科學家在非生命物體安插「DNA」,3D 列印機讀取之後印出了兔子

【為什麼我們要挑選這篇文章】生物會繁殖,但在未來,非生物也可以「繁殖」。科學家近期將 3D 列印的程式碼指令,用類似於 DNA 的方式儲存在物體中,只要該指令被讀取,就可以 3D 列印出同樣的物件,達到類似於「繁殖」的複製效果。

未來,我們想要一個物品,可能只要找出它的「DNA」,再用 3D 列印就可以取得了。(責任編輯:郭家宏)

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從紙張、磁帶,到 CD、硬碟,儲存資訊的載體日新月異。

如今,得益於一項最新科技成果,你的紐扣、水杯、甚至眼鏡鏡片也可以儲存大量資訊了!

來自蘇黎世聯邦理工學院的羅伯特.格拉斯(Robert Grass)教授與以色列科學家亞尼夫.埃利希(Yaniv Erlich)合作,發明了一種類似 DNA 的資訊儲存方式,可以將大量資訊巧妙地隱藏在非生命物體中。

這項技術的一個最直接應用就是,我們可以將非生命體的製造資訊儲存在其中,並透過讀取這一資訊來完美複製原物體。

我們知道,有機生命將自己的「組裝和操作說明」以 DNA 的形式儲存,而非生命物體卻沒有這種形式。

任何人想要 3D 列印一個對象都需要一組程式碼指令。他們如果想要多年後再次列印同一個對象,就需要訪問該對象的原始數位資訊,但非生命體本身不會儲存這些列印指令。

不過,隨著這項新技術的出現,非生命體也可以像有機生命體一樣「繁衍」了。

用塑膠儲存 DNA,科學家可拿它來 3D 列印兔子

「透過這種方法,我們可以將 3D 列印指令整合到一個對象中。這樣,在幾十年甚至幾個世紀後,我們就可以直接從對象本身獲取這些指令,」羅伯特.格拉斯解釋說。

過去幾年的多項發展,使得 DNA 數據儲存成為可能。其中一項便是格拉斯的方法,該方法使用嵌入在微小玻璃珠中的 DNA「條碼」來標記產品。這些奈米珠有多種用途,例如:作為地質測試的示蹤劑,或作為區分優質食品和假冒品的標記。這些條碼相對較短,只有 100 位二進制代碼(100 個位置,每個都是 0 或 1)。一家名為 Haelixa 的衍生公司已將該技術商業化。

同時,在 DNA 中儲存大量數據也已經成為可能。以色列的電腦科學家、也是格拉斯目前的合作夥伴亞尼夫.埃利希(Yaniv Erlich)開發了一種方法,該方法理論上可以在 1 克 DNA 中儲存 215,000 TB 的數據。格拉斯本人能用 DNA 儲存整張音樂專輯,相當於 15 MB 的數據。

現在,兩位科學家已經將這些發明結合到一種新的數據儲存形式中,他們稱之為「DNA 聯(DNA of Things)」,它是物聯網(Internet of Things)的進一步發展。

作為例子,研究人員透過塑膠中添加的含有 DNA 的微小玻璃珠,3D 列印了一隻兔子,其中列印指令的大小約 100 KB。格拉斯說:「我們的兔子和真的兔子一樣,也有它自己的 DNA。」

就像生物學裡說的,這種新方法保留了幾代人的資訊,科學家們可以從兔子的一小部分中獲取列印資訊來列印一整隻新的兔子。這個過程能夠被重複五次,本質上他們創造了原始兔子的「曾曾曾孫」。

「所有其他已知的儲存形式都具有固定的幾何形狀:硬碟驅動器必須看起來像硬碟驅動器,而 CD 必須像 CD。你無法在不丟失資訊的情況下改變它們的形狀,」埃利希說,「DNA 是目前唯一可以以液體形式存在的數據儲存介質,它能夠被存入到任何形狀的物體中。」

新時代隱寫術:用 3D 列印隱藏數據

這項技術的進一步應用,是將資訊隱藏在日常物品中,技術專家將其稱為「隱寫術」。為了展示這種應用,技術專家們回顧了歷史:在第二次世界大戰期間,華沙猶太人區的稀少文件中有一個秘密檔案。該檔案當時被猶太曆史學家和當地居民放在牛奶罐中,沒有被希特拉的軍隊發現。今天,這個檔案已被列入聯合國教科文組織的《世界記憶名錄》裡。

研究人員將有關此檔案的短片(大小約為 1.4 MB)儲存在玻璃珠中,然後將其注入普通眼鏡的鏡片中。

暗藏短片資料的眼鏡。圖片來源:Futurity

埃利希說:「這樣的一副眼鏡,通過機場安檢沒有任何問題。這樣,它所包含的資訊就會從一個地方被傳送到另一個地方。」從理論上講,這些玻璃珠可以被隱藏在任何塑膠物體中,只要製造這些塑膠的過程中沒有過高的溫度產生。這樣的塑膠的材料包括環氧化物、聚酯、聚氨酯和矽樹脂等。

仍相當昂貴,成本約新台幣 6.2 萬元

此外,該技術可用於標記藥物或建築材料,例如粘合劑或油漆。格拉斯解釋說,產品相關資訊可以被直接儲存在藥物或物料本身,意味著醫學監管機構可以直接從產品中讀取生產品質控制的測試結果;在建築物中,進行裝修的工人可以找到原始結構中,使用了哪些製造商的哪些產品。

目前,該方法仍然相對昂貴。格拉斯說,轉換塑膠兔子 DNA 中儲存的 3D 列印文件,成本約為 2000 瑞士法郎(2024 美元,約新台幣 6.2 萬元),而其中很大一部分用於合成相應的 DNA 分子。但是,對象的數量越大,單位成本就越低。

這項日益成熟的技術,想必會對資訊儲存,甚至更多衍生領域產生深遠影響。

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(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈给纽扣、水杯、镜片注入 DNA,新技术让非生命体也能储存信息甚至自我繁衍 〉。首圖來源: 大數據文摘

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