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31 octobre 2017

Stocker l’information sur des polymères synthétiques

En intercalant des liaisons fragiles entre chaque octet moléculaire, les polymères numériques peuvent être facilement lus par spectrométrie de masse.

Parvenir à stocker des données à une échelle cent fois plus petite que celle des disques durs actuels, c’est le défi que cherchent à relever de nombreuses équipes de recherche dans le monde. Les polymères et leurs grandes molécules sont évidemment au cœur de cette course à la miniaturisation. Mais une fois stockée à l’échelle moléculaire, l’information doit pouvoir être lue. Or c’est au niveau de cette lecture que la communauté scientifique se heurte jusqu’ici à des difficultés. D’où l’importance des travaux menés conjointement par les chercheurs de l’Institut Charles Sadron  de Strasbourg (CNRS) et de l’Institut de Chimie Radicalaire (CNRS/Aix Marseille Université) et dont Nature communications vient de publier les résultats le 17 octobre dernier1. Cette équipe a en effet démontré pour la première fois qu’il est possible de lire, à l’aide d’un spectromètre de masse, plusieurs octets d’informations, préalablement stockés sur des polymères synthétiques. Rappelons que chaque octet contient huit bits, le bit étant la plus petite quantité d’information pouvant être contenu dans un message.

 

Contact : Jean-François Lutz

E-mail : ljflutz@unista.fr

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Pour mener à bien ce travail, les chercheurs ont donc dû commencer par créer des polymères synthétiques, ces derniers étant plus faciles, non seulement à manipuler mais aussi à lire, que des molécules naturelles comme l’ADN. Aussi leur structure moléculaire a-t-elle été spécifiquement optimisée pour le séquençage par spectrométrie de masse. D’où l’assemblage de deux types de monomères renfermant un groupement phosphate, chacun d’eux représentant un 0 ou un 1. Ensuite, les chercheurs ont introduit un séparateur moléculaire tous les huit monomères. Restait alors à lire cette information stockée, avec une première étape de spectrométrie de masse grâce à laquelle les liaisons fragiles des séparateurs sont brisées sélectivement, divisant ainsi les octets, suivie d’une seconde étape de fragmentation qui permet de casser les groupements phosphates et de séquencer chaque octet.

 

Cette équipe de recherche a obtenu ainsi des polymères pouvant stocker jusqu’à huit octets, codant par exemple le mot « Sequence » en langage ASCII, qui associe à chaque octet une lettre ou un signe de ponctuation. En lisant ensuite ce mot par spectrométrie de masse, les chercheurs ont signé au passage un nouveau record en termes de longueur de molécule décodée grâce à cette méthode. Certes, quelques heures ont été nécessaires pour effectuer l’analyse des données numériques. Néanmoins, le développement prochain d’un logiciel de lecture devrait réduire ce temps d’analyse à quelques millisecondes. Un temps de lecture par conséquent extrêmement court qui, combiné à des méthodes d’écriture robotisées déjà disponibles, laisse entrevoir des perspectives intéressantes concernant le stockage de plusieurs kilooctets de données sur des polymères synthétiques.

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