利用分子编码的密文登录电脑
日期：2025年5月16日
来源：某机构出版社
摘要：像DNA这样的分子能够在不依赖能源的情况下存储大量数据，但访问这些分子数据成本高且耗时。研究人员现已开发出一种替代方法，将信息编码在合成分子中，并利用该方法编码进而解码了一个11位字符的密码，成功解锁了一台电脑。
完整报道
像DNA这样的分子能够在不依赖能源的情况下存储大量数据，但访问这些分子数据成本高且耗时。5月16日发表在Cell Press旗下期刊《Chem》上的一项研究中，研究人员开发了一种替代方法，将信息编码在合成分子中，并利用该方法编码进而解码了一个11位字符的密码，成功解锁了一台电脑。
“分子可以在无需供电的情况下长时间存储信息。自然界已经向我们证明了这一原理的可行性，”来自某机构的电气工程师Praveen Pasupathy表示。“这是首次尝试将信息写入塑料的基础构建单元中，并通过电信号读取出来，这让我们向在日常材料中存储信息迈进了一步。”
传统存储设备（如硬盘和闪存）存在维护成本高、能耗大、寿命短等缺点，不适合长期数据归档。分子提供了一种替代方案，此前研究已表明DNA和合成聚合物可以被设计用于有效存储信息。然而，解码这些分子通常需要昂贵的设备，例如质谱仪。
为了制作更易于写入和读取的分子信息，该团队决定尝试不同的方法：设计包含电化学信息的分子——这种方法允许通过电信号解码信息。
“与传统基于质谱的系统相比，我们的方法有望缩小为更小、更经济的设备，”来自某机构的化学家Eric Anslyn表示。“它为化学编码与现代电子系统和设备的结合开辟了令人兴奋的前景。”
首先，团队使用四种不同的单体（即具有不同电化学性质的分子构建块）构建了一个字符字母表。每个字符由这四种单体的不同组合构成，总共产生了256种可能的字符。为了测试该方法，他们利用这个分子字母表合成了一条链状聚合物，代表一个11位字符的密码（Dh&@dR%P0W¢），随后基于分子的电化学特性对该密码进行解码。
团队的解码方法利用了这样一个事实：某些链状聚合物可以通过从链的末端一次移除一个构建块来降解。由于单体被设计为具有独特的电化学性质，这种逐步降解会产生电信号，用于解读聚合物中单体的顺序身份。
“电压提供一条信息——即当前正在被降解的单体的身份——因此我们扫描不同的电压，观察分子被降解的过程，这告诉我们哪个单体在哪个时间点被降解，”Pasupathy说。“一旦确定了每个单体的位置，我们就可以将其拼凑起来，得到编码字母表中每个字符的身份。”
该方法的一个缺点是每条分子信息只能读取一次，因为解码聚合物涉及降解过程。解码过程也需要时间——对于11位字符的密码大约需要2.5小时——但团队正在研究加快这一过程的方法。
“虽然这种方法尚未克服测序的破坏性或耗时性问题，但它向着开发用于聚合物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连接起来，让计算机芯片成为存储信息的读出系统。”
本研究得到了某基金会、某科学基金会、某研究办公室和某试剂机构的支持。FINISHED
