🧬 Die Zukunft der digitalen Datenspeicherung: DNA?
Eine Zusammenarbeit an der Universität von Arizona hat zu zwei Studien geführt, die in Advanced Functional Materials und Nature Communications veröffentlicht wurden. Diese Arbeiten zeigen, wie DNA in ein extrem kompaktes Speichermedium verwandelt werden kann. Die Technik beruht nicht auf genetischer Sequenzierung, sondern auf der physischen Form von DNA-Nanostrukturen. Wenn sie einen nanoskaligen Sensor passieren, erzeugt ihre Silhouette elektrische Signale, die von Algorithmen des maschinellen Lernens interpretiert werden, um Text mit hoher Genauigkeit zu rekonstruieren.
Der Ansatz bietet mehrere Vorteile. Er ist schneller und potenziell kostengünstiger als klassische DNA-Speichermethoden. Seine hohe Dichte würde es ermöglichen, riesige wissenschaftliche oder kulturelle Archive auf winzigem Raum und mit bemerkenswerter Haltbarkeit zu konservieren. Dieser Weg öffnet die Tür zu energiesparenden Archivsystemen für die sehr lange Frist.
Parallel dazu erkundete das Team die molekulare Verschlüsselung. Die Forscher entwarfen DNA-Origami-Strukturen, die in präzise Formen gefaltet wurden. Die Information wird nicht mehr in Bits codiert, sondern in der Anordnung und dem Muster dieser Nanostrukturen. Diese Methode erzeugt einen molekularen Code, den nur ein spezifisches Werkzeug entschlüsseln kann, was eine zusätzliche, intrinsische Sicherheitsebene hinzufügt.
Um die versteckte Nachricht zu lesen, verwenden die Wissenschaftler eine fortschrittliche Form der Super-Resolution-Mikroskopie, die jede einzelne Struktur sichtbar machen kann. Eine Software analysiert dann Tausende von Bildern, um ähnliche Muster zu gruppieren und sie zu übersetzen. Ohne diesen Dekodierungsschlüssel bleiben die beobachteten Anordnungen unverständlich. Die Vielfalt der dreidimensionalen Formen erhöht die Anzahl der möglichen Kombinationen weiter.
Hao Yan, Professor an der Universität von Arizona, erklärt, dass DNA als Plattform und nicht mehr nur als genetisches Material behandelt wird. Diese Sichtweise ermöglicht es, die Art und Weise, wie Daten auf der Nanoskala gespeichert und gelesen werden, völlig neu zu denken. Das Team vereint somit Kompetenzen in DNA-Nanotechnologie, optischer Bildgebung und künstlicher Intelligenz.
Diese beiden Methoden könnten eines Tages zusammenfließen. Das schnelle elektronische Auslesen der Nanostrukturen könnte mit der molekularen Verschlüsselung kombiniert werden, um Datensysteme zu schaffen, die gleichzeitig dicht und sicher sind. Dies könnte nützlich sein, um sensible Daten in schwierigen Umgebungen zu archivieren, wie bei extremen Temperaturen, wo die klassische Elektronik an ihre Grenzen stößt.
Chao Wang, Mitautor der Studien, sieht in diesem aufstrebenden Feld einen fruchtbaren Boden für andere Anwendungen, wie fortschrittliche biologische Detektion oder die Erstellung programmierbarer Nanovorrichtungen. Indem ein biologisches Molekül als Informationsplattform genutzt wird, verwischt die Grenze zwischen dem Lebendigen und der digitalen Technologie.