“物的DNA” –在日常对象中存储大量数据

3D打印的塑料兔子。该塑料包含DNA分子，其中已印制了印刷说明。

生物以DNA的形式包含其自身的组装和操作说明。无生命的物体不是这种情况：任何想要3D打印物体的人都需要一组指令。如果他们几年后选择再次打印同一对象，则需要访问原始数字信息。对象本身不存储打印指令。

苏黎世联邦理工学院的研究人员现在已经与一位以色列科学家合作，开发了一种在几乎任何物体中存储大量信息的方法。“通过这种方法，我们可以将3D打印指令集成到一个对象中，这样在几十年甚至几个世纪后，就有可能直接从对象本身获取这些指令，”化学系教授Robert Grass解释说。应用生物科学。这种信息的存储方式与生物相同：在DNA分子中。

苏黎世联邦理工学院的研究人员和一位以色列科学家发现了一种新方法，可以将几乎所有物体变成数据存储单元。这样就可以将大量数据保存在衬衫纽扣，水瓶甚至眼镜镜片中，然后在数年后进行检索。该技术还允许用户隐藏信息并将其存储以供后代使用。它使用DNA作为存储介质。

“物的DNA”

过去几年的一些发展使这种进步成为可能。其中一种是Grass的方法，该方法使用嵌入在微小玻璃珠中的DNA“条形码”标记产品。这些纳米珠有多种用途。例如，作为地质测试的示踪剂，或作为优质食品的标记，从而将它们与假冒品区分开。条形码相对较短：只有100位代码（100个位置填充了“ 0”或“ 1”）。ETH分拆的Haelixa现在已将该技术商业化。

同时，在DNA中存储大量数据成为可能。格拉斯的同事，以色列计算机科学家Yaniv Erlich开发了一种方法，该方法理论上可以在1克DNA中存储215,000 TB的数据。格拉斯本人也能够用DNA存储整个音乐专辑，相当于15兆字节的数据。

正如他们在《自然生物技术》杂志上所报道的那样，两位科学家现在已经将这些发明结合到一种新的数据存储形式中。他们称这种存储形式为“物联网”，是物联网的腾飞之地，其中物体通过互联网与信息相连。

ETH博士生朱利安·科赫（Julian Koch）眼镜中的镜头包含一个简短的视频。

作为用例，研究人员用塑料3D打印了一只兔子，其中包含用于打印物体的指令（价值约100千字节的数据）。研究人员通过在塑料中添加含有DNA的微小玻璃珠来实现这一目标。格拉斯说：“就像真正的兔子一样，我们的兔子也有自己的蓝图。”

就像在生物学中一样，这种新的技术方法保留了几代人的信息-科学家通过从兔子的一小部分检索打印说明并使用它们来打印一整个新的说明来证明这一功能。他们能够重复此过程五次，从本质上创建了原始兔子的“伟大的伟大的曾孙”。

“所有其他已知的存储形式都具有固定的几何形状：硬盘驱动器必须看起来像硬盘驱动器，而CD必须像CD。您不能在不丢失信息的情况下更改表格。” Erlich说。“ DNA是目前唯一也可以液体形式存在的数据存储介质，它使我们能够将其插入任何形状的物体中。”

隐藏信息

该技术的进一步应用是将信息隐藏在日常物品中，该技术专家将其称为隐写术。为了展示这种应用，科学家们回顾了历史：证明第二次世界大战期间华沙犹太区生活的稀少文件中有一个秘密档案，该档案当时由一个犹太历史学家和贫民窟居民居住，藏在希特勒的军队中在牛奶罐中。今天，该档案已列入联合国教科文组织的《世界记忆名录》。

Grass，Erlich及其同事使用该技术在玻璃珠中存储了有关此档案文件（1.4兆字节）的短片（上图），然后将其倒入普通眼镜的镜片中。埃利希说：“通过机场安全部门带一副这样的眼镜，将信息从一个地方传输到另一个地方，这是没有问题的。”从理论上讲，应该有可能将玻璃珠隐藏在制造过程中温度不会过高的任何塑料物体中。这样的塑料包括环氧化物，聚酯，聚氨酯和硅树脂。

标记药物和建筑材料

此外，该技术可用于标记药物或建筑材料（例如粘合剂或油漆）。Grass解释说，有关其质量的信息可以直接存储在药物或材料本身中。这意味着医学监管机构可以直接从产品中读取生产质量控制的测试结果。例如，在建筑物中，进行装修的工人可以找出原始结构中使用了哪些制造商的产品。

目前，该方法仍然相对昂贵。格拉斯说，像在塑料兔子的DNA中存储的那样转换3D打印文件的成本约为2,000瑞士法郎。其中很大一部分用于合成相应的DNA分子。但是，对象的批量大小越大，单位成本越低。

参考：朱利安·科赫（Julian Koch），席尔文·甘滕贝因（Silvan Gantenbein），库纳尔·马萨尼亚（Kunal Masania），温德琳·J·史塔克（Wendelin J.Stark），亚诺夫·埃利希（Robert El。
10.1038 / s41587-019-0356-z