'immagine di uno tsunami sembra appropriata.

Proprio adesso, il team può recuperare i capolavori archiviati con una precisione del 99,9%. La loro "scrittura" è in media di 8 bit al secondo e la "lettura" in media di 20 bit al secondo. Sebbene la loro velocità di "scrittura" superi di gran lunga la scrittura con DNA sintetico, la lettura potrebbe essere sia più rapida che più economica con la macromolecola.

Ma, con una tecnologia più veloce, le velocità della squadra aumenteranno sicuramente. Una stampante a getto d'inchiostro, Per esempio, potrebbe generare cali a tassi di 1, 000 al secondo e stipare più informazioni in aree più piccole. E, spettrometri di massa migliorati potrebbero assorbire ancora più informazioni alla volta.

La squadra potrebbe anche migliorare la stabilità, prezzo, e capacità del loro immagazzinamento molecolare con diverse classi di molecole. I loro oligopeptidi sono realizzati su misura e, perciò, più costoso. Ma i futuri costruttori di biblioteche potrebbero acquistare molecole poco costose (come gli alcantioli) che costerebbero solo un centesimo per registrarne 100, 000, 000 bit di informazioni.

A differenza di altri sistemi di memorizzazione delle informazioni molecolari, che si basano su una molecola specifica, questo approccio può utilizzare qualsiasi molecola malleabile purché possa essere manipolata in bit distinguibili.

Gli oligopeptidi e scelte simili sono già resistenti. "Gli oligopeptidi hanno stabilità di centinaia o migliaia di anni in condizioni adatte, " secondo la carta. Le molecole resistenti potrebbero resistere senza luce o ossigeno, a caldo e siccità. E, a differenza della nuvola, a cui gli hacker possono accedere dalla loro poltrona preferita, l'archiviazione molecolare è accessibile solo di persona. Anche se un ladro trova la scorta di dati, è necessaria un po' di chimica per recuperare il codice.

La libreria molecolare scalabile di Cafferty è una stabile, energia zero, e un'opzione resistente alla corruzione per l'archiviazione futura delle informazioni. Così, se i libri bruciano, i computer vengono hackerati, e i DVD falliscono, una talpa piena di informazioni potrebbe persistere per ricordare all'umanità futura quanto amiamo un buon video di gatti.

Lo studio è pubblicato su Scienze Centrali ACS .