用分子编码的秘密信息登录您的计算机

"分子可以在不需要电源的情况下将信息存储非常长的时间。自然界已经向我们证明了这一原理是可行的，"通讯作者、德克萨斯大学奥斯汀分校的电气工程师 Praveen Pasupathy 说。"这是在塑料的构建基块中写入信息，然后利用电信号读回信息的首次尝试，这让我们离在日常材料中存储信息更近了一步。"

硬盘驱动器和闪存驱动器等传统存储设备存在缺点，例如高维护成本、高能耗和寿命短，使其不适合长期数据归档。分子可能提供一种替代选择，先前的研究表明，可以设计DNA和合成聚合物来有效存储信息。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，该团队决定尝试一种不同的方法：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。

"与传统基于光谱学的系统相比，我们的方法有潜力缩小到更小、更经济的设备，"资深作者、德克萨斯大学奥斯汀分校的化学家 Eric Anslyn 说。"它为化学编码与现代电子系统和设备接口开辟了令人兴奋的前景。"

首先，该团队使用四种不同的单体（即具有不同电化学特性的分子构建基块）构建了一个字符字母表。每个字符由四种单体的不同组合构成，总共产生了 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条代表 11 个字符密码（'Dh&@dR%P0W¢'）的链状聚合物，随后他们利用基于分子电化学特性的方法对其进行了解码。

该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每次从链的末端移除一个构建基块来分解。由于单体被设计成具有独特的电化学特性，这种逐步降解会产生电信号，这些信号可用于解读聚合物内单体的序列身份。

"电压提供一条信息——当前正在降解的单体的身份——因此我们扫描不同的电压，观看分子被分解的'电影'，这告诉我们哪个单体在哪个时间点被降解，"Pasupathy 说。"一旦我们确定了哪些单体在什么位置，我们就可以将这些信息拼凑起来，得到我们编码字母表中字符的身份。"

该方法的一个缺点是每条分子信息只能读取一次，因为解译聚合物需要降解它们。解码过程也需要时间——11 个字符的密码大约需要 2.5 小时——但团队正在研究加速该过程的方法。

"虽然这种方法尚未克服测序的破坏性或耗时方面的问题，但它为实现聚合物数据存储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，使计算机芯片成为存储信息的读出系统。"

这项研究得到了 Keck 基金会、美国国家科学基金会、ARO 和 Welch Reagents Chair 的支持。