眾所周知，DNA分子是承載大量遺傳信息的載體，人們對在電子數據存儲設備中使用DNA越來越感興趣，這種設備可以存儲比我們目前的硬盤多得多的數據。但新的研究表明，DNA并不是分子數據存儲領域的唯一選擇。

由布朗大學的研究人員領導的一項研究表明，在人工合成的代謝體分子中儲存和檢索儲存數據是可能的，這些代謝體分子是由糖、氨基酸和其他小分子代謝體分子的液體混合物有序排列而成的。在發表于《公共科學圖書館·綜合》(PLOS ONE)雜志上的一篇論文中，研究人員表示，他們可以將千字節級的圖像文件編碼到代謝體分子溶液中，然后再把信息讀出來。

“這是一個概念驗證，我們希望能開拓人們的思維，考慮使用更豐富的有機分子來存儲信息。”布朗大學工程學院教授、該研究的高級作者雅各布羅森斯坦(Jacob Rosenstein)說。“在某些情況下，我們在這里使用的小分子可能比DNA擁有更大的信息密度。而這種分子存儲的另一個潛在的優勢在于，許多代謝體分子可以相互反應形成新的化合物。”

這展現出了分子信息系統的巨大潛力，不僅可以存儲數據，還可以在代謝體分子混合物中操作執行數學甚至是邏輯的計算。發展分子計算背后的理念源于對數據存儲容量高速膨脹的需求。據估計，到2040年，全球將產生多達3千兆比特的數據（即3后面跟著24個零）。存儲、搜索和處理所有這些數據都是一項艱巨的挑戰，而且地球上可能沒有足夠的芯片級硅來處理傳統的半導體芯片。

在與美國國防高級研究計劃局(DARPA)簽訂的一份合同的資助下，布朗大學的一群工程師和化學家一直在研究各種利用小分子來創建新信息系統的技術。在這項新的研究中，研究小組想看看人工代謝體分子是否可以作為數據存儲的選擇。在生物學中，代謝體分子是生命體用來調節其代謝的功能分子。

“我們不難發現細胞和有機生命體利用小分子來傳遞信息，但要進行概括和量化就更難了，”布朗大學博士后、該研究的第一作者埃蒙·肯尼迪(Eamonn Kennedy)說。“我們想要證明代謝體分子如何能編碼精確的數字信息。”研究人員合成了他們自己的人工代謝體分子——由多種分子組合而成的小型液體混合物。

混合物中特定代謝體分子的存在或缺失成為了一個比特的編碼，一個0或一個1。人工代謝組中分子類型的數量決定了每種混合物所能容納的比特數。在這項研究中，研究人員創建了6種和12種代謝體分子的文庫，這意味著每種混合物可以編碼6位或12位。成千上萬的混合物以納米級液滴的形式排列在小金屬板上。

液滴的內容和排列由液體處理機器人精確地放置。然后盤子被烘干，留下微小的代謝體分子干結點，每個點都保存著數字信息。然后，這些數據可以用質譜儀讀出，質譜儀可以識別存在于平板上每個點的代謝體分子，并對數據進行解碼。研究人員利用這項技術成功地編碼和檢索了各種大小可達2千字節的圖像文件。與目前主流存儲系統的容量相比，這不算大，但它是一個堅實的概念驗證。

分子存儲還有很大的擴展潛力。因為有數千種已知的代謝體分子可供使用。不過目前還有一些bug，例如當許多代謝體分子被放置在同一溶液中時，它們之間會發生化學反應，這可能導致錯誤或數據丟失，但我們或許可以利用這個bug來執行數據的計算。“利用分子進行計算是一個巨大的機會，我們才剛剛開始研究如何利用它，”布朗大學化學助理教授、該研究的合著者布倫達·魯賓斯坦(Brenda Rubenstein)說。