새로운 방법으로 모든 개체를 데이터 저장 장치로 전환

• 연구원은 DNA 분자를 사용하여 일상적인 물건에 정보를 저장합니다.
• 정보는 수십 년 또는 수 세기 후에 검색될 수 있습니다.
• 현재 이 기술은 상당히 비쌉니다.

오늘날의 정보화 시대에 전 세계의 데이터는 엄청난 속도로 증가하고 있습니다. 이러한 데이터를 저장하는 기존 장치(솔리드 스테이트 드라이브, 하드 드라이브 및 자기 테이프)는 곧 물리적 한계에 도달합니다.

이것이 과학자들이 DNA 분자를 장기 냉장 보관을 위한 아키텍처로 사용하려는 이유입니다. 그것은 어떤 모양을 취할 수 있으며 탁월한 밀도와 내구성을 뛰어 넘습니다. 이론적으로 DNA 1g은 수천 년 동안 215페타바이트의 데이터를 저장할 수 있습니다.

이제 ETH Zurich(스위스)와 Erlich Lab LLC(이스라엘)의 연구원들은 물병, 셔츠 단추, 유리 렌즈와 같은 일상적인 물건에 방대한 양의 정보(DNA 분자만 사용)를 저장하는 새로운 방법을 개발했습니다. 정보는 수십 년 또는 수백 년이 지난 후에도 개체에서 직접 검색할 수 있습니다.

제품에 DNA '바코드'를 표시하고 대량의 데이터를 DNA에 저장하는 것과 같은 이전 연구를 통해 연구자들은 'DNA of Things'라는 새로운 유형의 데이터 저장소를 구축할 수 있었습니다. 개체(저장 장치)는 인터넷을 통해 정보와 연결되므로 이름이 지정됩니다.

그들은 어떻게 했습니까?

불변의 기억을 가진 물체를 만들기 위해 연구자들은 DNA 분자를 기능성 물질에 융합시켰다. 그들은 오류에 강한 방식으로 DNA 분자의 데이터를 암호화했습니다.

그들은 극단적인 드롭아웃 오류를 수정하고 극소량의 자료에서 데이터를 검색하기 위해 DNA Fountain 인코딩 체계를 사용했습니다.

그러나 단순히 DNA를 기능성 물질과 혼합하면 혼합물을 준비하는 동안 온도 상승과 가수분해 스트레스로 인해 DNA가 열화되는 경우가 많습니다.

이것은 실리카 나노 입자에 DNA를 캡슐화하여 제거할 수 있습니다. 실리카 입자로 캡슐화된 DNA는 DNA를 삽입 물질과 더 쉽게 혼합할 수 있을 뿐만 아니라 DNA 분자의 반감기를 증가시킵니다.

참고자료:네이처 바이오테크놀로지 | DOI:10.1038/s41587-019-0356-z | ETH 취리히

이 DNA 분자는 다양한 재료와 혼합될 수 있으며 3D 프린팅 또는 주조 기술을 통해 모양을 만들 수 있습니다.

연구팀은 새로운 방법을 시연하기 위해 플라스틱으로 토끼를 3D 프린팅했습니다. 토끼에는 토끼를 인쇄하기 위한 명령인 100KB의 데이터가 들어 있습니다. 이는 개체가 실제 토끼처럼 자체 설계도를 가지고 있음을 의미합니다.

DNA 분자 형태로 100KB의 데이터가 포함된 3D 인쇄 플라스틱 토끼 | 크레딧:ETH Zurich / Julian Koch

그들은 또한 토끼의 작은 조각에서 데이터(인쇄 지침)를 검색하여 완전히 새로운 토끼를 3D 인쇄하는 데 사용했습니다. 5번의 과정을 반복하여 첫 번째 토끼의 '고고손자'를 탄생시켰습니다.

응용 프로그램

이 기술은 스테가노그래피(steganography)라는 기술인 일반 재료 안에 비밀 정보를 숨기는 데 사용할 수 있습니다. 연구원들은 기존 안경 렌즈에 단편(1.4MB)을 저장하여 이를 시연했습니다. 이 안경은 들키지 않고 공항 보안 검색대를 통과할 수 있습니다.

이론적으로 모든 플라스틱 물체(실리콘, 폴리우레탄, 폴리에스터, 에폭사이드 포함)는 제조 과정에서 극도로 높은 온도에 도달하지 않는 한 정보를 숨길 수 있습니다.

대량 제조 개체 또는 개인화된 항목에 액세스할 수 있어야 하는 청사진 수준 정보가 필요한 응용 프로그램에서 유용합니다. 예를 들어 치과 임플란트의 경우 각 구조가 고유하며 특정 환자에게만 맞춤화됩니다.

이 기술의 보다 미래 지향적인 응용은 자가 복제 장치 영역에 있을 것입니다. 이 기술은 개체의 무제한 공급을 위한 저장 재료를 생성하기에 충분한 복제 능력을 가지고 있습니다.

읽기:Microsoft는 완전히 자동화된 DNA 데이터 저장소를 구축했습니다.

이 기술은 상당히 비쌉니다. 단일 3D 인쇄 파일을 번역하는 데 2,000달러가 넘는 비용이 듭니다. 그러나 개체의 배치 크기가 커질수록 단위 비용은 감소합니다.