Un equipo de investigadores de la Universidad de Brown ha logrado un progreso sustancial en un esfuerzo por crear un nuevo tipo de sistema de almacenamiento de datos moleculares.
en un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el equipo almacenó una variedad de archivos de imágenes, un dibujo de Picasso, una imagen del dios egipcio Anubis y otros, en conjuntos de mezclas que contienen pequeñas moléculas sintetizadas a medida. En total, los investigadores almacenaron más de 200 kilobytes dedatos, que dicen que son los más almacenados hasta la fecha utilizando moléculas pequeñas. Eso no es una gran cantidad de datos en comparación con los medios tradicionales de almacenamiento, pero es un progreso significativo en términos de almacenamiento de moléculas pequeñas, dicen los investigadores.
"Creo que este es un paso adelante sustancial", dijo Jacob Rosenstein, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería de Brown y autor del estudio. "La gran cantidad de moléculas pequeñas únicas, la cantidad de datos que podemos almacenar yla confiabilidad de la lectura de datos muestra una promesa real para escalar esto aún más ".
A medida que el universo de datos continúa expandiéndose, se está trabajando mucho para encontrar medios de almacenamiento nuevos y más compactos. Al codificar datos en moléculas, puede ser posible almacenar el equivalente a terabytes de datos en solo unos pocos milímetros de espacio. La mayor parte de la investigación sobre el almacenamiento molecular se ha centrado en polímeros de cadena larga como el ADN, que son portadores bien conocidos de datos biológicos. Sin embargo, existen ventajas potenciales en el uso de moléculas pequeñas en comparación con polímeros largos. Las moléculas pequeñas son potencialmente más fáciles y más baratas de producir queADN sintético y, en teoría, tienen una capacidad de almacenamiento aún mayor.
El equipo de investigación de Brown, apoyado por una subvención de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. DARPA dirigida por la profesora de química Brenda Rubenstein, ha estado trabajando para encontrar formas de hacer que el almacenamiento de datos de moléculas pequeñas sea factible y escalable.
Para almacenar datos, el equipo utiliza pequeñas placas de metal dispuestas con 1.500 puntos diminutos de menos de un milímetro de diámetro. Cada punto contiene una mezcla de moléculas. La presencia o ausencia de diferentes moléculas en cada mezcla indica los datos digitales. El número delos bits en cada mezcla pueden ser tan grandes como la biblioteca de moléculas distintas disponibles para mezclar. Luego, los datos se pueden leer utilizando un espectrómetro de masas, que puede identificar las moléculas presentes en cada pocillo.
En un artículo publicado el año pasado, el equipo de Brown demostró que podían almacenar archivos de imágenes en el rango de kilobytes usando algunos metabolitos comunes, las moléculas que los organismos usan para regular el metabolismo. Para este nuevo trabajo, los investigadores pudieron expandir enormemente eltamaño de su biblioteca y, por lo tanto, los tamaños de los archivos que podrían codificar al sintetizar sus propias moléculas.
El equipo creó sus moléculas utilizando reacciones Ugi, una técnica que se utiliza a menudo en la industria farmacéutica para producir rápidamente una gran cantidad de compuestos diferentes. Las reacciones Ugi combinan cuatro clases amplias de reactivos una amina, un aldehído o una cetona, un ácido carboxílicoy un isocianuro en una nueva molécula. Al usar diferentes reactivos de cada clase, los investigadores pudieron producir rápidamente una amplia gama de moléculas distintas. Para este trabajo, el equipo usó cinco aminas diferentes, cinco aldehídos, 12 ácidos carboxílicos y cincoisocianuros en diferentes combinaciones para crear 1.500 compuestos distintos.
"La ventaja aquí es la escalabilidad potencial de la biblioteca", dijo Rubenstein. Utilizamos solo 27 componentes diferentes para hacer una biblioteca de 1500 moléculas en un día. Eso significa que no tenemos que salir y encontrar 1500moléculas."
A partir de ahí, el equipo usó subbibliotecas de compuestos para codificar sus imágenes. Se usó una biblioteca de 32 compuestos para almacenar una imagen binaria del dios egipcio Anubis. Se usó una biblioteca de 575 compuestos para codificar un Picasso de 0,88 megapíxelesdibujo de un violín.
La gran cantidad de moléculas disponibles para las bibliotecas químicas también permitió a los investigadores explorar esquemas de codificación alternativos que hicieron la lectura de datos más robusta. Si bien la espectrometría de masas es muy precisa, no es perfecta. Al igual que con cualquier sistema utilizado para almacenar otransmitir datos, este sistema necesitará algún tipo de corrección de errores.
"La forma en que diseñamos las bibliotecas y leemos los datos incluye información adicional que nos permite corregir algunos errores", dijo el estudiante graduado de Brown, Chris Arcadia, primer autor del artículo. "Eso nos ayudó a optimizar el flujo de trabajo experimental y aún así obtener precisióntasas de hasta el 99 por ciento ".
Aún hay más trabajo por hacer para llevar esta idea a una escala útil, dicen los investigadores. Pero la capacidad de crear grandes bibliotecas químicas y usarlas para codificar archivos cada vez más grandes sugiere que el enfoque se puede ampliar.
"Ya no estamos limitados por el tamaño de nuestra biblioteca química, que es realmente importante", dijo Rosenstein. "Ese es el mayor paso adelante aquí. Cuando comenzamos este proyecto hace unos años, tuvimos algunos debates sobre sialgo de esta escala era incluso factible experimentalmente. Por lo tanto, es realmente alentador que hayamos podido hacer esto ".
Otros coautores del artículo fueron Eamonn Kennedy, Joseph Geiser, Amanda Dombroski, Kady Oakley, Shui-Ling Chen, Leonard Sprague, Mustafa Ozmen, Jason Sello, Peter M. Weber, Sherief Reda, Christopher Rose y Eunsuk Kim.El trabajo fue financiado por DARPA W911NF-18-2-0031 y la National Science Foundation 1941344.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :