Las moléculas de ADN son bien conocidas como portadoras de grandes cantidades de información biológica, y existe un creciente interés en usar ADN en dispositivos de almacenamiento de datos diseñados que pueden contener muchos más datos que nuestros discos duros actuales. Pero una nueva investigación muestra que el ADN no esel único juego en la ciudad cuando se trata de almacenamiento de datos moleculares.
Un estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Brown muestra que es posible almacenar y recuperar datos almacenados en metabolomas artificiales: matrices de mezclas líquidas que contienen azúcares, aminoácidos y otros tipos de moléculas pequeñas. Para un artículo publicado en la revista PLOS ONE , los investigadores demostraron que podían codificar archivos de imágenes a escala de kilobytes en soluciones de metabolitos y volver a leer la información.
"Esta es una prueba de concepto que esperamos que haga que la gente piense en usar rangos más amplios de moléculas para almacenar información", dijo Jacob Rosenstein, profesor de la Escuela de Ingeniería de Brown y autor principal del estudio. "En algunas situaciones, moléculas pequeñas como las que usamos aquí pueden tener una densidad de información aún mayor que el ADN ".
Otra ventaja potencial, dice Rosenstein, proviene del hecho de que muchos metabolitos pueden reaccionar entre sí para formar nuevos compuestos. Eso crea el potencial para sistemas moleculares que no solo almacenan datos, sino que también los manipulan, realizando cálculos dentro de mezclas de metabolitos..
La idea detrás de la computación molecular surge de una creciente necesidad de mayor capacidad de almacenamiento de datos. Para 2040, el mundo habrá producido hasta 3 septillones es decir, 3 seguidos de 24 ceros de bits de datos según algunas estimaciones. Almacenamiento, búsqueday procesar todos esos datos es un desafío abrumador, y simplemente puede que no haya suficiente silicio de grado de chip en la Tierra para hacer esto con los chips semiconductores tradicionales. Financiado por un contrato con la Administración de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA, un grupo deLos ingenieros y químicos de Brown han estado trabajando en una variedad de técnicas para usar moléculas pequeñas para crear nuevos sistemas de información.
Para este nuevo estudio, el grupo quería ver si los metabolomas artificiales podrían ser una opción de almacenamiento de datos. En biología, un metaboloma es la gama completa de moléculas que un organismo usa para regular su metabolismo.
"No es difícil reconocer que las células y los organismos usan moléculas pequeñas para transmitir información, pero puede ser más difícil generalizar y cuantificar", dijo Eamonn Kennedy, asociado postdoctoral en Brown y primer autor del estudio.demostrar cómo un metaboloma puede codificar información digital precisa ".
Los investigadores ensamblaron sus propios metabolomas artificiales: pequeñas mezclas líquidas con diferentes combinaciones de moléculas. La presencia o ausencia de un metabolito particular en una mezcla codifica un bit de datos digitales, un cero o uno. El número de tipos de moléculas enel metaboloma artificial determina la cantidad de bits que puede contener cada mezcla. Para este estudio, los investigadores crearon bibliotecas de seis y 12 metabolitos, lo que significa que cada mezcla podría codificar seis o 12 bits. Luego, miles de mezclas se colocan en pequeñas placas de metal en elforma de gotas del tamaño de nanolitros. El contenido y la disposición de las gotas, colocadas con precisión por un robot de manipulación de líquidos, codifican los datos deseados.
Luego, las placas se secan, dejando pequeñas manchas de moléculas de metabolitos, cada una con información digital. Los datos se pueden leer con un espectrómetro de masas, que puede identificar los metabolitos presentes en cada punto de la placa y decodificar los datos.
Los investigadores utilizaron la técnica para codificar y recuperar con éxito una variedad de archivos de imagen de tamaños de hasta 2 kilobytes. Eso no es grande en comparación con la capacidad de los sistemas de almacenamiento modernos, pero es una prueba de concepto sólida, dicen los investigadores.Y hay mucho potencial para escalar. La cantidad de bits en una mezcla aumenta con la cantidad de metabolitos en un metaboloma artificial, y hay miles de metabolitos conocidos disponibles para su uso.
Hay algunas limitaciones, señalan los investigadores. Por ejemplo, muchos metabolitos interactúan químicamente entre sí cuando se colocan en la misma solución, y eso podría resultar en errores o pérdida de datos. Pero ese es un error que finalmente podría convertirse en una característica. Puede ser posible aprovechar esas reacciones para manipular datos, realizando cálculos en solución.
"El uso de moléculas para la computación es una oportunidad tremenda, y solo estamos empezando a descubrir cómo aprovecharla", dijo Brenda Rubenstein, profesora asistente de química de Brown y coautora del estudio.
"Una investigación como esta desafía lo que la gente considera posible en los sistemas de datos moleculares", dijo Rosenstein. "El ADN no es la única molécula que se puede usar para almacenar y procesar información. Es emocionante reconocer que existen otras posibilidades por ahícon gran potencial. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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