DVD會變質、機械硬碟會故障，化學家打算用一勺蛋白質保存整個圖書館

我們怎樣儲存訊息？

寫下來的紙張會被焚燬，電腦可能會被駭，DVD可能會無法讀取。威脅無處不在，從簡單的一盆水到複雜的網路攻擊，都有可能讓我們的記錄化為烏有。

訊息爆炸，數據井噴，可能未來連雲端儲存也無法承載，而且它無法阻擋住所有駭客，還會持續消耗能量。據估計，到2020年，全球數位化檔案估計將達到44萬億Gb，數位化海嘯馬上就要席捲而來，浪潮之下，我們應該如何面對巨量訊息？

▲ 哈佛訊息服務中心的伺服器儲存架與笨拙的網路線

現在，有一種儲存訊息的新方法可以穩定地儲存數百萬年的數據，並且不受到駭客的威脅。

它的占用空間非常小，想像一下用一勺蛋白質就可以保存整個紐約市公共圖書館的資料，一鍋蛋白質就可以容納所有地球往事。並且一旦編寫，就不會再消耗能量。所需要的只有一個化學家，一些易得的分子和需要儲存的訊息。

這是哈佛大學與西北大學合作開發的一個項目，研究結果已經在國際學術期刊ACS Central Science發表。該項目提出並實現了利用易獲得、低能耗、穩定且能超長時間保存的寡肽分子儲存資料（以二進制形式），數據檢索準確率超過99%。

從生物學到有機化學：資料儲存的靈感

利用生物儲存能力來儲存資料的想法早已有之，並且已經有了一定的進展。比如，目前我們已經可以透過合成DNA鏈來記錄訊息，記錄的訊息可以從美食照片，烹飪教程一直到玩貓的影片。

但是雖然DNA與電腦晶片相比較小，但還是屬於大分子。並且，DNA的合成需要大量重複的工作。如果每條消息都需要從頭開始設計編譯，那麼大分子儲存可能會因為過於昂貴耗時而無法實現。

▲ Brian Cafferty

Brian Cafferty是該研發團隊的成員之一，也是論文的第一作者介紹說，於是他們的研究團隊從生物學轉向有機和分析化學尋求靈感，開發使用一種更小、更低分子量的分子來編碼訊息的方法。

這種儲存方式只需一次合成就可以生成足夠的小分子，用以編碼多個影片，使這種方法無疑比基於DNA的方法更省力也更便宜。

用分子實現聽說讀寫畫

該團隊選擇的低分子量化合物是寡肽（兩個或多個結合在一起的肽），這些肽常見而穩定，並且比DNA，RNA或蛋白質分子量都要小。

而且由於組成寡肽的氨基酸數量和類型不同，它們的分子質量是有差異的。當不同的寡肽分子混合在一起時，這種差異可以實現相互區分，不同質量的分子就像字母表中的不同字母一樣。

將這些「字母」組成單詞會有點複雜，該團隊將不同質量的寡肽儲存在384個不同的「微孔」中，然後將寡肽混合物放置在金屬板的表面上，就像將墨水印在書頁上一樣。如果想要讀取「寫下」的內容，可以透過質譜儀按質量對微孔中的分子進行分類，查看這個孔中存在哪些寡肽、不存在哪些寡肽，由此讀取內容。

▲ 圖片來源：Michael J. Fink然後團隊使用二進制編碼將混亂的分子翻譯成字母和單詞。例如，字母「K」在ASCII（美國訊息交換標準程式碼）中被寫作01001011，就可以透過使用八種不同質量的寡肽儲存「K」。將微孔中存在的四種寡肽讀取為「1」，而缺失的四種讀取為「0」（如下表）。這些分子二進制程式碼指向相應的字母；如果儲存的訊息是圖像，則指向相應的像素。使用這種方法，八種寡肽的混合物可以儲存一個字節的訊息； 32種寡肽的混合物可以儲存四個字節，以此類推。

更快，更便捷，更安全

到目前為止，Cafferty和他的團隊已經用這種方法記錄、儲存並「閱讀」了物理學家Richard Feynman的著名演講、Claude Shannon（他被稱為「訊息理論之父」）的相片和葛飾北齋的畫作《神奈川衝浪裏》。

▲ 名畫《神奈川衝浪裏》經檢驗，這種儲存方式的檢索準確率為99.9％。平均「寫入」速度為每秒8bits，「讀取」速度每秒20 bits。雖然目前還比大多數資料儲存設備要慢，但隨著技術的繼續發展，速度肯定還會提升。例如，如果噴墨打印機可以以每秒1,000次的速率產生液滴，就能將更多訊息塞入更小的區域，或者再加以改進質譜儀使之可以同時獲取更多訊息。