新方法可以将任何对象变成数据存储单元

• 研究人员使用 DNA 分子在日常物品中存储信息。
• 可以在几十年甚至几个世纪后检索这些信息。
• 目前该技术相当昂贵。

在当今的信息时代，世界数据正以惊人的速度增长。用于存储这些数据的现有设备（固态驱动器、硬盘驱动器和磁带）很快就会达到其物理极限。

这就是为什么科学家们试图使用 DNA 分子作为长期冷藏的架构。它可以采取任何形状，并且表现出超出特殊密度和耐久性的范围。理论上，一克 DNA 可以存储 215 PB 的数据数千年。

现在，苏黎世联邦理工学院（瑞士）和 Erlich Lab LLC（以色列）的研究人员开发了一种新方法，可以在日常用品中存储大量信息（仅使用 DNA 分子），例如水瓶、衬衫纽扣，甚至玻璃镜片。即使经过数十年或数百年，这些信息仍可直接从对象中检索。

之前的研究，例如用 DNA“条形码”标记产品并将大量数据存储在 DNA 中，使研究人员能够构建一种名为“事物 DNA”的新型数据存储。对象（存储单元）通过互联网与信息链接，因此得名。

他们是怎么做到的？

为了创造具有不可变记忆的物体，研究人员将 DNA 分子融合到一种功能材料上。他们以一种对错误具有鲁棒性的方式对 DNA 分子中的数据进行编码。

他们使用 DNA Fountain 编码方案来纠正极端丢失错误并从微量材料中检索数据。

然而，在制备混合物的过程中，由于温度升高和水解应力，简单地将DNA与功能材料混合通常会导致DNA降解。

这可以通过将 DNA 封装在二氧化硅纳米颗粒中来消除。硅胶颗粒包裹的DNA使DNA与包埋材料更容易混合，并增加了DNA分子的半衰期。

参考：Nature Biotechnology | DOI:10.1038/s41587-019-0356-z |苏黎世联邦理工学院

这些 DNA 分子可以与各种材料混合，并通过 3D 打印或铸造技术成型。

研究团队用塑料 3D 打印了一只兔子来演示这种新方法。兔子包含 100 KB 的数据——打印兔子的指令。这意味着该对象就像真正的兔子一样带有自己的蓝图。

一只 3D 打印的塑料兔子，包含 100 KB 的 DNA 分子数据 |图片来源：苏黎世联邦理工学院 / Julian Koch

他们还从一小块兔子中检索数据（打印说明），并用它来 3D 打印一个全新的。他们重复这个过程5次，创造了第一只兔子的“玄孙”。

应用

该技术可用于将秘密信息隐藏在普通材料中，这种技术称为隐写术。研究人员通过在传统眼镜的镜片中存储一段短片（1.4 兆字节）来证明这一点。人们可以带着这些眼镜在不被发现的情况下通过机场安检。

理论上，只要在制造过程中不会达到极高的温度，所有塑料物体（包括硅胶、聚氨酯、聚酯和环氧化物）中的信息都是可以隐藏的。

它在需要可访问蓝图级别信息的应用程序中非常有用，无论是在批量制造的对象中还是在个性化的项目中。例如，在种植牙中，每个结构都是独一无二的，并且仅为特定患者量身定制。

这项技术的一个更具未来感的应用将是在自我复制设备领域。该技术具有足够的复制能力，可以为无限供应的对象创建存储材料。

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这项技术非常昂贵：翻译一个 3D 打印文件的成本超过 2,000 美元。然而，单位的成本随着对象批量大小的增加而降低。