栗子 安妮 发自 凹非寺

量子位 出品 | 公家号 QbitAI

小分子溶液，其实也有当“硬盘”的潜质。

布朗大学的Eamonn Kennedy等级人的最新研究发明：不贰贰止DNA大分子能在有限的体积里存储大量信息，糖、氨基酸等级代谢小分子也能用来存储信息。

这些平时装在容器中看似平平无奇的液体有这种功能？

研究人员就将这种技能，将埃登科猫、北山羊和船锚图片存到了糖、氨基酸和其他小分子的殽杂溶液中，不贰贰仅可以告成存储，并且还能完成检索任务，读取准确率到达了99%，赶过了DNA存储。

存入的猫片是这样的：

读取的图片险些将猫片完全还原：

对比于此前用DNA分子存储16GB维基百科，这种要领有明显的优势。

布朗工程学院传授Rosenstein认为，与DNA对比，用代谢小分子存取数据具有低延迟性，可以从新到尾快速写入和读取数据。

用这种小分子溶液存取信息的要领，每秒可以写入5个字节，每秒可读取11个字节。而假如用DNA编码数据，再用DNA测序来读取，21小时也达不贰贰到5字节，本钱还会十分可不雅观。

并且，与双螺旋布局的DNA对比，代谢小分子的体型比DNA小得多，可以比DNA更密集地暗示数据。

他还暗示，这项浮薄战了在分子数据系统中存储信息的可行性，证实了不贰贰是只有DNA这样的遗传物质才华储存信息。

并且，还让离线非云存储大量数据成为可能，从而灌注贯注黑客的打击。

这项研究成就在期刊PLoS ONE一发表，就迅速登上了科技新闻网站Techmeme的热度总榜第6名。

来看看这项神奇的研究。

这是1和0的世界

固然DNA贵为遗传物质，但在生物体里存储数据的任务，不贰贰止DNA这样的大分子才华做到。

究竟，数据的海洋里，只要有0和1就充沛了。所以，不贰贰论是糖类，氨基酸，照旧其他小分子，都能用存在和不贰贰存在来暗示1和0。

布朗大学助理传授Jacob Rosenstein的尝试室里，小同伴们机警地发明了这一点。

至于，用什么物质做存储工具对照好，DNA下游的代谢物组 (Metabolome) ，等于信息量厚实的地址。

举个例子，伦敦国王学院的团队，2013年就曾经操作22种血液里的代谢物，来猜度人的春秋和健康状态。

除此之外，团队说代谢物数据有低延迟的特点。并且，假如用代谢物写入数据，写好之后就不贰贰再需要任何的能量。

视情况而定，代谢物数据可能糊口生涯几个月、甚至几年。但团队说：在极真个温度、压力和机器力感化下，分子存储可能比电子元件更不贰贰变。

那么，来看一下详细的做法吧：

怎么实现？

让溶液携带信息历程详细怎么实现的？在论文Encoding information in synthetic metabolomes中，揭秘了背后的实现历程。

先看在溶液中写入和读取信息流程大图：

这个历程并不贰贰庞大，先说信息写入历程。

研究人员把黑利剑图像的每一个像素点，用六种代谢物 (是否存在) ，在一块钢板上暗示出来。

在这个尝试中，钢板上有1024个点。6种代谢物分袂是维生素、核苷、核苷酸、氨基酸、糖和代谢途径中央体 (metabolic pathway intermediates) ，平山新闻网，这样每个点就可以编码6个像素的黑利剑。

于是，这样一张钢板就可以编码6×1024=6144个像素的图像了。

研究人员将用专门的液体措置惩罚惩罚呆板人，将少量的殽杂溶液点在钢板（steel plate）上。

读取编码后的图像，需要借助化学分析要领基质帮助激光解吸/电离（MALDI）质谱（MS）分析来搞定。

这是一种用于质谱法的温暖离子化技能，可以获得用通例离子化要领等闲解离为碎片的一些完整大分子质谱讯息。

在这一步，研究人员不雅察看获得的质谱峰，判定在溶液中到底存在哪些代谢物，然后规复成原始图像。

末了，研究人员还提出了存储在合成代谢体中的千字节级图像数据集，在用多质量逻辑回归进行解码后，准确度到达了99%。

研究虽好，但还存在必然的局限性。

比如，当在一种溶液中插手多种小分子溶液时，很多代谢物互相会产生化学回响，彼此感化导致信息错误或数据丢掉。

Rosenstein暗示，使用分子进行计较是一项巨大的时机，而当前的研究还处于弄清如何操作它的阶段。未来，潜力无限。

DNA存储

用代谢物做存储工具，照旧一种新鲜的要领。

而前辈DNA存储，已经是对照成熟的技能了。

DNA有4种碱基对：A-T、T-A、C-G、G-C，用来编码遗传信息。

用CRISPR基因编纂技能，可以制造出任何DNA序列，存储相应的数据。

去年，来自法国的高中生Adrien Locatelli，就曾经把《圣经》和《古兰经》的一部分内容用DNA链编了码，然后用AAV2病毒当载体注入本身的身体。

到了上个月底，哈佛系的草创公司Catalog已经把16GB的英文维基百科内容，编码在了DNA链上。

本月初，Catalog又发布告成把1TB的数据，存到了重量能以克计的DNA上，并且暗示明年就会最先商业化。

至于，存在DNA里的数据要怎样读取，哈佛大学的一组研究人员是这样展示的。

他们把一张骑马的动图，插入了大肠杆菌的DNA里。

又对细菌的基因组做了测序来重修图像。

重修的准确率到达90%：

再转头看代谢物数据提取的99%准确率，少年老成。

传送门

布朗大学官方报道：

https://www.brown.edu/news/2019-07-03/molecules

论文自己：

https://journals.plos.org/plosone/article/authors?id=10.1371/journal.pone.0217364

— 完 —

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