Nieuwe methode kan van elk object een gegevensopslageenheid maken

• Onderzoekers gebruiken DNA-moleculen om informatie op te slaan in alledaagse voorwerpen.
• De informatie kan decennia of zelfs eeuwen later worden teruggevonden.
• Op dit moment is de technologie vrij duur.

In het huidige informatietijdperk groeien de gegevens van de wereld met enorme snelheden. Bestaande apparaten (solid-state drive, harde schijven en magneetbanden) om deze gegevens op te slaan, zullen binnenkort hun fysieke beperkingen bereiken.

Daarom proberen wetenschappers DNA-moleculen te gebruiken als architectuur voor langdurige koude opslag. Het kan elke vorm aannemen en een uitzonderlijke dichtheid en uithoudingsvermogen vertonen. In theorie kan een enkele gram DNA duizenden jaren lang 215 Petabytes aan gegevens opslaan.

Nu hebben onderzoekers van ETH Zürich (Zwitserland) en Erlich Lab LLC (Israël) een nieuwe manier ontwikkeld om een ​​enorme hoeveelheid informatie (alleen met behulp van DNA-moleculen) op te slaan in alledaagse voorwerpen zoals waterflessen, overhemdenknopen en zelfs glazen lenzen. De informatie kan zelfs na decennia of eeuwen direct uit de objecten worden gehaald.

Eerdere onderzoeken, zoals het markeren van producten met DNA-barcode en het opslaan van enorme hoeveelheden gegevens in DNA, hebben onderzoekers in staat gesteld een nieuw type gegevensopslag te bouwen met de naam 'DNA of Things'. De objecten (opslagunits) zijn via internet gekoppeld aan informatie, vandaar de naam.

Hoe hebben ze het gedaan?

Om objecten met een onveranderlijk geheugen te creëren, hebben onderzoekers DNA-moleculen gefuseerd tot een functioneel materiaal. Ze codeerden de gegevens in DNA-moleculen op een manier die bestand is tegen fouten.

Ze gebruikten het DNA Fountain-coderingsschema om extreme uitvalfouten te corrigeren en gegevens op te halen uit kleine hoeveelheden materiaal.

Het eenvoudigweg mengen van het DNA met functionele materialen leidt echter vaak tot afgebroken DNA als gevolg van verhoogde temperaturen en hydrolysestress tijdens de bereiding van het mengsel.

Dit kan worden geëlimineerd door het DNA in te kapselen in nanodeeltjes van silica. Het in silicadeeltjes ingekapselde DNA maakt het gemakkelijker om DNA te mengen met het ingesloten materiaal en verhoogt ook de halfwaardetijd van DNA-moleculen.

Referentie:Natuur Biotechnologie | DOI:10.1038/s41587-019-0356-z | ETH Zürich 

Deze DNA-moleculen kunnen worden gemengd met verschillende materialen en gevormd via 3D-printen of giettechnieken.

Het onderzoeksteam heeft 3D een konijn uit plastic geprint om de nieuwe methode te demonstreren. Het konijn bevat 100 kilobyte aan gegevens - de instructie voor het afdrukken van het konijn. Dit betekent dat het object zijn eigen blauwdruk draagt, net als echte konijnen.

Een 3D-geprint plastic konijn dat 100 KB aan gegevens bevat in de vorm van DNA-moleculen | Krediet:ETH Zürich / Julian Koch

Ze haalden ook de gegevens (afdrukinstructies) van een klein stukje van het konijn en gebruikten het om een ​​geheel nieuwe 3D te printen. Ze herhaalden het proces 5 keer, waardoor het 'achter-achter-achterkleinkind' van het eerste konijn ontstond.

Toepassingen

De technologie zou kunnen worden gebruikt om geheime informatie te verbergen in gewoon materiaal, een techniek die steganografie wordt genoemd. Onderzoekers toonden het aan door een korte film (1,4 megabyte) op te slaan in de lenzen van conventionele brillen. Je kunt deze bril ongemerkt door de beveiliging van de luchthaven halen.

Theoretisch is het mogelijk om informatie in alle plastic voorwerpen (inclusief siliconen, polyurethaan, polyester en epoxiden) te verbergen, zolang ze tijdens het productieproces geen extreem hoge temperaturen bereiken.

Het is handig in toepassingen waar informatie op blauwdrukniveau toegankelijk moet zijn, hetzij in een massaproduct of in een gepersonaliseerd item. In tandheelkundige implantaten is elke structuur bijvoorbeeld uniek en alleen op maat gemaakt voor een bepaalde patiënt.

Een meer futuristische toepassing van deze technologie zou liggen op het gebied van zelfreplicerende apparaten. De techniek heeft voldoende replicatiecapaciteit om opslagmateriaal te creëren voor een onbeperkte voorraad objecten.

Lezen:Microsoft heeft een volledig geautomatiseerde DNA-gegevensopslag gebouwd

De technologie is vrij duur:het vertalen van een enkel 3D-printbestand kost meer dan $ 2.000. De kosten van de eenheid nemen echter af naarmate de batchgrootte van het object toeneemt.