توفر الكبسولات الدقيقة للحمض النووي تخزينًا للبيانات قابلًا للاسترجاع - عالم الفيزياء

يقوم البشر بتوليد كميات متزايدة من البيانات ، لكن القدرة على تخزين كل هذه المعلومات متخلفة. نظرًا لأن وسائط التخزين التقليدية طويلة المدى مثل الأقراص الصلبة أو الأشرطة المغناطيسية محدودة من حيث كثافة تخزينها ، يبحث الباحثون في الجزيئات العضوية الصغيرة ، وفي الآونة الأخيرة ، الحمض النووي كحامل للبيانات الجزيئية.

يقول باحثون في TU أيندهوفن في هولندا. تتفوق هذه التقنية ، التي تتضمن توطين أليغنوكليوتيدات وظيفية داخل كبسولات دقيقة شبه قابلة للاستجابة للحرارة ، على أساليب تخزين الحمض النووي الحالية وتوفر نهجًا جديدًا للوصول العشوائي المتكرر إلى ملفات الحمض النووي المؤرشفة.

مزايا الحمض النووي

يتمتع الحمض النووي بالعديد من المزايا عندما يتعلق الأمر بتخزين البيانات. أولاً ، قد يتم تخزين نفس القدر من المعلومات في حجم مادي أصغر بكثير مما هو ممكن مع التقنيات التقليدية. الحمض النووي أيضًا مستقر جدًا وبالتالي فهو مناسب للأرشفة طويلة المدى. يعد استخدام الحمض النووي لتخزين البيانات أمرًا بديهيًا أيضًا ، نظرًا لأن وظيفته الرئيسية في الطبيعة هي تخزين المعلومات الجينية لجميع الكائنات الحية.

خيوط الحمض النووي عبارة عن عديدات نيوكليوتيدات تجمع بين أربعة قواعد نيوكليوبات مختلفة - الأدينين (A) والسيتوزين (C) والجوانين (G) والثايمين (T). إن تسلسل هذه القواعد هو الذي يحدد المعلومات المخزنة. بدلاً من تخزينها كأصفار وآحاد ، سيتم تشفير البيانات في أزواج قاعدية AT و CG التي تشكل الحمض النووي. يمكن أن تحقق أفضل طريقة حاليًا كثافة تخزين تبلغ 17 إكسابايت لكل جرام ، وهي قيمة أعلى بستة مرات من الحجم الذي يمكن تحقيقه باستخدام أجهزة التخزين الحالية التي لا تحتوي على الحمض النووي.

في السنوات الأخيرة ، نجح الباحثون في تصنيع الحمض النووي على نطاق واسع ، مما يعني أن استخدام الحمض النووي لتخزين البيانات أصبح قابلاً للتطبيق الآن. علاوة على ذلك ، تقدمت تقنيات التسلسل - باستخدام الضوء أو المسام النانوية ، على سبيل المثال - إلى النقطة التي أصبح فيها من الممكن الآن قراءة عالية الإنتاجية لتسلسل الحمض النووي.

تغليف ملفات الحمض النووي بثبات

لاسترداد البيانات المشفرة في الحمض النووي بشكل انتقائي ، يتم استخدام تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) لإنشاء ملايين النسخ من قطعة الحمض النووي المطلوبة. في الدراسة الجديدة ، قام فريق من الباحثين بقيادة توم دي جريف استخدمت المفاعلات الدقيقة ، التي تتمتع أغشيتها بنفاذية تعتمد على درجة الحرارة ، لتغليف الحمض النووي وتعزيز عملية تفاعل البوليميراز المتسلسل.

يوضح دي جريف: "تعتمد طريقتنا على تغليف ملفات الحمض النووي بشكل ثابت وظيفيًا مع البوليمر البيوتين في مجموعات فردية من الكبسولات الدقيقة المستجيبة للحرارة".

صنع أو كسر: بناء مواد لينة مع الحمض النووي

يقوم الباحثون بترسيخ ملف DNA واحد لكل كبسولة. فوق 50 درجة مئوية ، تغلق الكبسولات من تلقاء نفسها بفضل نفاذية منخفضة. هذا يسمح لعملية PCR أن تتم بشكل منفصل في كل كبسولة. بعد ذلك ، يخفضون درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة ، مما يزيد من نفاذية غشاء الكبسولة مرة أخرى ويجعل نسخ الملف تنفصل عن الكبسولة. الأهم من ذلك ، نظرًا لأن الملف الأصلي لا يزال مرتبطًا بكبسولة ، فإن جودته لا تتدهور ، على عكس تلك التي لوحظت في تقنيات تخزين بيانات DNA السابقة القائمة على PCR. في الواقع ، يقول دي جريف إن الخسائر حاليًا تبلغ 0.3٪ بعد ثلاث قراءات مقارنة بـ 35٪ للأساليب الحالية.

لتسهيل البحث في مكتبة البيانات ، قام دي جريف وزملاؤه بتسمية كل ملف بجزيء فلوري وكل كبسولة لها لون مختلف. يقول دي جريف: "يمكن للجهاز بعد ذلك التعرف على الألوان وفصلها عن الآخر". "يمكن للذراع الآلية بعد ذلك تحديد الملف المطلوب بدقة من مجموعة الكبسولات."

هذه التقنية مفصلة في طبيعة التكنولوجيا النانوية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• تمويل EVM. واجهة موحدة للتمويل اللامركزي. الوصول هنا.
• مجموعة كوانتوم ميديا. تضخيم IR / PR. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/dna-microcapsules-deliver-retrievable-data-storage/