Хранение данных в ДНК
Ученые Университета Джонса Хопкинса продемонстрировали революционную технологию, которая использует ДНК вместо традиционной электроники для хранения и вычисления данных. Она предлагает такие возможности, как хранение, извлечение, вычисление и перезапись данных.
Статья под названием «Первобытное хранилище ДНК и вычислительная машина» опубликована в журнале Nature Nanotechnology .
Технология стала жизнеспособной благодаря инновационным полимерным структурам, называемым дендриколлоидами, которые повышают плотность и сохранность данных.
Она обеспечивает функции, аналогичные функциям электронных устройств, и потенциально может защитить данные на тысячелетия, обеспечивая многообещающую основу для будущего молекулярных вычислений.
В традиционных вычислительных технологиях мы считаем само собой разумеющимся, что способы хранения данных и способы обработки данных совместимы друг с другом. Но на самом деле хранение и обработка данных выполняются в отдельных частях компьютера, а современные компьютеры представляют собой сеть сложных технологий.
Для электронных вычислений тот факт, что все компоненты устройства совместимы, является одной из причин привлекательности этих технологий.
ДНК-вычисления сталкиваются с проблемой хранения, извлечения и вычислений, когда данные хранятся в форме нуклеиновых кислот.
До сих пор считалось, что, хотя хранение данных в ДНК может быть полезным для долгосрочного хранения данных, было бы сложно разработать технологию ДНК, которая охватывала бы весь спектр операций, имеющихся в традиционных электронных устройствах. Например таких как: хранение и перемещение данных, возможность считывать, стирать, перезаписывать, перезагружать или вычислять определенные файлы данных и делать все это программируемыми и повторяемыми способами.
Исследователи продемонстрировали, что новая технология хранения данных на основе ДНК жизнеспособна.
Хранение и обработка данных с помощью ДНК
Они создали полимерные структуры, называемые дендриколлоидами, которые начинаются на микроуровне, но ответвляются друг от друга иерархическим образом, создавая сеть наноразмерных волокон.
Эта морфология создает структуру с большой площадью поверхности , что позволяет размещать ДНК среди нанофибрилл, не жертвуя при этом плотностью данных, что изначально делает ДНК привлекательной для хранения данных.
В хранилище на основе ДНК, имеющее размер ластика для карандаша, можно поместить данные с тысячи ноутбуков.
Способность отличать информацию ДНК от нановолокон, на которых она хранится, позволяет выполнять те же функции, которые можно выполнять с помощью электронных устройств.
Можно копировать информацию ДНК непосредственно с поверхности материала, не повреждая ДНК. Также можно стирать целевые фрагменты ДНК, а затем перезаписывать их на ту же поверхность, например, удалять и перезаписывать информацию, хранящуюся на жестком диске.
По сути, это позволяет выполнять весь спектр функций хранения и вычисления данных ДНК. Кроме того, исследователи обнаружили, что при нанесении ДНК на дендрикколлоидный материал, этот материал помогает сохранить ДНК.
По сути это эквивалент микросхем, а дендрикколлоидный материал это печатная плата.
Материалы помещаются в микрофлюидные каналы, которые направляют поток нуклеиновых кислот и реагентов, что позволяет перемещать данные и инициировать вычислительные команды.
Лаборатория Уинстона Тимпа в Университете Джонса Хопкинса поделилась своим опытом в области нанопорового секвенирования. Это помогло напрямую считывать данные в РНК после копирования их с ДНК на поверхности материала. А лаборатория Джеймса Така разработала алгоритмы, которые позволяют преобразовывать данные в последовательности нуклеиновых кислот и наоборот.
Исследователи продемонстрировали, что новая технология хранения и вычисления данных, которую они называют «первобытным хранилищем ДНК и вычислительным движком», способна решать простые судоку и шахматные задачи.
Тестирование показывает, что она может надежно хранить данные в течение тысяч лет в коммерчески доступных пространствах без ухудшения ДНК, хранящей информацию.