Boeken kunnen verbranden. Computers worden gehackt. Dvd's verslechteren. Technologieën om informatie op te slaan:inkt op papier, computers, cd's en dvd's, en zelfs DNA - blijven verbeteren. En toch, bedreigingen zo eenvoudig als water en zo complex als cyberaanvallen kunnen onze gegevens nog steeds beschadigen.

Terwijl de databoom blijft groeien, steeds meer informatie wordt opgeslagen in steeds minder ruimte. Zelfs de wolk - wiens naam ondoorzichtig belooft, eindeloze ruimte - zal uiteindelijk geen ruimte meer hebben, kan niet alle hackers dwarsbomen, en slurpt energie op. Nutsvoorzieningen, een nieuwe manier om informatie op te slaan zou gegevens gedurende miljoenen jaren stabiel kunnen bevatten, leeft buiten het hackbare internet, en, eenmaal geschreven, verbruikt geen energie. Alles wat je nodig hebt is een chemicus, enkele goedkope moleculen, en uw kostbare informatie.

"Denk eraan om de inhoud van de New York Public Library op te slaan met een theelepel eiwit, " zegt Brian Cafferty, eerste auteur van het artikel dat de nieuwe techniek beschrijft en een postdoctoraal wetenschapper in het lab van George Whitesides, de Woodford L. en Ann A. Flowers University Professor aan de Harvard University. Het werk werd uitgevoerd in samenwerking met Milan Mrksich en zijn groep aan de Northwestern University.

"In dit stadium tenminste we zien deze methode niet concurreren met bestaande methoden van gegevensopslag, " zegt Cafferty. "We zien het in plaats daarvan als een aanvulling op die technologieën en, als eerste doel, zeer geschikt voor langdurige opslag van archiefgegevens."

Cafferty's chemische tool is misschien geen vervanging voor de cloud. Maar het archiveringssysteem biedt een aantrekkelijk alternatief voor biologische opslagmiddelen zoals DNA. Onlangs, wetenschappers ontdekten hoe ze onze loyale bewaker van genetische informatie kunnen manipuleren om meer dan alleen de oogkleur te coderen. Onderzoekers kunnen nu DNA-strengen synthetiseren om alle informatie vast te leggen, inclusief kattenvideo's, dieettrends, en kooklessen (of dat zou moeten is een andere vraag).

Maar hoewel DNA klein is vergeleken met computerchips, het macromolecuul is groot in de moleculaire wereld. En, DNA-synthese vereist geschoolde en vaak repetitieve arbeid. Als elk bericht helemaal opnieuw moet worden ontworpen, opslag van macromoleculen kan lang en duur werk worden.

"We gingen op zoek naar een strategie die niet rechtstreeks leent van de biologie, "zegt Cafferty. "In plaats daarvan vertrouwden we op technieken die gebruikelijk zijn in de organische en analytische chemie, en ontwikkelde een aanpak die gebruikmaakt van kleine, moleculen met een laag molecuulgewicht om informatie te coderen."

Met slechts één synthese, het team kan genoeg kleine moleculen produceren om meerdere kattenvideo's tegelijk te coderen, waardoor deze aanpak minder arbeidsintensief en goedkoper is dan een op DNA gebaseerde aanpak.

Voor hun lichtgewicht moleculen, het team selecteerde oligopeptiden (twee of meer aan elkaar gebonden peptiden), die gebruikelijk zijn, stal, en kleiner dan DNA, RNA of eiwitten.

Oligopeptiden variëren ook in massa, afhankelijk van hun aantal en type aminozuren. Samengemengd, ze zijn van elkaar te onderscheiden, als letters in alfabetsoep.

Woorden maken uit de letters is een beetje ingewikkeld:in een microputje - zoals een miniatuurversie van een whack-a-mole maar met 384 molgaten - bevat elk putje oligopeptiden met verschillende massa's. Net zoals inkt wordt geabsorbeerd op een pagina, de mengsels van oligopeptiden worden vervolgens geassembleerd op een metalen oppervlak waar ze worden opgeslagen. Als het team wil teruglezen wat ze "schreven, " ze bekijken een van de putten door een massaspectrometer, die de moleculen op massa sorteert. Dit vertelt hen welke oligopeptiden aanwezig of afwezig zijn:hun massa verraadt ze.

Vervolgens, de wirwar van moleculen vertalen in letters en woorden, ze hebben de binaire code geleend. Een "M, " bijvoorbeeld, maakt gebruik van vier van de acht mogelijke oligopeptiden, elk met een andere massa. De vier die in de put drijven krijgen een "1, " terwijl de ontbrekende vier een "0" krijgen. De moleculair-binaire code wijst naar een corresponderende letter of, als de informatie een afbeelding is, een bijbehorende pixel.

Met deze methode, een mengsel van acht oligopeptiden kan één byte aan informatie opslaan; 32 kan vier bytes opslaan; en meer zou nog meer kunnen opslaan.

Tot dusver, Cafferty en zijn team "schreef, " opgeslagen, en "lees" natuurkundige Richard Feynman's beroemde lezing "Er is genoeg ruimte aan de onderkant, " een foto van Claude Shannon (bekend als de vader van de informatietheorie), en Hokusai's houtsnede schilderij The Great Wave off Kanagawa. Aangezien het wereldwijde digitale archief tegen 2020 naar schatting 44 biljoen gigabyte zal bereiken (tien keer zoveel als in 2013), een beeld van een tsunami lijkt passend.

Direct, het team kan hun opgeslagen meesterwerken terugvinden met een nauwkeurigheid van 99,9%. Hun "schrijven" is gemiddeld 8 bits per seconde en "lezen" gemiddeld 20 bits per seconde. Hoewel hun "schrijfsnelheid" veel groter is dan schrijven met synthetisch DNA, lezen kan zowel sneller als goedkoper zijn met het macromolecuul.

Maar, met snellere technologie, de snelheden van het team zullen zeker toenemen. Een inkjetprinter, bijvoorbeeld, kan druppels genereren met een snelheid van 1, 000 per seconde en prop meer informatie in kleinere gebieden. En, verbeterde massaspectrometers zouden nog meer informatie tegelijk kunnen opnemen.

Het team zou ook de stabiliteit kunnen verbeteren, prijs, en capaciteit van hun moleculaire opslag met verschillende klassen moleculen. Hun oligopeptiden zijn op maat gemaakt en, daarom, duurder. Maar toekomstige bibliotheekbouwers zouden goedkope moleculen (zoals alkaanthiolen) kunnen kopen die slechts één cent zouden kosten om 100 te registreren, 000, 000 stukjes informatie.

In tegenstelling tot andere moleculaire informatieopslagsystemen, die afhankelijk zijn van één specifiek molecuul, deze benadering kan elk kneedbaar molecuul gebruiken, zolang het maar kan worden gemanipuleerd in te onderscheiden bits.

Oligopeptiden - en vergelijkbare keuzes - zijn al veerkrachtig. "Oligopeptiden hebben stabiliteit van honderden of duizenden jaren onder geschikte omstandigheden, " volgens de krant. De winterharde moleculen zouden zonder licht of zuurstof kunnen, bij hoge hitte en droogte. En, in tegenstelling tot de wolk, waar hackers toegang toe hebben vanuit hun favoriete luie stoel, de moleculaire opslag is alleen persoonlijk toegankelijk. Zelfs als een dief de gegevensopslag vindt, er is een beetje chemie nodig om de code op te halen.

Cafferty's schaalbare moleculaire bibliotheek is een stabiele, nul-energie, en corruptiebestendige optie voor toekomstige informatieopslag. Dus, als boeken branden, computers worden gehackt, en dvd's mislukken, een whack-a-mol vol informatie zou kunnen blijven bestaan ​​om de toekomstige mensheid eraan te herinneren hoeveel we van een goede kattenvideo houden.

De studie is gepubliceerd in ACS Centrale Wetenschap .