像DNA这样的分子能够在不需要能源的情况下存储大量数据，但访问这些分子数据既昂贵又耗时。研究人员现在开发了一种替代方法，将信息编码在合成分子中，利用该方法编码并解码了一个11个字符的密码以解锁计算机。
“分子可以在不需要电力的情况下存储信息很长时间。自然给我们提供了这一原理有效的证明，”德克萨斯大学奥斯汀分校的电气工程师、通讯作者Praveen Pasupathy说。“这是首次尝试将信息写入一种塑料的构建块，然后可以使用电信号读取，这使我们更接近于在日常材料中存储信息。”
传统存储设备如硬盘和闪存驱动器有缺点，例如维护成本高、能耗大以及短寿命，导致它们不适合长期数据归档。分子可以提供一个替代选项，早期研究表明DNA和合成聚合物可以被设计有效存储信息。然而，解码这些分子通常涉及昂贵的设备，例如质谱仪。
为了制作更易于书写和读取的分子信息，团队决定尝试另一种方法：设计包含电化学信息的分子——这种方法允许使用电信号解码信息。
“与传统基于光谱的系统相比，我们的方法有缩小到更小、更经济的设备的潜力，”德克萨斯大学奥斯汀分校的资深作者、化学家Eric Anslyn说。“这为化学编码与现代电子系统和设备之间的接口开辟了令人兴奋的前景。”
一开始，团队使用四种不同的单体（或具有不同电化学特性的分子构建块）建立了一个字符字母表。每个字符由四种单体的不同组合组成，总共生成256个可能的字符。为了测试该方法，他们使用分子字母表合成了一个链状聚合物，代表一个11个字符的密码（’Dh&@dR%P0W¢’），随后使用基于分子电化学性质的方法对其进行了解码。
该团队的解码方法利用了某些链状聚合物可以通过一次从链的末端去除一个构建块进行分解的事实。由于单体被设计成具有独特的电化学特性，这一步骤逐步降解产生的电信号可以用来解读聚合物中单体的顺序身份。
“电压给你提供一条信息——正在降解的单体的身份——所以我们扫描不同的电压，观看分子被降解的过程，这告诉我们在某个时间点正在降解的是哪个单体，”Pasupathy说。“一旦我们确定了单体的位置，我们就可以拼凑出以获取我们编码字母表中字符的身份。”
该方法的一个缺点是每个分子信息只能读取一次，因为解码聚合物涉及降解它们。解码过程也需要时间——11个字符的密码大约需要2.5小时——但是团队正在研究加速该过程的方法。
“虽然该方法还没有克服测序的破坏性或耗时方面，但它朝开发基于聚合物的数据存储的便携式集成技术的最终目标迈出了第一步，”Anslyn说。“下一步是将聚合物与集成电路接口连接，在这里计算机芯片成为存储信息的读取系统。”
这项研究得到了Keck基金会、国家科学基金会、ARO和Welch试剂椅的支持。
