使用分子编码的加密信息登录您的计算机

"分子可以在不需要电源的情况下存储信息非常长的时间。大自然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电气工程师Praveen Pasupathy说。"这是首次尝试在塑料的构建单元中写入信息，然后通过电信号读取，这使我们朝着在日常生活材料中存储信息的目标迈近了一步。"

传统存储设备（如硬盘和闪存驱动器）存在缺陷，例如维护成本高、能耗大和使用寿命短，使其不适合长期数据归档。分子可能提供一种替代方案，先前的研究表明，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——这种方法允许通过电信号解码信息。

"与传统基于光谱学的系统相比，我们的方法有潜力缩小至更小、更经济的设备，"资深作者、德克萨斯大学奥斯汀分校化学家Eric Anslyn说。"这为化学编码与现代电子系统和设备的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（即具有不同电化学性质的分子构建单元）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，共可生成256种可能的字符。为了测试该方法，他们利用该分子字母表合成了一条代表11字符密码（'Dh&@dR%P0W¢'）的链状聚合物，随后基于分子的电化学性质进行了解码。

该团队的解码方法利用了特定链状聚合物可通过从链末端逐一移除构建单元而分解的特性。由于这些单体被设计成具有独特的电化学性质，这种逐步降解过程产生的电信号可用于解析聚合物内单体的序列身份。

"电压提供一条关键信息——正在被降解的单体身份——因此我们扫描不同电压并观察分子逐步分解的'动态过程'，这能揭示特定时间点正在降解的是哪种单体，"Pasupathy解释道。"一旦确定单体的位置分布，我们就能拼凑出编码字母表中字符的组成信息。"

该方法的一个缺点是每条分子信息只能读取一次，因为解码过程涉及聚合物降解。解码过程也耗时较长——11字符密码大约需要2.5小时——但该团队正在研究加速该过程的方法。

"虽然这一方法尚未克服测序的破坏性或耗时性问题，但它向开发用于聚合物数据存储的便携式集成技术这一终极目标迈出了第一步，"Anslyn表示。"下一步是将聚合物与集成电路对接，使计算机芯片成为存储信息的读取系统。"

本研究获得了Keck基金会、美国国家科学基金会、陆军研究办公室（ARO）以及Welch基金会试剂研究席位的支持。