ETH Zürichs 3D-printede Stanford-kaninmodeller, laget for å inneholde sin egen .stl-fil. Foto via ETH Zürich

En gruppe forskere ved ETH Zürich har oppdaget en metode for å utstyre 3D-printede gjenstander med sitt eget DNA. Teamet bidro til et forskningsfelt som undersøkte DNAs potensiale for datalagring, og demonstrerte disse mulighetene ved å 3D-printe en Stanford kaninmodell kodet med sin egen .stl-fil.

Man ser på dette som tingenes DNA (DoT), slik teknologi har implikasjoner til å lage mer allsidige informasjonslagre med høy kapasitet og beskytte sensitive data. “Det kan også lette,” sier forskningen, “utviklingen av selvreplikerende maskiner.”

DNA som datalagring
DNA er sammensatt av en sekvens på fire bokstaver, som hver representerer en kjemisk byggestein i livet. For datalagring kan hver av disse bokstavene (A, T, G og C) tilordnes et informasjonsstykke, som i binær kode, og sekvenseres for å registrere et sammensatt datasett. Ved å bruke disse grunnleggende prinsippene rapporterte et annet team fra et teknologisk oppstartsfirma basert i Boston ved navn Catalog, et selskap som spesialiserer seg på en slik prosess, nylig at det vellykket hadde kodet 16 GB info fra Wikipedia til syntetisk DNA.

Når verden i økende grad er avhengig av datalagringsløsninger, fremstår DNA som et alternativ til flash-stasjoner og harddisker. En av de potensielle fordelene er at DNA-data potensielt kan oppta mindre plass enn disse enhetene. Det kan også ta en hvilken som helst form. “Hvis du tenker på annen lagringsteknologi, enten det er kassetter, plater eller harddisker, krever de en viss type geometri. Et bånd er et bånd. En plate er en plate, forklarer Yaniv Erlich, ETH Zürich- samarbeidspartner og sjef for vitenskapssjef ved den DNA-baserte slektsforskningstjenesten MyHeritage. “DNA er den eneste lagringsteknologien som ikke har en definert geometri på makroskopisk nivå.”

Selvreplikerende kaniner
Stanford-kanineksemplet som forskerteamet på ETH Zürich har gitt oss, er en modell laget av et spesielt syntetisert materiale. .Stl-filen for kaninen ble oversatt av teamet til en firesifret kode. Denne koden ble syntetisert til en tilsvarende DNA-sekvens.

DNA-sekvensen ble kodet på oligonukleotider, syntetiske strenger av nukleinsyre som bygger opp DNA, før de innkapsles i nanopartikler av silika. De DNA-holdige nanopartiklene ble deretter blandet med en termoplast og ekstrudert som en glødetråd for 3D-printing. Gjennomføringen av syklusen ble små prøver av materialet kuttet fra de 3D-printede kaninmodellene, effektivt brukt til å “klone” det opprinnelige objektet. Fem generasjoner av modellen ble 3D-printet, hver ved bruk av en prøve fjernet fra forrige.

Selv om dataene ble forringet litt hver gang, (med mer enn 20 prosent av informasjonen som mangler fra femte generasjon), var teamets dekodingsprogram, DNA Fountain, i stand til å fylle ut manglende data og fremdeles produsere det samme objektet.

.stl filer er imidlertid ikke den eneste typen informasjon som kan lagres på DNA-tråder. I et ytterligere eksperiment beviste teamet evnen til å lagre en 1,4 MB video om DNA i brilleglass av pleksiglass.

Artikkelen som diskuterer ETH Zürichs metode, med tittelen “A DNA-of-things storage architecture to create materials with embedded memory,”, er publisert online i tidsskriftet Nature Biotechnology. Oppgaven er medforfattet av Julian Koch, Silvan Gantenbein, Kunal Masania, Wendelin J. Stark, Yaniv Erlich og Robert N. Grass.