Lifes monterings- och bruksanvisning är i form av DNA. Det är inte fallet med livlösa föremål:alla som vill 3-D-skriva ut ett objekt kräver också en uppsättning instruktioner. Om de sedan väljer att skriva ut samma objekt igen år senare, de behöver tillgång till den ursprungliga digitala informationen. Själva objektet lagrar inte utskriftsinstruktionerna.

Forskare vid ETH Zürich har nu samarbetat med en israelisk forskare för att utveckla ett sätt att lagra omfattande information i nästan vilket föremål som helst. "Med denna metod, vi kan integrera instruktioner för 3D-utskrift i ett objekt så att efter decennier, eller till och med århundraden, det kommer att vara möjligt att få dessa instruktioner direkt från själva objektet, " förklarar Robert Grass, Professor vid institutionen för kemi och tillämpad biovetenskap.

Flera utvecklingar under de senaste åren har gjort detta framsteg möjligt. En av dem är Grass metod för att märka produkter med en DNA "streckkod" inbäddad i små glaspärlor. Dessa nanopärlor används inom industrin som spårämnen för geologiska tester eller som markörer för livsmedelsprodukter av hög kvalitet, vilket skiljer dem från förfalskningar med en relativt kort streckkod bestående av en 100-bitars kod. Denna teknik har nu kommersialiserats av ETH spin-off Haelixa.

Det har blivit möjligt att lagra enorma datamängder i DNA. Grass kollega Yaniv Erlich, en israelisk datavetare, utvecklat en metod som teoretiskt gör det möjligt att lagra 215, 000 terabyte data i ett enda gram DNA. Och Grass själv kunde lagra ett helt musikalbum i DNA – motsvarande 15 megabyte data.

De två forskarna har nu lagt in dessa metoder i en ny form av datalagring, som de rapporterar i journalen Naturens bioteknik . De kallar lagringsformen DNA of Things, en start på det så kallade Internet of Things, där objekt är kopplade till information via internet.

Jämförbar med biologi

Som ett användningsfall, forskarna 3-D skrev ut en kanin av plast som innehåller instruktioner (ca 100 kilobytes värde av data) för att skriva ut objektet. Forskarna uppnådde detta genom att lägga till små glaspärlor som innehåller DNA till plasten. "Precis som riktiga kaniner, vår kanin har också sin egen ritning, " säger Grass.

Och precis som i biologi, denna nya tekniska metod behåller informationen under flera generationer – en egenskap som forskarna demonstrerade genom att hämta utskriftsinstruktionerna från en liten del av kaninen och använda dem för att skriva ut en helt ny. De kunde upprepa denna process fem gånger, i huvudsak skapande av den ursprungliga kaninens "barnbarns barnbarnsbarn".

"Alla andra kända lagringsformer har en fast geometri:En hårddisk måste se ut som en hårddisk, en CD som en CD. Du kan inte ändra formuläret utan att förlora information, " Erlich säger. "DNA är för närvarande det enda datalagringsmediet som också kan existera som en vätska, som tillåter oss att infoga den i föremål av vilken form som helst."

Döljer information

En ytterligare tillämpning av tekniken skulle vara att dölja information i vardagliga föremål, en teknik som experter kallar steganografi. För att visa upp denna applikation, vetenskapsmännen vände sig till historien:Bland de knapphändiga dokumenten som vittnar om livet i Warszawas getto under andra världskriget finns ett hemligt arkiv som samlades ihop av en judisk historiker och gettobo vid den tiden och gömt för Hitlers trupper i mjölkburkar. I dag, detta arkiv finns med i UNESCO:s minne av världens register.

Gräs, Erlich och deras kollegor använde tekniken för att lagra en kort film om detta arkiv (1,4 megabyte) i glaspärlor, som de sedan hällde i linserna på vanliga glasögon. "Det skulle inte vara några problem att ta ett par sådana här glasögon genom flygplatssäkerheten och på så sätt transportera information från en plats till en annan oupptäckt, " säger Erlich. I teorin, det ska vara möjligt att gömma glaspärlorna i eventuella plastföremål som inte når för hög temperatur under tillverkningsprocessen. Sådan plast inkluderar epoxider, polyester, polyuretan och silikon.

Märkning av mediciner och byggmaterial

Vidare, denna teknik kan användas för att märka mediciner eller byggmaterial som lim eller färger. Information om deras kvalitet kan lagras direkt i läkemedlet eller själva materialet, Grass förklarar. Detta innebär att medicinska tillsynsmyndigheter kan läsa testresultat från produktionskvalitetskontroll direkt från produkten. Och i byggnader, till exempel, arbetare som utför renoveringar kan ta reda på vilka produkter från vilka tillverkare användes i den ursprungliga strukturen.

Just nu, metoden är fortfarande relativt dyr. Att översätta en 3D-utskriftsfil som den som lagras i plastkaninens DNA kostar cirka 2, 000 schweiziska franc, säger Grass. En stor summa av det går till att syntetisera motsvarande DNA-molekyler. Dock, ju större satsstorlek av objekt, desto lägre enhetskostnad.