octubre 28, 2021

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Papel seminal de Michael Faraday almacenado digitalmente en tintes fluorescentes

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Los investigadores de Harvard han desarrollado un enfoque de almacenamiento de datos basado en mezclas de tintes fluorescentes que se imprimen en una superficie de epoxi en pequeños puntos. La mezcla de tintes en cada punto codifica la información que se lee bajo un microscopio fluorescente.

Los discos ópticos, las unidades flash y los discos duros magnéticos solo pueden almacenar información digital durante algunas décadas y tienden a requerir mucha energía para su mantenimiento, lo que hace que estos métodos no sean ideales para el almacenamiento de datos a largo plazo. Por ello, los investigadores han estado estudiando el uso de moléculas como alternativas, principalmente en Almacenamiento de datos de ADN. Sin embargo, estos métodos presentan sus propios desafíos, incluidos los altos costos de síntesis y las lentas velocidades de lectura y escritura.

Ahora, los científicos de la Universidad de Harvard han descubierto cómo usar tintes fluorescentes en forma de bits para un medio más barato y rápido de almacenamiento de datos, según un nuevo rol publicado en la revista ACS Central Science. Los investigadores probaron su método almacenando a uno de los físicos del siglo XIX. Michael Faradaylos artículos fundamentales de la empresa sobre electromagnetismo y química, así como una imagen JPEG de Faraday.

“Este método puede proporcionar acceso al almacenamiento de datos archivados a bajo costo”, dijo el coautor Amit A. Nagarkar, quien realizó la investigación como becario postdoctoral en el laboratorio de George Whitesides en Harvard. “[It] proporciona acceso al almacenamiento de datos a largo plazo utilizando tecnologías comerciales existentes: impresión por inyección de tinta y microscopía de fluorescencia. ”Nagarkar ahora está trabajando para una empresa de nueva creación que quiere comercializar el método.

Ampliar / Amit Nagarkar ayudó a desarrollar un sistema de almacenamiento de datos que utiliza tintes fluorescentes mientras realizaba un trabajo postdoctoral en el laboratorio de George Whitesides en la Universidad de Harvard.

Kris Snibbe / Equipo de Harvard

Hay una buena razón para el interés en utilizar ADN para el almacenamiento de datos. Como nosotros previamente reportado, El ADN tiene cuatro componentes químicos: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C), que constituyen un tipo de código. La información se puede almacenar en el ADN convirtiendo los datos del código binario en un código de base 4 y asignándole una de las cuatro letras. El ADN tiene una densidad de datos significativamente mayor que los sistemas de almacenamiento convencionales. un solo gramo puede representar casi mil millones de terabytes (1 zettabyte) de datos. Y es un medio robusto: los datos almacenados se pueden conservar durante largos períodos de tiempo, décadas o incluso siglos.

El almacenamiento de datos de ADN ha progresado visiblemente en los últimos años, lo que ha dado lugar a algunos giros inventivos del método básico. Por ejemplo, hace dos años, Científicos de Stanford exitosos fabricó una versión impresa en 3D del conejo de Stanford, un modelo de prueba común en gráficos de computadora en 3D, que almacenaba las instrucciones de impresión para reproducir el conejo. El conejo contiene alrededor de 100 kilobytes de datos, gracias a la adición de nanoperlas que contienen ADN al plástico utilizado para imprimirlo en 3D.

Pero el uso de ADN también presenta desafíos formidables. Por ejemplo, almacenar y recuperar datos de ADN a menudo lleva un tiempo considerable, dada toda la secuenciación necesaria. Y nuestra capacidad para sintetizar ADN todavía tiene un largo camino por recorrer antes de que se convierta en un medio práctico de almacenamiento de datos. Por tanto, otros científicos han explorado la posibilidad de utilizar polímeros no biológicos para almacenar datos moleculares, decodificando (o leyendo) la información almacenada secuenciando los polímeros con espectrometría de masas en tándem. Sin embargo, sintetizar y purificar polímeros sintéticos es un proceso caro, complicado y que requiere mucho tiempo.

Nagarkar muestra pequeñas moléculas de tinte que se utilizan para almacenar información.
Ampliar / Nagarkar muestra pequeñas moléculas de tinte que se utilizan para almacenar información.

Kris Snibbe / Equipo de Harvard

En 2019, el laboratorio de Whitesides demostrado con éxito almacenar información en una combinación de oligopéptidos sobre una superficie de metal, sin la necesidad de técnicas de síntesis costosas y que consumen mucho tiempo. El laboratorio utilizó un espectrómetro de masas para distinguir entre moléculas por su peso molecular para leer la información almacenada. Pero todavía había algunos problemas, principalmente que la información se destruyó durante la lectura. Además, el proceso de lectura era lento (10 bits por segundo) y la reducción del tamaño resultó problemática, ya que la reducción del tamaño del punto del láser resultó en un aumento del ruido de datos.

Así que Nagarkar et al. decidió buscar moléculas que pudieran distinguirse ópticamente en lugar de por peso molecular. Específicamente, eligieron siete tintes fluorescentes de diferentes colores disponibles comercialmente. Para “escribir” la información, el equipo utilizó una impresora de inyección de tinta para depositar soluciones de tintes fluorescentes mezclados sobre un sustrato epoxi que contiene ciertos grupos amino reactivos. La reacción subsiguiente forma enlaces amida estables, bloqueando efectivamente la información en su lugar.

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