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Posté par Adrien le Mercredi 18/10/2017 à 00:00
Record du monde pour la lecture de plastiques numériques
Pour la première fois, des chercheurs ont réussi à lire par simple spectrométrie de masse plusieurs octets (1) d'information stockés à l'échelle moléculaire sur des polymères synthétiques. Ces travaux menés conjointement par l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) Charles Sadron (CNRS) de Strasbourg et l'Institut de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des...) radicalaire (CNRS/Aix Marseille Université) représentent un record du monde (Le mot monde peut désigner :) en termes de séquence moléculaire analysable via cette méthode de routine. Elle ouvre la voie au stockage de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) à une échelle cent fois plus petite que celle des disques durs actuels. Ces résultats sont publiés dans Nature communications le 17 octobre 2017.


En intercalant des liaisons fragiles entre chaque octet moléculaire, les polymères numériques peuvent être facilement lus par spectrométrie de masse.
© Jean-François Lutz, Institut Charles Sadron (CNRS).

Les polymères seront-ils à la base des disques durs du futur ? Le défi est lancé depuis quelques années pour stocker de l'information au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en...) de ces grandes molécules. Leur potentiel est considérable, puisqu'ils contiennent des bits (1) de taille cent fois inférieure à ceux des disques durs actuels, et laissent donc espérer une réduction drastique du matériel informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement...) de stockage. Mais les pistes explorées jusqu'à présent se heurtaient notamment à des difficultés de lecture de l'information. Dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu traditionnellement de l'analyse...), une équipe de chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et d'Aix-Marseille Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) démontre pour la première fois la possibilité d'utiliser un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de molécules par...) de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave)....) pour lire de longues séquences d'information à l'échelle moléculaire. La simplicité d'utilisation de cet instrument, sa rapidité ainsi que sa popularité auprès des chimistes marque un pas en avant dans le stockage moléculaire de données.

Pour parvenir à ce résultat, les chercheurs ont eu recours à des molécules synthétiques, plus faciles à manipuler et à lire que les molécules naturelles comme l'ADN. Pour ce faire, la structure moléculaire de ces polymères a été spécifiquement optimisée pour le séquençage (En biochimie, le séquençage consiste à déterminer l'ordre linéaire des composants d'une macromolécule (les acides aminés d'une protéine, les nucléotides d'un acide nucléique comme l'ADN, les...) par spectrométrie de masse. Deux types de monomères contenant un groupement phosphate (Un phosphate, en chimie inorganique, est un sel d'acide phosphorique résultant de l'attaque d'une base par de l'acide phosphorique.) ont été assemblés, chacun représentant un 0 ou un 1. Tous les 8 monomères, un séparateur moléculaire a été introduit. La macromolécule (Une macromolécule est une très grande molécule. La notion de macromolécule a été introduite en 1922 par le chimiste allemand Hermann Staudinger. Un système...) ainsi créée contient autant d'octets d'information qu'il y a de groupes de 8 monomères. Afin de lire cette information, une première étape de spectrométrie de masse permet de briser sélectivement les liaisons fragiles des séparateurs, divisant ainsi les octets. Une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du...) étape de fragmentation permet de casser les groupements phosphates et ainsi de séquencer chaque octet.

L'équipe de chimistes a ainsi réussi à créer des polymères pouvant stocker jusqu'à 8 octets, codant par exemple le mot "Sequence" en langage ASCII - qui associe à chaque octet une lettre ou signe de ponctuation. En parvenant à lire ce mot par spectrométrie de masse, ils signent un nouveau record en termes de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de...) de molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la...) décodée par cette méthode. L'analyse manuelle des données numériques dure toutefois quelques heures (L'heure est une unité de mesure  :), mais le développement d'un logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les...) de lecture devrait permettre prochainement de réduire ce temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d'analyse à quelques millisecondes. En combinant un temps de lecture court et des méthodes d'écriture robotisées déjà existantes, ces travaux ouvrent une voie vers le stockage de plusieurs kilooctets de données sur des polymères synthétiques, soit le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est...) numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une...) d'une page de texte, ou l'espace de stockage des premières générations de disquette (Une disquette est un support de stockage de données informatiques amovible. La disquette est aussi appelée disque souple (floppy disk en anglais) en raison de la souplesse de son...).

Notes:

(1) Un bit est une unité numérique ne pouvant prendre que deux valeurs: 0 ou 1. Elle est ainsi la plus petite quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) d'information qu'un message (La théorie de l'information fut mise au point pour déterminer mathématiquement le taux d’information transmis dans la communication d’un message par un canal de communication, notamment en...) peut contenir. Un groupe de 8 bits est appelé "octet".


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Source: CNRS