Впервые в мире осуществлена цифровая запись информации на синтезированные мономеры

Идея использования полимеров для хранения данных отнюдь не нова. Соблазн использования этих длинных молекул в качестве носителей цифровой информации, подобно ДНК, как носителя генной информации, всегда волновал учёных.

Полимеры обладают большим потенциалом, поскольку составляющие их мономеры, рассматриваемые как один бит информации, занимают в 100 раз меньше места, чем текущие реализации жёстких дисков на других принципах. Поэтому их использование может значительно снизить размер компьютерных носителей. Тем не менее, исследователи столкнулись с проблемой эффективного анализа данных о полимерах. Теперь команда ученых CNRS и Университета Экс-Марселя продемонстрировала, что обычный масс-спектрометр можно использовать для чтения длинных последовательностей данных, записанных в молекулярном масштабе. Современные масс-спектрометры весьма популярны среди химиков различных направлений, относительно быстрые и простые в использовании приборы.

Чтобы добиться более высокой скорости считывания молекулярной информации, команда использовала синтетические молекулы, более простые для идентификации, нежели естественные молекулы ДНК. Их структура была оптимизирована для секвенирования с помощью масс-спектрометрии. Синтезированные полимеры состоят из двух видов мономеров (с фосфатными группами), соответствующих 0 и 1 информации соответственно. После каждых восьми из этих «битов» мономера добавляли молекулярный сепаратор (разделитель). Количество байтов, представленных полным полимером, равно числу восьмибитовых групп (аналог слова или двойного слова в информатике). Первым шагом при чтении закодированной информации является разделение полимера на молекулярные байты, с помощью разделяющих его молекулах сепаратора; следующий этап — разбиение фосфатных связей для считывания последовательности каждого байта.

Группе химиков удалось синтезировать полимеры, которые могут хранить до восьми байтов. Таким образом, они смогли записать слово «Sequence» в коде ASCII, который присваивает каждому байту и знаку препинания уникальный байт. Успешно декодируя это слово с использованием масс-спектрометрии, они устанавливают новую запись для длины молекулы, которая может быть прочитана с использованием этой техники. Хотя ручной анализ цифровых данных занимает несколько часов, можно сократить время, необходимое для анализа, до нескольких миллисекунд, путём разработки соответствующего программного обеспечения для выполнения этой задачи.

Пока, объединяя короткие времена чтения с современными автоматизированными методами записи данных, эта технология открывает путь для хранения в синтетических полимерах объём данных в несколько килобайт, что примерно эквивалентно странице текста, почти такое же, как и самые первые гибкие диски.

Но пользователи с опытом помнят стремительный рост технологий цифровой записи от скромных 8,5-дюймовых дискет с их жалкими 160 кБ информации до современных терабайтовых накопителей.