分子數據存儲技術可使信息長存於世

博士後研究員Brian Cafferty正在展示其有關分子存儲的論文成果。

從書籍到軟盤，再到磁存儲器，信息存儲技術始終在不斷發展。然而，簡單如水淹、複雜如網路攻擊，都可能對我們存儲的信息造成威脅。隨著數據的爆炸式增長，越來越多的信息需要存儲在儘可能小的空間中。即便是「無限」的雲存儲也有存儲極限，不能阻止所有黑客攻擊，並且會持續消耗能源。據scienceblog.com網站報道，美國研究人員近日報道了一種存在於脆弱的互聯網之外的存儲信息的新方法。該方法在信息寫入後不再消耗能量，並且有望使信息保存時間長達數百萬年。

George Whitesides實驗室的博士後研究員Brian Cafferty說：「試想，用一茶匙蛋白質就能存儲紐約公共圖書館的內容將是多酷的事情。我們將分子存儲技術視作雲存儲等技術的補充，它非常適合長期的檔案數據存儲。」Cafferty和美國西北大學的Milan Mrksich團隊合作完成了相關研究。

Cafferty等開發的化學存儲工具可能無法取代雲存儲，但他們為研究人員們提供了一種誘人的替代型生物存儲工具。例如，合成DNA雖然也能存儲一定信息，與計算機晶元相比也很小，但它在分子世界中卻「很大」。合成DNA還需要熟練的重複勞動。如果每條信息都需要從頭設計，那麼大分子存儲技術將是一項耗時耗力的工作。Cafferty說：「為此，我們開始探索一種繞開生物學的迂迴策略。我們轉向考慮有機化學和分析化學中的常見技術，開發了一種利用低分子量小分子編碼信息的方法。」

只用一種合成方法，Cafferty等就能製造足夠數量的小分子，用於同時編碼多個視頻。這使得新方法比基於DNA的方法更加省力和便宜。研究人員選擇寡肽作為編碼信息的低分子量小分子。寡肽非常常見和穩定，而且比DNA和蛋白質等更小。寡肽的質量因其數量和氨基酸類型的不同而有差異。即便它們混合在一起，彼此也是能夠區分的。

為了把混雜的分子轉換成字母和單詞，研究人員還借鑒了二進位代碼。分子二進位代碼指向對應的字母，而如果信息是圖像，則指向對應的像素。利用這種方法，8個寡肽組成的混合物可以存儲一個位元組的信息，32個寡肽組成的混合物則可以存儲4個位元組的信息，以此類推。目前，Cafferty等已經完成了物理學家Richard Feynman等人著作的「寫入」、「存儲」和「讀取」工作。據估計，到2020年，全球數字檔案館的儲量將達到44萬億千兆位元組，幾乎是2013年的10倍。

Cafferty團隊的信息檢索準確率高達99.9%，信息寫入速度和讀取速度分別為8 bit/s和20 bit/s。新技術的寫入速度遠遠超過了合成DNA的寫入速度。隨著技術的進步，新技術的速度還能進一步提高。新技術的穩定性、成本和存儲能力也有不小的提升空間——由於Cafferty等目前使用的寡肽是定製的，成本相對較高。未來圖書館可以採購類似alkanethiols這樣的廉價分子，它們記錄上億條信息的成本僅為1美分。Cafferty等認為，在適當的條件下，寡肽的穩定周期長達數百年。並且分子儲存只能「用戶親自訪問」，即便黑客發現了隱藏的數據，他們也必須使用特定的化學方法才能檢索代碼。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：三水

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