Wissenschaftler speichern, holen digitale Fotos in winzigen Molekülen, die für den Stoffwechsel verwendet werden

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Das Laden großer Datenmengen auf kleinem Raum ist nicht neu, aber Wissenschaftler möchten viel kleiner als kompakte USB-Sticks mit molekularer Datenspeicherung werden.

Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass DNA-Moleküle als konstruierte Datenspeicher verwendet werden können. Forscher der Brown University beweisen nun, dass auch kleinere, einfachere Moleküle wie Metaboliten für diesen Zweck verwendet werden können.

Ergebnisse einer neuen Studie in der Zeitschrift veröffentlicht PLUS EINS zeigen, dass es möglich ist, Bilddateien im Kilobyte-Maßstab in künstlichen Metabolomlösungen zu codieren und abzurufen, die Zucker, Aminosäuren und andere kleine Moleküle enthalten.

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"Dies ist ein Proof-of-Concept, von dem wir hoffen, dass die Leute darüber nachdenken, weitere Bereiche von Molekülen zum Speichern von Informationen zu verwenden", sagte der Studienautor und Professor Jacob Rosenstein von der Brown's School of Engineering in einer Erklärung. "In manchen Situationen können kleine Moleküle wie die hier verwendeten eine noch größere Informationsdichte als DNA aufweisen."

Für die Studie wollten die Autoren herausfinden, ob eine Datenspeicherung mit einem künstlichen Metabolom möglich ist, das in der Biologie als kompletter Satz von Molekülen zur Regulation des Stoffwechsels bekannt ist.

Dazu setzen sie künstliche Metabolome aus verschiedenen flüssigen Molekülmischungen zusammen. Das Vorhandensein oder Fehlen eines bestimmten Metaboliten in einem Gemisch codiert ein einzelnes Bit digitaler Daten (eine Null oder eine Eins), während die Anzahl der Molekültypen im Metabolom bestimmt, wie viele Bits es enthalten kann. Für ihre Experimente erstellte das Forscherteam Gemische aus sechs und zwölf Metaboliten, sodass jedes Metabolom sechs oder zwölf Bits enthalten konnte.

Tausende dieser Gemische wurden auf kleinen Metallplatten in Form von Tröpfchen in der Größe von Nanolitern zusammengestellt, die die Daten enthielten und für sie kodierten. Danach wurden die Platten getrocknet, wobei jede winzige Flecken-Metabolitenmoleküle aufwies, die jeweils digitale Informationen enthielten. Zum Auslesen der Daten wird ein Massenspektrometer verwendet.

Mit dieser Technik konnten die Autoren der Studie verschiedene Bilddateien mit einer Größe von bis zu 2 Kilobyte codieren und abrufen.

Rosenstein erklärte, dass einer der Vorteile von Metaboliten darin besteht, dass sie miteinander reagieren und neue Verbindungen bilden. Dies eröffnet nicht nur die Möglichkeit der Datenspeicherung, sondern auch der Datenmanipulation und -berechnung innerhalb von Metabolitengemischen.

Da die von der Welt produzierten Daten immer größer werden, steigt auch der Bedarf an Datenspeicherkapazität exponentiell an. Schließlich sagen Wissenschaftler voraus, dass die Erde möglicherweise nicht über genügend Silizium in Chip-Qualität verfügt, damit Halbleiterchips alle produzierten Daten speichern können. Neue Informationssysteme sind in Zukunft von entscheidender Bedeutung – je kleiner, desto besser.

"Die Verwendung von Molekülen für die Berechnung ist eine enorme Chance, und wir fangen erst an, herauszufinden, wie wir sie nutzen können", sagte Brenda Rubenstein, Co-Autorin der Studie und stellvertretende Professorin für Chemie bei Brown.

Winzige Metaboliten erfolgreich zur Datenspeicherung eingesetzt

Die Zukunft der molekularen Datenspeicherung

TEKK-Bericht

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