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Papel seminal de Michael Faraday almacenado digitalmente en tintes fluorescentes

Los investigadores de Harvard han desarrollado un enfoque de almacenamiento de datos basado en mezclas de tintes fluorescentes que se imprimen en una superficie epoxi en pequeños puntos. La mezcla de tintes en cada punto codifica información que luego se lee con un microscopio fluorescente.

Los discos ópticos, las unidades flash y las unidades de disco duro magnético solo pueden almacenar información digital durante algunas décadas, y tienden a requerir mucha energía para su mantenimiento, lo que hace que estos métodos no sean ideales para el almacenamiento de datos a largo plazo. Así que los investigadores han estado estudiando el uso de moléculas como alternativas, sobre todo en el almacenamiento de datos de ADN. Sin embargo, esos métodos conllevan sus propios 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 papel publicado en la revista ACS Central Science. Los investigadores probaron su método almacenando 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 al almacenamiento de datos de archivo a 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 trabaja para una empresa de nueva creación que quiere comercializar el método.

Amit Nagarkar ayudó a desarrollar un sistema de almacenamiento de datos que utiliza tintes fluorescentes mientras realizaba un postdoctorado en el laboratorio de George Whitesides en la Universidad de Harvard.
Agrandar / Amit Nagarkar ayudó a desarrollar un sistema de almacenamiento de datos que utiliza tintes fluorescentes mientras realizaba un postdoctorado en el laboratorio de George Whitesides en la Universidad de Harvard.

Kris Snibbe / Personal de Harvard

Hay una buena razón para todo el interés en utilizar ADN para el almacenamiento de datos. Como informamos anteriormente, el ADN tiene cuatro componentes químicos: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C), que constituyen un tipo de código. La información se puede almacenar en el ADN convirtiendo los datos de un código binario a un código de base 4 y asignándole una de las cuatro letras. El ADN tiene una densidad de datos significativamente mayor que los sistemas de almacenamiento convencionales. Un solo gramo puede representar casi mil millones de terabytes (1 zettabyte) de datos. Y es un medio robusto: los datos almacenados se pueden conservar durante largos períodos de tiempo, décadas o incluso siglos.

El almacenamiento de datos de ADN ha progresado notablemente en los últimos años, lo que ha dado lugar a algunos giros inventivos del método básico. Por ejemplo, hace dos años, los científicos de Stanford fabricaron con éxito una versión impresa en 3D del conejito de Stanford, un modelo de prueba común en gráficos por ordenador en 3D, que almacenaba las instrucciones de impresión para reproducir el conejito. El conejito contiene alrededor de 100 kilobytes de datos, gracias a la incorporación de nanoperlas que contienen ADN al plástico utilizado para imprimirlo en 3D.

Pero el uso de ADN también presenta desafíos imponentes. Por ejemplo, almacenar 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 almacenamiento de datos. Entonces, otros científicos han explorado 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 los polímeros sintéticos es un proceso costoso, complicado y que requiere mucho tiempo.

Nagarkar muestra pequeñas moléculas de tinte que se utilizan para almacenar información.
Agrandar / Nagarkar muestra pequeñas moléculas de tinte que se utilizan para almacenar información.

Kris Snibbe / Personal de Harvard

En 2019, el laboratorio de Whitesides demostrado con éxito el almacenamiento de información en una mezcla de productos disponibles comercialmente oligopéptidos sobre una superficie de metal, sin necesidad de técnicas de síntesis costosas y que consumen mucho tiempo. El laboratorio utilizó un espectrómetro de masas para distinguir entre las moléculas por su peso molecular para leer la información almacenada. Pero todavía había algunos problemas, en particular, que la información se destruyó 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 buscar 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 contiene ciertos grupos amino reactivos. La reacción subsiguiente forma enlaces amida estables, bloqueando efectivamente la información en su lugar.

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