Stockage ADN révolutionnaire transforme objets du quotidien en archives durables

Des chercheurs utilisent des molécules d'ADN pour stocker de l'information dans des objets du quotidien. L'information peut être récupérée des décennies, voire des siècles plus tard. Pour l'instant, la technologie est assez coûteuse.

À l'ère de l'information d'aujourd'hui, les données mondiales croissent à des taux énormes. Les dispositifs existants (disques SSD, disques durs et bandes magnétiques) pour stocker ces données atteindront bientôt leurs limites physiques.

C'est pourquoi les scientifiques essaient d'utiliser les molécules d'ADN comme architecture pour le stockage à froid à long terme. Elles peuvent prendre n'importe quelle forme et exhibent une densité et une endurance exceptionnelles. En théorie, un seul gramme d'ADN peut stocker 215 pétaoctets de données pendant des milliers d'années.

Maintenant, des chercheurs de l'ETH Zurich (Suisse) et d'Erlich Lab LLC (Israël) ont développé une nouvelle façon de stocker une grande quantité d'information (en utilisant uniquement des molécules d'ADN) dans des objets du quotidien tels que des bouteilles d'eau, des boutons de chemise, et même des verres de lunettes. L'information peut être récupérée directement des objets même après des décennies ou des siècles.

Des études précédentes, telles que le marquage de produits avec un « code-barres » ADN et le stockage de volumes massifs de données dans l'ADN, ont permis aux chercheurs de construire un nouveau type de stockage de données nommé « ADN des objets ». Les objets (unités de stockage) sont liés à l'information via internet, d'où le nom.

Comment ont-ils fait ?

Pour créer des objets avec une mémoire immuable, les chercheurs ont fusionné des molécules d'ADN à un matériau fonctionnel. Ils ont encodé les données dans les molécules d'ADN d'une manière robuste aux erreurs.

Ils ont utilisé le schéma d'encodage DNA Fountain pour corriger les erreurs d'abandon extrêmes et récupérer des données à partir de quantités minimes de matériau.

Cependant, simplement mélanger l'ADN avec des matériaux fonctionnels conduit souvent à de l'ADN dégradé en raison des températures accrues et du stress d'hydrolyse pendant la préparation du mélange.

Cela peut être éliminé en encapsulant l'ADN dans des nanoparticules de silice. L'ADN encapsulé dans des particules de silice facilite le mélange de l'ADN avec le matériau d'incorporation, ainsi qu'augmente la demi-vie des molécules d'ADN.

Référence : Nature Biotechnology | DOI:10.1038/s41587-019-0356-z | ETH Zurich

Ces molécules d'ADN peuvent être mélangées avec divers matériaux et façonnées soit par impression 3D, soit par des techniques de moulage.

L'équipe de recherche a imprimé en 3D un lapin en plastique pour démontrer la nouvelle méthode. Le lapin contient 100 Kilooctets de données — les instructions pour imprimer le lapin. Cela signifie que l'objet porte son propre plan comme de vrais lapins.

Un lapin en plastique imprimé en 3D qui contient 100 Ko de données sous forme de molécules d'ADN | Crédit : ETH Zurich / Julian Koch

Ils ont également récupéré les données (instructions d'impression) à partir d'un petit morceau du lapin et les ont utilisées pour imprimer en 3D un tout nouveau. Ils ont répété le processus 5 fois, créant l'« arrière-arrière-arrière-petit-enfant » du premier lapin.

Applications

La technologie pourrait être utilisée pour cacher des informations secrètes dans un matériau ordinaire, une technique appelée stéganographie. Les chercheurs l'ont démontré en stockant un court film (1,4 mégaoctets) dans les verres de lunettes conventionnelles. On peut passer ces lunettes au contrôle de sécurité d'aéroport sans être détecté.

Théoriquement, il est possible de dissimuler des informations dans tous les objets en plastique (y compris le silicone, le polyuréthane, le polyester et les époxydes) tant qu'ils n'atteignent pas des températures extrêmement élevées pendant le processus de fabrication.

C'est utile dans les applications où l'information de niveau plan est requise pour être accessible, soit dans un objet produit en série, soit dans un article personnalisé. Dans les implants dentaires, par exemple, chaque structure est unique et personnalisée uniquement pour un patient particulier.

Une application plus futuriste de cette technologie serait dans le domaine des dispositifs auto-réplicants. La technique a une capacité de réplication suffisante pour créer du matériel de stockage pour une offre illimitée d'objets.

La technologie est assez coûteuse : traduire un seul fichier d'impression 3D coûte plus de 2 000 $. Cependant, le coût unitaire diminue à mesure que la taille du lot de l'objet augmente.