Papel seminal de Michael Faraday preservado digitalmente en tintes fluorescentes

Los discos ópticos, las unidades flash y los discos duros magnéticos solo pueden almacenar información digital durante algunas décadas y su mantenimiento tiende a consumir mucha energía, lo que hace que estos métodos no sean ideales para el almacenamiento de datos a largo plazo. Así que los investigadores intentaron utilizar las moléculas como alternativas, particularmente en Almacenamiento de datos de ADN. Sin embargo, estos métodos presentan sus desafíos, incluidos los altos costos de síntesis y las lentas velocidades de lectura y escritura.

Ahora, los científicos de la Universidad de Harvard han descubierto cómo usar tintes fluorescentes como bits para un medio más barato y rápido de almacenamiento de datos, según un nuevo periódico publicado en la revista ACS Central Science. Los investigadores probaron su método contratando a uno de los físicos del siglo XIX. Michael Faradayartículos seminales sobre electromagnetismo y química, así como una imagen JPEG de Faraday.

«Este método podría proporcionar acceso a almacenamiento de datos de bajo costo», dijo el coautor Amit A. Nagarkar, quien realizó la investigación como becario postdoctoral en el laboratorio de Harvard de George Whitesides. «[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 está trabajando para una startup que quiere comercializar el método.

Hay una buena razón para todo el interés en utilizar el ADN para el almacenamiento de datos. como tenemos previamente reportado, El ADN tiene cuatro componentes químicos: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C), que forman un tipo de código. La información se puede almacenar en el ADN convirtiendo los datos del código binario en un código de base 4 y asignándole una de cuatro letras. El ADN tiene una densidad de datos significativamente mayor que los sistemas de almacenamiento convencionales. Solo un gramo puede representar casi mil millones de terabytes (1 zettabyte) de datos. Y es un medio sólido: los datos archivados se pueden conservar durante largos períodos de tiempo, décadas o incluso siglos.

El archivo de datos de ADN ha progresado de forma espectacular en los últimos años, lo que ha dado lugar a algunos giros inventivos del método básico. Por ejemplo, hace dos años, Científicos de Stanford con éxito fabricó una versión impresa en 3D del conejo de Stanford, un patrón de prueba común en gráficos de computadora en 3D, que memorizó las instrucciones de impresión para reproducir el conejo. El conejo tiene alrededor de 100 kilobytes de datos, gracias a la adición de nanoesferas que contienen ADN al plástico utilizado para imprimirlo en 3D.

Pero el uso de ADN también presenta enormes desafíos. Por ejemplo, archivar y recuperar datos del ADN suele llevar una cantidad significativa de tiempo, dada toda la secuenciación necesaria. Y nuestra capacidad para sintetizar ADN todavía tiene un largo camino por recorrer antes de que se convierta en un medio práctico de almacenar datos. Entonces, otros científicos exploraron la posibilidad de usar polímeros no biológicos para el almacenamiento de datos moleculares, decodificando (o leyendo) la información almacenada secuenciando los polímeros con espectrometría de masas en tándem. Sin embargo, sintetizar y purificar polímeros sintéticos es un proceso caro, complicado y que requiere mucho tiempo.

En 2019, el laboratorio de Whitesides demostrado con éxito el almacenamiento de información en una combinación de productos disponibles comercialmente oligopéptidos sobre una superficie de metal, sin la necesidad de técnicas de síntesis largas y costosas. El laboratorio utilizó un espectrómetro de masas para distinguir moléculas en función de su peso molecular para leer la información almacenada. Pero todavía había algunos problemas, sobre todo la destrucción de información durante la lectura. Además, el proceso de lectura fue lento (10 bits por segundo) y la reducción del tamaño resultó problemática, ya que la reducción del tamaño del punto láser resultó en un aumento del ruido en los datos.

Así que Nagarkar et al. decidió examinar moléculas que pudieran distinguirse ópticamente en lugar de por peso molecular. Específicamente, eligieron siete tintes fluorescentes de diferentes colores disponibles comercialmente. 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 algunos grupos amino reactivos. La reacción subsiguiente forma enlaces amida estables, bloqueando efectivamente la información en su lugar.