近年來，隨著通信技術快速發展，人類社會產生的信息量爆炸式增長，對數據存儲的需求與日俱增。除了光盤、硬盤等傳統存儲設備外，新型存儲介質和存儲方式也不斷涌現。
前不久，美國得克薩斯大學奧斯汀分校研究團隊在國際期刊《化學》上發表研究成果，他們開發了一種新的信息編碼和解碼方法，通過合成聚合物分子實現數據存儲。這是科學界首次嘗試將信息寫入塑料，并使用電信號讀取這些信息，這使得在塑料聚合物材料中存儲信息成為可能。
我們知道，在分子生物學領域，大分子脫氧核糖核酸（DNA）是一種天然的“存儲載體”，它通過腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）這4種核苷酸按特定順序排列，即“四進制編碼”，編織出生命的遺傳密碼。在信息技術領域，我們用0和1進行二進制編碼。這種方式不僅具有更高的信息密度，還可以很簡便地轉換成二進制數據，方便計算機系統進行數據處理。理論上，只要能通過合成生物學技術將信息用A、T、G、C四種核苷酸編碼進DNA分子，再用DNA測序技術讀取存儲的DNA序列，就能實現信息的編碼和解碼過程。不過，目前DNA存儲存在成本高昂、讀寫效率低等問題，想要實現大規模推廣還需從技術上解決很多問題。
得克薩斯大學研究團隊此次在一種塑料分子的低聚物中使用的編碼方式，也借鑒了DNA存儲的思路。團隊使用4種不同的單體（對應于DNA中的A、T、G、C四種核苷酸），按照一定順序進行編碼，構建起鏈狀聚合物，隨后基于這些分子的電化學性質，對其進行讀取解碼。具體來說，通過這4種單體的不同組合構建一個“字符字母表”，總共能表示256個不同的字符。為了驗證該方法的有效性，研究人員用這個“字符字母表”合成擁有11個字符密碼的鏈狀聚合物，并依據電化學譜學分析對其進行成功解碼。由于每個單體都有獨特的電化學信號，因此在逐步降解過程中產生的電信號可以用來解讀單體的順序。
不過，目前該技術的解碼過程必須將聚合物分子進行降解，所以只能進行一次性讀取。而且，解碼速度很慢，僅僅這11個字符的讀取就花費了2.5個小時。研究人員正在努力改進解碼速度，并使數據可以進行重復讀寫。
聚合物數據存儲的突破，拓展了存儲介質的范圍，在未來擁有無限可能。它具有重量輕、成本低、容量大、能耗低、綠色環保等優勢，在電磁環境和強輻射環境具有更好的數據穩定性。例如，在柔性電子設備和物聯網領域，如果采用某些特定的塑料低聚物存儲，在適合的條件下可以比磁介質、光介質擁有更長的數據保存期，在使用壽命結束后也可進行回收或生物降解，減少電子垃圾的產生。
在信息存儲領域，科學家們正在研究更多新技術。去年11月，中國科學技術大學的研究團隊基于金剛石發光點缺陷，開發出一種新型四維信息存儲技術，具備高密度、超長免維護壽命、快速讀寫等關鍵特性，有望為新一代綠色高容量信息存儲提供解決方案。玻璃作為一種常溫下物理、化學性能穩定的物質，近年來也是信息存儲領域的重要研究對象，華中科技大學今年3月研制出容量達現有光盤10倍的玻璃硬盤樣品。在英國南安普敦大學光學研究中心的最新成果中，通過多維光存儲技術可以在光介質存儲器中實現多層存儲，目前已達到100層的無誤數據存儲，未來甚至可以達到1000層……我們相信，隨著存儲技術的不斷發展，未來一定能找到更多更好的存儲方式，滿足超大容量、讀寫速度、數據安全、存儲時間等方面的多樣化需求。
（作者為中國科學技術大學科技傳播系副研究員）
編輯：郭超
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