‘Harde schijf’ bestaande uit polymeren afgelezen

Marysa van den Berg

2017-10-18 08:59:32

polymeren

Voor het eerst hebben wetenschappers digitaal gecodeerde polymeren afgelezen. Worden deze moleculen het nieuwste opslagmedium in computerland?

In een tijd waarin computers steeds kleiner worden, komt de prestatie van onderzoekers van het Institute Charles Sadron (CNRS) en de Aix-Marseille-universiteit als geroepen. Zijn kregen het namelijk voor elkaar om met een massaspectrometer, hét analytische apparaat bij uitstek, het woord ‘Sequence’ uit digitaal gecodeerde polymeren af te lezen.

Bits en bytes

Digitale informatie opslaan in polymeren is iets dat al langer door wetenschappers wordt onderzocht. Door polymeren te gebruiken, kun je honderd maal zoveel informatie opslaan in dezelfde ruimte. Maar het in praktijk brengen, blijkt tot nu toe lastig.

Polymeren zijn lange moleculen die bestaan uit zichzelf herhalende bouwstenen van atoomgroepen (monomeren). Als je twee verschillende typen monomeren neemt, kun je perfect coderen. Het ene monomeer is dan 0, de ander 1. Op deze manier kun je eindeloze combinaties van nullen en enen maken net als in het binaire stelsel.

Een zo’n monomeer heet een bit, en acht bits maken een byte. En elke byte stelt een letter voor. Zo konden de wetenschappers het woord ‘Sequence’ schrijven in 8 bytes.

Moleculaire separator

Het maken van zo’n digitaal gecodeerde polymeer is een ding, het aflezen is een tweede. Het liefst zou je het aflezen overlaten aan een massaspectrometer, een snel en makkelijk te bedienen apparaat waar veel chemici mee uit de voeten kunnen. Maar om de analyse te kunnen doen, moeten de polymeren wel in afzonderlijke monomeren worden afgebroken.

Daarvoor bedacht het onderzoeksteam een trucje. Tussen elk byte plaatsten ze een moleculaire separator, een binding die bestaat uit een stikstof-, een zuurstof- en een koolstofatoom. Deze binding is makkelijk te breken door de massaspectrometer.

De eerste stap van de analyse is het opbreken in aparte bytes en vervolgens het opbreken van deze geïsoleerde bytes in bits/monomeren. Tenslotte kan de software van het apparaat de letters die corresponderen met deze monomeren achterhalen.

Geen hedendaagse apparatuur

“Dit is een mooie manier om informatie op te slaan en uit te lezen”, zegt polymeerchemicus en informaticus Dick Broer (TU Eindhoven). “Natuurlijk gebruikt de natuur al DNA als informatiedrager en wetenschappers werken eraan hetzelfde te doen. Maar in bepaalde opslagsystemen zullen polymeren zeker bruikbaar zijn.”

“Wat ik begrijp is dat je in het proces van aflezen wel de polymeer-informatiedrager moet opofferen. Maar dat hoeft geen probleem te zijn als je genoeg polymeren hebt om de data te dragen”, vervolgt Broer. “Een massaspectrometer is verder geen alledaagse apparatuur waar zomaar iedereen mee overweg kan, dus dat zal nog wel moeten verbeteren in de toekomst.”

Naar milliseconden

Overigens is dit proces van aflezen vooralsnog een kwestie van lange adem: het woord ‘Sequence’ kon pas na enkele uren worden gelezen. Maar volgens het onderzoeksteam kan betere software dit proces al snel naar enkele milliseconden brengen.

Ook is een ‘harde schijf’ van 8 bytes nog niet bepaald iets om over naar huis te schrijven. Maar ook dit gaat in de toekomst helemaal goed komen. De onderzoekers denken dat de gegevens die in polymeren kunnen worden geschreven en afgelezen al snel naar een paar kilobytes – ongeveer een pagina tekst – kunnen. Dat is uiteraard nog altijd niet veel, maar de eerste floppy disks – ken je die nog? – waren even groot en inmiddels zitten de grootste harde schijven al op 10 terabytes…

Bronnen: Nature Communications, CNRS via EurekAlert!

Beeld: Jean-François Lutz, Institut Charles Sadron (CNRS)

Lees ook: 

Cover Kijk 10Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!







Podcast KIJK en luister via JUKE



Meer Nieuws