В настоящее время ученые из различных групп и организаций прикладывают большие усилия, направленные на создание устройств хранения информации, способных кодировать эту информацию в структуре молекул органических соединений. Наиболее перспективным видом молекул считаются молекулы синтетической ДНК, плотность записи информации которых значительно превосходит плотность записи информации современных жестких дисков. Однако, исследователи из университета Брауна продемонстрировали, что молекулы ДНК являются далеко не единственно возможными “молекулярными носителями информации”, Они успешно записали и считали цифровую информацию, используя в качестве носителя сложный раствор, содержащий множество синтетических органических веществ.
В экспериментах ученые использовали так называемые метаболомы, которые являются сложными растворами, содержащими сахариды, аминокислоты и другие малые органические молекулы. При записи информации в такой раствор некоторые молекулы начинают реагировать друг с другом, образуя молекулы новых типов, которые как раз и являются носителями информации. А считывание записанной информации производится путем достаточно обычного химического анализа состава раствора метаболомы. Более того, ученые утверждают, что для записи и хранения информации можно использовать более широкий набор органических молекул, чем они использовали в своих экспериментах. Это, в некоторых случаях, позволит еще больше увеличить показатель информационной плотности и повысить надежность и долговечность таких молекулярных хранилищ.
Количество типов молекул в растворе искусственной метаболомы определяет число битов информации, которое способна хранить одна ячейка молекулярной памяти. В своих экспериментах ученые создали растворы-метаболомы, содержащие от 6 до 12 типов различных молекул. Капельки этих смесей, объем которых был равен приблизительно одному нанолитру, были распределены в определенном порядке по поверхности пластины, которая стала чем-то вроде “молекулярного жесткого диска”. Для обеспечения точности нанесения капель раствора и точности их дозировки использовался специальный высокоточный робот.
Процедура записи информации в такие молекулярные ячейки памяти заключалась в добавлении в раствор других компонентов, которые вступали в реакцию только с одним из типов молекул, уже находящихся в растворе. После этого производился процесс высушивания жидкого раствора и анализ состава отложений органических молекул, оставшихся на месте бывших жидких капелек. Данные с масс-спектрометра, использовавшегося в качестве анализатора, указывали на наличие в составе тех или иных молекул, что затем расшифровывалось в последовательность логических нулей и единиц.
Таким хитрым способом ученым удалось записать и считать из молекулярного жесткого диска информацию, объемом в два килобайта, источником которой был простой графический файл. Однако, хранение информации – это только одна из возможностей, предоставляемых данным методом, при его помощи также можно выполнять достаточно сложную биохимическую обработку хранимой информации. Другими словами, созданные учеными “молекулярные жесткие диски” могут превратиться в полноценные биохимические компьютеры, не обладающие потрясающим быстродействием, но работающие в условиях, в которых не могут работать привычные нам кремниевые вычислительные системы.