Genom att använda en ny teknik för lagring av molekylär data, forskare vid University of Texas i Austin har kodat in ett citat från Jane Austens klassiska roman Mansfield Park i en serie oligomerer, som en tredje part kunde läsa tillbaka utan förkunskaper om strukturerna som kodade avsnittet. Resultaten, publicerad 21 april i tidskriften Cell Rapporter Fysisk Vetenskap , illustrera en metod för att koda data som möjliggör större informationstäthet än DNA-baserade tillvägagångssätt och som bygger på uretanliknande plaster – lättillgängliga och strukturellt modifierbara kemiska råvaror – istället för nukleinsyror.

"Detta arbete är ytterligare ett steg mot det långsiktiga målet att använda syntetiska sekvensdefinierade polymerer för informationslagring, säger Eric Anslyn, en kemiprofessor vid University of Texas i Austin och en författare till studien. "Det sätter scenen och inspirerar förhoppningsvis till ytterligare arbete mot praktisk användning av molekyler för att på ett användbart sätt lagra information."

När samhället tar fram enorma mängder data, forskare söker kontinuerligt täta, hållbar, och kostnadseffektiva sätt att lagra information. Molekylära tillvägagångssätt erbjuder en särskilt tilltalande lösning eftersom de kan behålla information med mycket högre densiteter än ledande kiselbaserade teknologier.

"I teorin, alla typer av information kan kodas i polymerer, " säger Anslyn. "I praktiska termer, vi har sett böcker och bilder, bland mycket annat, lagras i molekyler."

Dock, trots deras enorma potential för informationslagring, polymerer som plaster har saknats tillräckligt billiga, effektiv, och storskaliga reproducerbara metoder för att "skriva" och "läsa" information.

För att övervinna dessa utmaningar, Samuel Dahlhauser, en forskare vid University of Texas, och kollegor kodade en utvald passage från Mansfield Park till en serie oligouretaner genom att använda en ny teknik. Passagen lyder:"Om ett lyckoschema misslyckas, den mänskliga naturen vänder sig till en annan; om den första beräkningen är fel, vi gör en sekund bättre:vi hittar tröst någonstans."

"Det här avsnittet valdes för att vi kände att det var upplyftande i dessa svåra tider, och det är lätt att förstå utan sammanhanget i boken, säger Dahlhauser.

Först, forskarna komprimerade texten till en bitsträng (en sekvens av binära siffror) genom att använda en algoritm innan de konverterade den till det hexadecimala siffersystemet, som består av 16 symboler och gör det möjligt för datorer att organisera stora binära siffrorssträngar. Den hexadecimala strängen med 158 tecken syntetiserades sedan till 18 oligouretaner, var 10 monomerer långa. För att avkoda den nykodade informationen, forskarna arbetade baklänges. De sekvenserade oligomererna genom att använda självbränning, där föreningarna spontant fragmenterade till monomerer genom en kaskad av reaktioner, och matade sekvenseringsdata till avkodarprogramvara, som tilldelade molekylerna deras motsvarande hexadecimala tecken. I sista hand, teamet lyckades återskapa den helt intakta passagen med fullständig noggrannhet.

För att ytterligare verifiera tekniken, forskarna bad en kollega som inte var ansluten till projektet att "läsa" det kodade materialet genom att följa en uppsättning instruktioner. Deltagaren dechiffrerade korrekt alla karaktärer utom två vid sitt första försök och, när de ges en något modifierad uppsättning instruktioner, dechiffrerade korrekt alla monomerer vid sitt andra försök.

"Vårt framtida arbete kommer att ta itu med felfrekvensen i läsning och skrivning, samt begränsningarna av oligouretaner som medium för informationslagring, säger Anslyn. Likaså, vi hoppas kunna använda de snabba karakteriseringstekniker som presenteras här för att utforska deras tillämpningar inom självmontering, kombinatorisk kemi, och katalys."