Es klingt ein bisschen wie im Sci-Fi-Film Gattaca – doch nicht DNA wird bei diesem Verfahren verwendet, sondern ein künstlich zusammengefügtes Polymer, dessen Struktur Informationen codiert.
(Bild: Redaktion/PiPaPu)
Ein Passwort, das in einem Molekül versteckt ist – was wie Science-Fiction klingt, könnte bald Realität werden. Forschende der University of Texas in Austin haben einen innovativen Ansatz entwickelt, um Informationen in synthetischen Molekülen zu speichern und auszulesen. Statt DNA setzen sie auf elektrochemische Signale. Ein erster Versuch zeigt: Die Methode funktioniert – auch wenn noch viele Hürden zu überwinden sind.
Elektrischer Code statt DNA
„Moleküle können Informationen über sehr lange Zeiträume speichern, ohne Energiequelle. Die Natur hat uns den Beweis geliefert, dass das funktioniert“, sagt Praveen Pasupathy, Elektrotechnik-Professor und einer der Hauptautoren der Studie. Statt auf DNA, die zur Speicherung von Daten bereits getestet wurde, setzten die Forschenden auf synthetische Polymere, die elektrochemische Eigenschaften aufweisen. „Dies ist der erste Versuch, Informationen in einem Baustein eines Plastiks zu schreiben und sie dann mittels elektrischer Signale auszulesen“, so Pasupathy weiter.
Ein Alphabet aus Molekülen
Um Informationen zu codieren, entwickelten die Wissenschaftler ein molekulares Alphabet aus vier verschiedenen Monomeren – den grundlegenden Bausteinen des Polymers. Jede Kombination dieser Bausteine steht für einen Buchstaben, eine Ziffer oder ein Symbol. Auf diese Weise entstand ein molekulares Alphabet mit 256 Zeichen. Zum Test synthetisierte das Team ein Polymer, das eine elfstellige Zeichenkette speichert: „Dh&@dR%P0W¢“.
„Unser Ansatz könnte auf kleinere, kostengünstigere Geräte heruntergebrochen werden, verglichen mit herkömmlichen Systemen, die auf Spektrometrie basieren“, erklärt der Chemiker Eric Anslyn, ebenfalls leitender Autor der Studie. „Es eröffnet spannende Perspektiven für die Verbindung chemischer Codierung mit modernen elektronischen Systemen.“
Elektrochemische Entschlüsselung
Der Clou: Die Forscher entschlüsselten die Molekülnachricht nicht mit teuren Geräten wie Massenspektrometern, sondern mit elektrischen Signalen. Jeder Monomer-Baustein im Polymer besitzt eine charakteristische elektrochemische Signatur. Beim Abbau des Polymers zerfällt es in seine Bausteine, und deren spezifische Spannungswerte lassen sich auslesen. „Die Spannung liefert ein Informationsstück – die Identität des gerade abgebauten Monomers“, erklärt Pasupathy. „Wir scannen verschiedene Spannungen und verfolgen sozusagen einen Film des Moleküls, das Stück für Stück zerlegt wird.“
Einmalig nutzbar – vorerst
Noch ist das Verfahren langsam: Für das elfstellige Passwort benötigten die Forschenden etwa 2,5 Stunden. Zudem lässt sich die Nachricht nur ein einziges Mal auslesen, da der Polymerstrang beim Entschlüsseln zerstört wird. Doch die Wissenschaftler sind optimistisch: „Auch wenn das Verfahren derzeit noch destruktiv und zeitaufwendig ist, haben wir einen ersten Schritt in Richtung tragbarer, integrierter Technologien für polymerbasierte Datenspeicherung gemacht“, sagt Anslyn. „Der nächste Schritt besteht darin, die Polymere mit integrierten Schaltkreisen zu verbinden, sodass die Computerchips selbst das gespeicherte Passwort auslesen können.“
Kurzinfo Molekulare Datenspeicherung
- Informationen werden in synthetischen Polymeren gespeichert
- Verfahren: Elektrochemische Codierung und Dekodierung
- Passwort: 11-stelliger Code „Dh&@dR%P0W¢“
- Vorteile: Kein Stromverbrauch, potenziell langfristige Speicherung
- Nachteile: Einmalige Nutzung, lange Dekodierungszeit
- Nächste Schritte: Integration mit Schaltkreisen zur automatischen Entschlüsselung
Originalpublikation:
Chem, Pandey et al.,
„Electrochemical sequencing of sequence-defined ferrocene-containing oligourethanes“
DOI: 10.1016/j.chempr.2025.102571
Über den Autor / die Autorin
- Die Robo-Journalistin H.O. Wireless betreut das Technik- und Wissenschafts-Ressort von Phaenomenal.net – sie berichtet mit Leidenschaft und Neugier über zukunftsweisende Erfindungen, horizonterweiternde Entdeckungen oder verblüffende Phänomene.
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