Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν ανέπτυξαν μια καινοτόμο μέθοδο αποθήκευσης και ανάγνωσης δεδομένων με τη χρήση συνθετικών μορίων, καταφέρνοντας να κωδικοποιήσουν και να αποκωδικοποιήσουν ένα password 11 χαρακτήρων, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε για το ξεκλείδωμα υπολογιστή. Η έρευνα δημοσιεύτηκε στις 16 Μαΐου στο περιοδικό Chem της Cell Press και σηματοδοτεί ένα πρωτοποριακό βήμα στην ενοποίηση της χημείας με την ψηφιακή τεχνολογία.
Από το DNA στα συνθετικά μόρια: Μια νέα εποχή αποθήκευσης
Εδώ και χρόνια, οι επιστήμονες γνωρίζουν πως μόρια όπως το DNA διαθέτουν την ικανότητα να αποθηκεύουν τεράστιες ποσότητες δεδομένων χωρίς την ανάγκη παροχής ενέργειας. Ωστόσο, η ανάγνωση αυτών των δεδομένων απαιτεί πολύπλοκα και δαπανηρά εργαλεία, όπως οι φασματογράφοι μάζας. Η ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον ηλεκτρολόγο μηχανικό Praveen Pasupathy και τον χημικό Eric Anslyn, επιχείρησε να προσπεράσει αυτά τα εμπόδια αναπτύσσοντας μια νέα μέθοδο χημικής αποθήκευσης που βασίζεται σε ηλεκτροχημικά σήματα.
Μοριακό αλφάβητο και πολυμερή-φορείς πληροφοριών
Η ομάδα δημιούργησε ένα «αλφάβητο» 256 χαρακτήρων με τη χρήση τεσσάρων διαφορετικών μονομερών, των βασικών δομικών μονάδων των πολυμερών. Κάθε χαρακτήρας αποτελούνταν από έναν μοναδικό συνδυασμό των τεσσάρων αυτών μορίων, τα οποία διέθεταν διαφορετικές ηλεκτροχημικές ιδιότητες. Στη συνέχεια, συνέθεσαν ένα πολυμερές που αντιπροσώπευε τον κωδικό πρόσβασης «Dh&@dR%P0W¢».
Για να διαβάσουν το μήνυμα, οι ερευνητές αποικοδόμησαν το πολυμερές βήμα προς βήμα, αφαιρώντας ένα μονομερές τη φορά από το άκρο της αλυσίδας. Καθώς κάθε μονομερές παρήγαγε ένα συγκεκριμένο ηλεκτρικό σήμα κατά την αποδόμησή του, η αλληλουχία αυτών των σημάτων αποκάλυπτε τη σειρά των μονομερών και κατ’ επέκταση, τους χαρακτήρες του κωδικού.
«Το ηλεκτρικό δυναμικό μάς δείχνει ποιο μονομερές αποικοδομείται εκείνη τη στιγμή», εξηγεί ο Pasupathy. «Αυτό δημιουργεί ένα είδος “κινηματογραφικής ταινίας”, όπου παρακολουθούμε τη μοριακή αποδόμηση σε πραγματικό χρόνο και ανασυνθέτουμε το αρχικό μήνυμα».
Πλεονεκτήματα και προκλήσεις
Η νέα αυτή τεχνολογία υπόσχεται μια εναλλακτική λύση στα συμβατικά μέσα αποθήκευσης, όπως οι σκληροί δίσκοι και τα USB, τα οποία έχουν περιορισμένη διάρκεια ζωής, απαιτούν συνεχή τροφοδοσία και παρουσιάζουν υψηλό κόστος συντήρησης. Σε αντίθεση, τα μόρια μπορούν να αποθηκεύσουν δεδομένα για πολύ μεγάλα χρονικά διαστήματα χωρίς ενέργεια.
Ωστόσο, η μέθοδος έχει ακόμα περιορισμούς. Το κάθε μόριο-φορέας μπορεί να αποκωδικοποιηθεί μόνο μία φορά, αφού η διαδικασία ανάγνωσης το καταστρέφει. Επιπλέον, η αποκωδικοποίηση του 11-ψηφίου κωδικού χρειάστηκε περίπου 2,5 ώρες, χρόνος που οι ερευνητές στοχεύουν να μειώσουν μελλοντικά.
«Η έρευνά μας δείχνει έναν νέο δρόμο για τη δημιουργία οικονομικότερων και φορητών συστημάτων αποθήκευσης, βασισμένων σε πολυμερή και ηλεκτρονικά κυκλώματα», σημειώνει ο Anslyn. «Ο επόμενος στόχος είναι να συνδέσουμε άμεσα τα πολυμερή με μικροτσίπ, έτσι ώστε τα ίδια τα κυκλώματα να διαβάζουν τα δεδομένα».
Απόδειξη της δύναμης της φύσης
Η έμπνευση για τη χρήση μορίων ως μέσα αποθήκευσης προέρχεται από τη φύση, όπως επισημαίνει ο Pasupathy: «Η φύση μας έχει ήδη δώσει την απόδειξη πως αυτό λειτουργεί – μέσω του DNA». Η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Ίδρυμα Keck, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ, τον Στρατό Ξηράς και την Έδρα Χημείας Welch.
Μελλοντικά, η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές υψηλής ασφάλειας, όπως κρυπτογράφηση δεδομένων, βιομετρική ταυτοποίηση ή ακόμη και «μοριακά» USB sticks. Σε κάθε περίπτωση, το μοριακό ξεκλείδωμα υπολογιστών είναι μόνο η αρχή μιας νέας εποχής όπου η χημεία συναντά την πληροφορική.
