[go: up one dir, main page]

WO2015041626A1 - Information storage medium - Google Patents

Information storage medium Download PDF

Info

Publication number
WO2015041626A1
WO2015041626A1 PCT/UA2014/000103 UA2014000103W WO2015041626A1 WO 2015041626 A1 WO2015041626 A1 WO 2015041626A1 UA 2014000103 W UA2014000103 W UA 2014000103W WO 2015041626 A1 WO2015041626 A1 WO 2015041626A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
information
recording
storage medium
amino acids
polypeptides
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/UA2014/000103
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Зураб Давидович ГОГИТИДЗЕ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2015041626A1 publication Critical patent/WO2015041626A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/242Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers
    • G11B7/244Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising organic materials only
    • G11B7/25Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising organic materials only containing liquid crystals

Definitions

  • the utility model belongs to information technology and can be used in data storage systems.
  • the proposed medium relates to reusable and rewritable media.
  • optical media in particular, compact discs
  • information is recorded on a photosensitive layer deposited on a substrate with tracking tracks.
  • Service information is also recorded in the tracking track (about the type of medium, manufacturer, as well as synchronization marks).
  • optical media with one-time recording such as CD-R, DVD-R, BD-R
  • CD-R, DVD-R, BD-R are created, into which recording is carried out by creating micro-holes (pits), or media with reusable recording (type CD -RW, DVD-RW, BD-RE), in which recording is carried out due to the reverse phase transition between the amorphous and polycrystalline phases in semiconductor materials.
  • CD optical media
  • Such media are widely used to record information in digital form, however, they do not provide long-term data storage. This is primarily due to the physicochemical characteristics of the linings made of polycarbonate. In the process of long-term preservation, an uncontrolled change in the size and shape of the formed microrelief structures (tracks, pits, prints) occurs. Repeated reproductions of recorded information due to local temperature increase also lead to deformations of microrelief structures created on the surface of the carrier, using which the information presented on the carriers is encoded.
  • DNA molecule stores information in the quadruple number system, according to the number of nucleotides (0 - A, 1 - T, 2 - C, 3 - G). This is a very compact container with a recording density a thousand times greater than that of today's known carriers.
  • DNA as a storage medium is based on coding technology that allows you to convert kilobytes of information into a genetic code and vice versa. If information is stored on a digital medium in the form of a sequence of zeros and ones, then DNA is recorded using a sequence of nucleotides.
  • Tight packaging (1 g of DNA is equivalent to approximately 1 million CDs);
  • the purpose of the claimed utility model is to develop a storage medium that can accommodate a large amount of data, save this data for an almost unlimited period, with the ability to replenish information, quickly search and read information.
  • Such a carrier are plant polypeptides. It was found that polypeptides of small sizes, the molecular mass of which is in the range from 1 to 150 kDa, and the primary structure contains from 1 to 10 amino acids, when certain conditions and organizations are created, can create a data bank in which you can write and save very large volumes of information. These volumes of data can be compared with the volumes of data contained in tens of billions of media (CD-R, DVD-R, BD-R).
  • the inventors found that if the polypeptides of plant origin are given the form of a liquid crystal in an aqueous buffer solution, then this form allows: firstly, to maintain a stable structure, external size, secondly, to preserve the natural activity of the polypeptides, thirdly, it does not limit the ability to exchange information with such a medium, i.e., the ability to write and read information, fourthly, to save the above capabilities for an almost unlimited time.
  • a liquid crystal is used from plant polypeptides of small sizes, the molecular weight of which is in the range from 1 to 150 kDa, and the primary structure contains from 1 to 10 amino acids.
  • the procedure for creating liquid crystals from various substances is known to those of ordinary skill in the art.
  • the procedure for giving the polypeptides a mesomorphic form, i.e. type of liquid crystal includes a sequence of technological operations for which, in addition to direct operations, additional indicators are also important: temperature conditions, the duration of each of the individual operations, sterility, etc.
  • the procedure for creating a liquid crystal from plant polypeptides includes the following operations:
  • the extracting solution contains, for example, 0.9% NaCl in 0.004 M potassium phosphate buffer
  • composition was determined using high performance liquid chromatography (HPLC) followed by tandem mass mass spectrometry using an LTQ FT ICR mass spectrometer (Hybrid-2D-Linear Quadrupole Ion Trap, Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometer), which allowed the identification of peptides that did not assigned to known polypeptides and proteins.
  • the molecular weight of such peptides is generally in the range of 1 to 15 kDa. The inventors admit that it is this part of the peptides that can accommodate huge amounts of information, since they are the most “clean” or “empty”, i.e. most suitable for recording information.
  • liquid crystal from polypeptides can be attributed to the group of smectic liquid crystals, which are the most crystalline among other liquid crystals.
  • Somatic crystals are characterized by two-dimensional ordering. Molecules are placed so that their axes are parallel. Moreover, they “understand” the “equal” command and are placed in slender rows packed on smectic planes, and ranks on nematic planes. The presence of long-term memory is characteristic of smectic liquid crystals.
  • polypeptides consist of a sequence of amino acids that can be used as “empty” cells for recording, storing and reading information. Since twenty amino acids are currently known, this makes it possible to use a twenty base number system. Such a number of discharges makes it possible not only to record information converted from a binary (digital) system into an amino acid sequence, but also to use some amino acids as auxiliary ones, which, in turn, saves space when recording repetitions of amino acid sequences.
  • the inventors have proposed the use of a hexadecimal number system for recording information. It is clear that, in general, the base of the number system may to be different, but in this particular case (variant) of use, the inventors proceeded from the fact that the first (or any) sixteen amino acids can be used as informational, and the last (or any) four amino acids (T, V, W, Y) can be used as official . This number system is also used by inventors to write and read large amounts of information. The proposed number system does not limit the ability of inventors to use number systems for other reasons.
  • the ASCII coding system is selected, however, in general, another system can be selected, for example, HTML code, etc.
  • a new code is used, the essence of which is to split into a large number of overlapping small fragments and their indexing (addressing), indicating the reading sequence.
  • This code is designed to prevent the repetition of characters.
  • the developed code is one of the possible encoding options, is given only to demonstrate the benefits of coding using an amino acid sequence, and does not limit the rights of inventors to use other coding approaches.
  • Mukaltin (100% consists of components of plant origin)
  • Acyclovir has a purely chemical origin
  • Glucofage contains components of both natural and artificial origin
  • the sizes of the obtained sequences were approximately 700 MB for Mukaltin and Glucofage, respectively, and about 4 TB for Acyclovir.
  • the obtained information was used as experimental to verify the recording on the claimed medium and the correct reading of information from it.
  • Modern technologies increasingly include devices and tools using laser and fiber optic technologies.
  • the combination of these technologies and other well-known technologies for recording / reading information in the near future will lead to the emergence of new devices with qualitatively new super-powerful characteristics: write and read speed, recording density of information, the duration of information storage, etc.
  • the fiber optic system includes collecting and scattering lenses, a red laser and optics for writing / reading. At the same time, a collecting lens is used to record data, and a diffusing lens is used to read data.
  • the technology of recording / reading is based on the use of "biological waves", which allows the use of ultrahigh speeds, both for recording and for reading information. It is possible to use both individual heads for recording and reading information, or a unique head with integrated optics combining the functions of writing and reading, which accurately directs the laser beam to the desired section of the information carrier.
  • the storage medium according to the claimed utility model can be used in data storage and processing systems, and also, subject to the development of specialized equipment, become the basis for new generation high-speed computing systems and find its place in new information technologies.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Information Retrieval, Db Structures And Fs Structures Therefor (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)

Abstract

This utility model relates to information technologies and can be used in data storage systems. The proposed storage medium relates to storage media on which data can be repeatedly written and rewritten. The information storage medium is in the form of a liquid crystal in a buffer solution consisting of polypeptides of plant origin with small sizes and a molecular mass in the range of from 1 to 150 kDa, while the primary structure comprises from 1 to 10 amino acids.

Description

НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ  INFORMATION MEDIA

Полезная модель принадлежит к информационным технологиям и может быть использована в системах хранения данных. Предложенный носитель относится к носителям с многоразовой записью и перезаписью данных. The utility model belongs to information technology and can be used in data storage systems. The proposed medium relates to reusable and rewritable media.

Для записи информации, представленной в цифровой форме, широко используются оптические носители (в частности, компакт-диски), в которых информация записывается на светочувствительный слой, нанесенный на подложку с дорожками слежения. В дорожке слежения также записывается служебная информация (про тип носителя, производителя, а также отметки синхронизации). В зависимости от физико-химических особенностей светочувствительного слоя создаются оптические носители с одноразовой записью (типа CD-R, DVD-R, BD-R), в который запись осуществляется за счет создания микроотверстий (питов), или носители с многоразовой записью (типа CD-RW, DVD-RW, BD-RE), в которых запись осуществляется за счет обратного фазового перехода между аморфной и поликристаллической фазами в полупроводниковых материалах. To record information presented in digital form, optical media (in particular, compact discs) are widely used, in which information is recorded on a photosensitive layer deposited on a substrate with tracking tracks. Service information is also recorded in the tracking track (about the type of medium, manufacturer, as well as synchronization marks). Depending on the physicochemical characteristics of the photosensitive layer, optical media with one-time recording (such as CD-R, DVD-R, BD-R) are created, into which recording is carried out by creating micro-holes (pits), or media with reusable recording (type CD -RW, DVD-RW, BD-RE), in which recording is carried out due to the reverse phase transition between the amorphous and polycrystalline phases in semiconductor materials.

Известно, что самый длительный срок хранения данных обеспечивают оптические носители, на которые информация записывается во время изготовления носителей (носители типа ROM). Информация записывается в виде питов разной длины вдоль информационных дорожек (чаще всего спиральных) и не может быть изменена. It is known that the longest data storage period is provided by optical media onto which information is recorded during the manufacture of the media (ROM media). Information is recorded in the form of pits of different lengths along the information tracks (most often spiral) and cannot be changed.

Известен оптический носитель (компакт-диск), состоящий из поликарбонатной подкладки, на которую в процессе изготовления наносят дорожки слежения со служебной информацией, светочувствительного слоя и защитных слоев [1]. Такие носители широко используются для записи информации в цифровом виде, однако, они не обеспечивают долговременное сохранение данных. Это в первую очередь связано с физико-химическими особенностями подкладок, изготовленных из поликарбоната. В процессе длительного сохранения происходит не контролированное изменение размеров и формы сформированных микрорельефных структур (дорожек, питов, отпечатков). Многоразовые воспроизведения записанной информации за счет локального повышения температуры также приводят к деформации созданных на поверхности носителя микрорельефных структур, с использованием которых кодируется представленная на носителях информация. Known optical media (CD), consisting of a polycarbonate lining, on which during the manufacturing process put tracking tracks with service information, a photosensitive layer and protective layers [1]. Such media are widely used to record information in digital form, however, they do not provide long-term data storage. This is primarily due to the physicochemical characteristics of the linings made of polycarbonate. In the process of long-term preservation, an uncontrolled change in the size and shape of the formed microrelief structures (tracks, pits, prints) occurs. Repeated reproductions of recorded information due to local temperature increase also lead to deformations of microrelief structures created on the surface of the carrier, using which the information presented on the carriers is encoded.

Особенно значимыми эти изменения становятся при уменьшении геометрических размеров питов и дорожек (на BD носителях). These changes become especially significant with a decrease in the geometric dimensions of pits and tracks (on BD media).

В последнее время внимание исследователей в области записи и сохранения информации привлекают биологические носители, например, биологический носитель информации, в качестве которого используют ДНК fhttp ://2010. igem. org/Team :Hong Kong-CUNK . Уже опубликована информация относительно нескольких удачных попыток использования экспериментальных технологий записи/считывания информации в ДНК. Молекула ДНК сохраняет информацию в четверичной системе счисления, по количеству нуклеотидов (0 - А, 1 - Т, 2 - С, 3 - G). Это очень компактный контейнер с плотностью записи в тысячу раз большей, чем у известных на сегодня носителей. Понятно, что использование таких носителей требует создания новых способов и технологий для записи, считывания, кодирования, декодирования информации, решения проблем с повторяемостью последовательности битов информации, избыточным дублированием, коррекцией ошибок и т.п. Однако, уже первые попытки дают очень оптимистические результаты, в частности, предварительные расчеты информационной плотности дают показатели 2,2 петабайт на 1 грамм биологического материала, надежность считывания составляет 100%. Recently, the attention of researchers in the field of recording and storage of information has been attracted by biological carriers, for example, a biological carrier of information, which is used as DNA fhttp: // 2010. igem. org / Team: Hong Kong-CUNK. Information has already been published regarding several successful attempts to use experimental technologies for recording / reading information in DNA. The DNA molecule stores information in the quadruple number system, according to the number of nucleotides (0 - A, 1 - T, 2 - C, 3 - G). This is a very compact container with a recording density a thousand times greater than that of today's known carriers. It is clear that the use of such media requires the creation of new methods and technologies for recording, reading, encoding, decoding information, solving problems with repeatability of a sequence of bits of information, excessive duplication, error correction, etc. However, already the first attempts give very optimistic results, in particular, preliminary calculations of information density give indicators of 2.2 petabytes per 1 gram of biological material, the readability is 100%.

В основе использования ДНК как носителя информации лежит технология кодирования, позволяющая преобразовать килобайты информации в генетический код и наоборот. Если на цифровом носителе информация сохраняется в виде последовательности нулей и единиц, то в ДНК запись осуществляется с помощью последовательности нуклеотидов. The use of DNA as a storage medium is based on coding technology that allows you to convert kilobytes of information into a genetic code and vice versa. If information is stored on a digital medium in the form of a sequence of zeros and ones, then DNA is recorded using a sequence of nucleotides.

Отметим также преимущества ДНК, как носителя информации, перед другими способами сохранения информации: We also note the advantages of DNA as an information carrier over other methods of storing information:

1. Плотная упаковка ( 1 г ДНК эквивалентен примерно 1 млн. дисков CD); 1. Tight packaging (1 g of DNA is equivalent to approximately 1 million CDs);

2. Долговременное сохранение информации (понятно, что все зависит от условий); 3. Надежность (можно отметить, что в ДНК содержатся все события с момента зарождения жизни на Земле и до наших дней). 2. Long-term storage of information (it is clear that it all depends on the conditions); 3. Reliability (it can be noted that DNA contains all the events from the inception of life on Earth to the present day).

Целью заявляемой полезной модели является разработка носителя информации, который имеет возможность вмещать большой объем данных, сохранять эти данные на протяжении практически неограниченного срока, с возможностью пополнения информации, быстрого поиска и считывания информации. The purpose of the claimed utility model is to develop a storage medium that can accommodate a large amount of data, save this data for an almost unlimited period, with the ability to replenish information, quickly search and read information.

Изобретателями был найден такой носитель информации, возможности которого по объему записанной информации не несколько порядков превышает объем информации, которую можно сохранять в ДНК. Таким носителем являются полипептиды растительного происхождения. Было найдено, что полипептиды маленьких размеров, молекулярная масса которых находится в диапазоне от 1 до 150 кДа, а первичная структура содержит от 1 до 10 аминокислот, при создании определенных условий и организации, могут создавать банк данных, в который можно записать и сохранять очень большие объемы информации. Эти объемы данных можно сравнивать с объемами данных, содержащихся на десятках миллиардов носителей (CD-R, DVD-R, BD-R). The inventors found such a storage medium, the capabilities of which are several orders of magnitude greater than the amount of information that can be stored in DNA in the amount of recorded information. Such a carrier are plant polypeptides. It was found that polypeptides of small sizes, the molecular mass of which is in the range from 1 to 150 kDa, and the primary structure contains from 1 to 10 amino acids, when certain conditions and organizations are created, can create a data bank in which you can write and save very large volumes of information. These volumes of data can be compared with the volumes of data contained in tens of billions of media (CD-R, DVD-R, BD-R).

Для того, чтобы иметь возможность практического использования указанного выше носителя, ему необходимо было придать подходящую форму и структуру. In order to be able to practically use the above media, it was necessary to give it a suitable shape and structure.

Неожиданно изобретателями было найдено, что если полипептидам растительного происхождения придать форму жидкого кристалла в водном буферном растворе, то эта форма позволяет: во-первых, сохранять стабильную структуру, внешний размер, во-вторых, сохранять природную активность полипептидов, в-третьих, не ограничивает возможность обмена информацией с таким носителем, т.е., возможность записывать и считывать информацию, в-четвертых, на протяжении практически неограниченного времени сохранять указанные выше возможности. Unexpectedly, the inventors found that if the polypeptides of plant origin are given the form of a liquid crystal in an aqueous buffer solution, then this form allows: firstly, to maintain a stable structure, external size, secondly, to preserve the natural activity of the polypeptides, thirdly, it does not limit the ability to exchange information with such a medium, i.e., the ability to write and read information, fourthly, to save the above capabilities for an almost unlimited time.

Таким образом, поставленная цель достигается тем, что как носитель для долговременного сохранения информации используется жидкий кристалл из полипептидов растительного происхождения маленьких размеров, молекулярная масса которых находится в диапазоне от 1 до 150 кДа, а первичная структура содержит от 1 до 10 аминокислот. Процедура создания жидких кристаллов из разных веществ известна средним специалистам в этой области. Подчеркнем, что процедура придания полипептидам мезоморфной формы, т.е. вида жидкого кристалла включает последовательность технологических операций, для которых, кроме непосредственных операций, важное значение имеют также и дополнительные показатели: температурные режимы, длительность каждой из отдельных операций, стерильность и т.п. Thus, the goal is achieved by the fact that as a medium for long-term preservation of information, a liquid crystal is used from plant polypeptides of small sizes, the molecular weight of which is in the range from 1 to 150 kDa, and the primary structure contains from 1 to 10 amino acids. The procedure for creating liquid crystals from various substances is known to those of ordinary skill in the art. We emphasize that the procedure for giving the polypeptides a mesomorphic form, i.e. type of liquid crystal includes a sequence of technological operations for which, in addition to direct operations, additional indicators are also important: temperature conditions, the duration of each of the individual operations, sterility, etc.

Поскольку технология получения жидкого кристалла не является объектом заявляемой полезной модели, изобретатели приводят только общую схему этого преобразования. Since the technology for producing a liquid crystal is not the object of the claimed utility model, the inventors provide only a general scheme of this transformation.

В целом, процедура создания жидкого кристалла из полипептидов растительного происхождения включает следующие операции: In general, the procedure for creating a liquid crystal from plant polypeptides includes the following operations:

• экстракция из растительного сырья (экстрагирующий раствор содержит, например, 0,9% NaCl в 0,004 М калий-фосфатном буфере);  • extraction from plant materials (the extracting solution contains, for example, 0.9% NaCl in 0.004 M potassium phosphate buffer);

• получение супернатанта после высаливания в 100%-м соляном растворе (например, сульфате аммония);  • obtaining a supernatant after salting out in a 100% saline solution (for example, ammonium sulfate);

• получение супернатанта после очистки раствора от солей с помощью фильтрации через бумажный фильтр (Miracloth, quick filtration material for gelatinous grindates, 18-50, Calbiochem, USA) с последующим фильтрованием через целлюлозный фильтр;  • obtaining a supernatant after cleaning the solution from salts by filtration through a paper filter (Miracloth, quick filtration material for gelatinous grindates, 18-50, Calbiochem, USA), followed by filtration through a cellulose filter;

• получение б елкового раствора с последующей экстракцией и фильтрацией сначала через целлюлозный фильтр, а потом через мембранный фильтр с порами 0,4 мкм (Millipore, Type GS 0,4);  • obtaining a protein solution with subsequent extraction and filtration, first through a cellulose filter, and then through a membrane filter with pores of 0.4 μm (Millipore, Type GS 0.4);

• стерилизация с помощью мембранной фильтрации на мембранном фильтре 0,22 мкм (Millipore, Type GS, 0,22) и последующая гель-фильтрующая хроматография с помощью Toyopearl HW-55 (TSK-GEL, Toyopearl HW-55 Fine Toyo Soda MFG, Co, LTD) в результате которой получаем стандартизованный буферный раствор с уровнем рН от ОД до 7,4%;  • sterilization by membrane filtration on a 0.22 μm membrane filter (Millipore, Type GS, 0.22) and subsequent gel filtration chromatography using Toyopearl HW-55 (TSK-GEL, Toyopearl HW-55 Fine Toyo Soda MFG, Co , LTD) as a result of which we obtain a standardized buffer solution with a pH level from OD to 7.4%;

• стерилизация с помощью мембранной фильтрации на мембранном фильтре 0,22 мкм (Millipore, Type GS, 0,22) с последующей лиофилизацией;  • sterilization by membrane filtration on a 0.22 μm membrane filter (Millipore, Type GS, 0.22) followed by lyophilization;

• оценка чистоты и последующая стандартизация с помощью хроматографического фракционирования на Delta РАК CI 8-waters; • механическое сжатие при условии стерильности наивысшего уровня; • purity assessment and subsequent standardization using chromatographic fractionation on Delta PAK CI 8-waters; • mechanical compression under the condition of the highest level of sterility;

• упаковка в стерильный прозрачный контейнер.  • packaging in a sterile transparent container.

Для определения состава использовали способ высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC) с последующей тандемной масс-спектрометрией масс с использованием LTQ FT ICR спектрометра масс (Hybrid-2D-Linear Quadrupole Ion Trap, Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometer), что позволило идентифицировать пептиды, не приписанные к известным полипептидам и белкам. Молекулярная масса таких пептидов, в основном, находится в диапазоне от 1 до 15 кДа. Изобретатели допускают, что именно эта часть пептидов способна вмещать громадные объемы информации, поскольку они являются наиболее «чистыми» или «пустыми», т.е. наиболее подходящими для записи информации. The composition was determined using high performance liquid chromatography (HPLC) followed by tandem mass mass spectrometry using an LTQ FT ICR mass spectrometer (Hybrid-2D-Linear Quadrupole Ion Trap, Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometer), which allowed the identification of peptides that did not assigned to known polypeptides and proteins. The molecular weight of such peptides is generally in the range of 1 to 15 kDa. The inventors admit that it is this part of the peptides that can accommodate huge amounts of information, since they are the most “clean” or “empty”, i.e. most suitable for recording information.

Дополнительные исследования показали, что полученный жидкий кристалл из полипептидов можно отнести к группе смекатических жидких кристаллов, являющихся самими кристаллическими среди других жидких кристаллов. Для смекатических кристаллов характерна двухмерная упорядоченность. Молекулы размещаются таким образом, чтобы их оси были параллельными. Более того, они «понимают» команду «равняйся» и размещаются в стройных рядах, упакованных на смекатических плоскостях, и шеренгах - на нематических плоскостях. Именно для смекатических жидких кристаллов характерно наличие долговременной памяти. Additional studies showed that the obtained liquid crystal from polypeptides can be attributed to the group of smectic liquid crystals, which are the most crystalline among other liquid crystals. Somatic crystals are characterized by two-dimensional ordering. Molecules are placed so that their axes are parallel. Moreover, they “understand” the “equal” command and are placed in slender rows packed on smectic planes, and ranks on nematic planes. The presence of long-term memory is characteristic of smectic liquid crystals.

Предпосылкой использования полипептидов в качестве носителя информации явилось то, что полипептиды состоят из последовательности аминокислот, которые можно использовать как «пустые» ячейки для записи, хранения и считывания информации. Поскольку в настоящее время известно двадцать аминокислот, то это создает возможность использования системы счисления с основанием двадцать. Такое количество разрядов дает возможность не только записывать информацию, преобразованную из двоичной (цифровой) системы в последовательность аминокислот, но и использовать некоторые аминокислоты как служебные, что, в свою очередь, позволяет сэкономить место при записи повторений последовательностей аминокислот. A prerequisite for the use of polypeptides as an information carrier was that the polypeptides consist of a sequence of amino acids that can be used as “empty” cells for recording, storing and reading information. Since twenty amino acids are currently known, this makes it possible to use a twenty base number system. Such a number of discharges makes it possible not only to record information converted from a binary (digital) system into an amino acid sequence, but also to use some amino acids as auxiliary ones, which, in turn, saves space when recording repetitions of amino acid sequences.

Изобретателями предложено использование шестнадцатеричной системы счисления для записи информации. Понятно, что, в целом основание системы счисления может быть другим, но в данном конкретном случае (варианте) использования изобретатели исходили из того, что первые (или любые) шестнадцать аминокислот можно использовать как информационные, а последние (или любые) четыре аминокислоты (Т, V, W, Y) использовать как служебные. Данная система счисления также используется изобретателями для записи и считывания информации большого объема. Предложенная система счисления не ограничивает возможности изобретателей использовать системы счисления з другими основаниями. The inventors have proposed the use of a hexadecimal number system for recording information. It is clear that, in general, the base of the number system may to be different, but in this particular case (variant) of use, the inventors proceeded from the fact that the first (or any) sixteen amino acids can be used as informational, and the last (or any) four amino acids (T, V, W, Y) can be used as official . This number system is also used by inventors to write and read large amounts of information. The proposed number system does not limit the ability of inventors to use number systems for other reasons.

Таблица 1. Table 1.

Figure imgf000007_0001
Figure imgf000007_0001

Используя указанную выше систему счисления (Табл.1) преобразуем предложение Using the above number system (Table 1), we transform the sentence

«It is a new information carrier» в последовательность аминокислот. Для первичного представления выбрана система кодирования ASCII, однако, в целом, может быть выбрана и другая система, например, HTML-код и т.п. "It is a new information carrier" in the amino acid sequence. For the initial presentation, the ASCII coding system is selected, however, in general, another system can be selected, for example, HTML code, etc.

It is a new information carrier -> It is a new information carrier ->

[ASCII код]: 73 1 16 32 105 1 15 32 97 32 ПО 101 1 19 32 105 ПО 102 1 1 1 1 14 109 97 116 105 1 1 1 1 10 32 99 97 1 14 1 14 105 101 1 14 -» [16-на Система счисления]: 49 74 20 69 73 20 61 20 6Е 65 77 20 69 6Е 66 6F 72 6D[ASCII code]: 73 1 16 32 105 1 15 32 97 32 software 101 1 19 32 105 software 102 1 1 1 1 1 14 109 97 116 105 1 1 1 1 10 32 99 97 1 14 1 14 105 101 1 14 - » [16-by Number system]: 49 74 20 69 73 20 61 20 6Е 65 77 20 69 6Е 66 6F 72 6D

61 74 69 6F 6Е 20 63 61 72 72 69 65 72 -> 61 74 69 6F 6E 20 63 61 72 72 69 65 72 ->

[Дуплет аминокислот]: FL IF DA HL IE DA НС DA HR HG II DA HL HR HH HS ID HQ HC IE HL HS HR DA HE HA ID ID HL HG ID [Amino acid doublet]: FL IF DA HL IE DA NS DA HR HG II DA HL HR HH HS ID HQ HC IE HL HS HR DA HE HA ID ID HL HG ID

Таким образом, предложение «It is a new information carrier» в записи последовательности пар аминокислот:  Thus, the sentence "It is a new information carrier" in the recording of the sequence of amino acid pairs:

«FLIFDAHLIEDAHCDAHRHGIIDAHLHRHHHSIDHQHCIEHLHSHRDAHEHAI DIDHLHGID». "FLIFDAHLIEDAHCDAHRHGIIDAHLHRHHHSIDHQHCIEHLHSHRDAHEHAI DIDHLHGID."

Для записи большого объема информации используется новый код, суть которого состоит в разбиении на большое количество перекрывающихся небольших фрагментов и их индексации (адресации), указывающей последовательность считывания. Этот код разработано с таким расчетом, чтобы предотвратить повторение символов. Разработанный код является одним из возможных вариантов кодирования, приведен только с целью демонстрации преимущества кодирования с помощью последовательности аминокислот, и не ограничивает права изобретателей использовать другие подходы к кодированию. To record a large amount of information, a new code is used, the essence of which is to split into a large number of overlapping small fragments and their indexing (addressing), indicating the reading sequence. This code is designed to prevent the repetition of characters. The developed code is one of the possible encoding options, is given only to demonstrate the benefits of coding using an amino acid sequence, and does not limit the rights of inventors to use other coding approaches.

Для записи информации предложены следующие служебные дуплеты аминокислот: ТТ - начало информации; YY - конец информации; VT - следующий элемент заголовка; TV - конец заголовка; TY - начало элемента заголовка; YT - конец элемента заголовка; WT - начало дублирования; WY - конец дублирования; WW - количество копий дублирования. To record information, the following official duplicates of amino acids are proposed: TT - the beginning of the information; YY - end of information; VT is the next title element; TV - end of title; TY - the beginning of the title element; YT is the end of the header element; WT - start of duplication; WY - end of duplication; WW - the number of copies of duplication.

Вся информация была разделена на фрагменты последовательностей аминокислот, каждый из которых содержал 128 дуплетов аминокислот. Каждый фрагмент, кроме основной информации, имел собственный адрес (16 дуплетов аминокислот), указывающий на место этой части информации среди других, а также адрес следующей части информации (16 дуплетов аминокислот) и контрольную сумму (8 дуплетов аминокислот). All information was divided into fragments of amino acid sequences, each of which contained 128 doublets of amino acids. Each fragment, except for the basic information, had its own address (16 doublets of amino acids), indicating the place of this piece of information among others, as well as the address of the next piece of information (16 doublets of amino acids) and a checksum (8 doublets of amino acids).

Перед подготовкой к записи информации на носитель было проведено много разных исследований для определения внутренней структуры носителя, т.е. для того, чтобы найти подходящую последовательность записи информации. Проведенные исследования показали, что за счет внутримолекулярных взаимодействий белки создают определенную пространственную структуру, так называемую «конформацию белков» и при этом невозможно получить два одинаковых носителя, конформации белков которых совпадают. Before preparing for recording information on the medium, many different studies were carried out to determine the internal structure of the medium, i.e. in order to find the appropriate sequence of recording information. Studies have shown that due to intramolecular interactions, proteins create a certain spatial structure, the so-called “protein conformation”, and it is impossible to obtain two identical carriers whose protein conformations coincide.

Неожиданно экспериментальным путем изобретатели нашли, что совсем необязательно определять и запоминать начальную конформацию белков носителя, т.е. их трехмерную пространственную, а достаточно запоминать линейную последовательность аминокислот при записи информации. Запись информации вызывает присоединение к «активной» последовательности аминокислот новых цепочек, что приводит к изменению пространственной структуры белков носителя. Таким образом, в носителе после записи в него информации создаются «новые линейные последовательности аминокислот», конформации которых отличаются от начальных. Также существенным отличием полученных последовательностей аминокислот от начальных является то, что вновь созданные последовательности содержать записанную в них информацию. Unexpectedly experimentally, the inventors found that it is not necessary to determine and remember the initial conformation of carrier proteins, i.e. their three-dimensional spatial, and it is enough to remember the linear sequence of amino acids when recording information. Recording information causes the addition of new chains to the “active” amino acid sequence, which leads to a change in the spatial structure of carrier proteins. Thus, after recording information in the carrier, “new linear amino acid sequences” are created, the conformations of which differ from the initial ones. Also, a significant difference between the obtained amino acid sequences from the initial ones is that the newly created sequences contain the information recorded in them.

Для экспериментальной п роверки носителя изобретатели выбрали лекарственные препараты Мукалтин (на 100% состоит из компонентов растительного происхождения), Ацикловир (имеет чисто химическое происхождение) и Глюкофаж (содержит компоненты как натурального, так и искусственного происхождения). For the experimental verification of the carrier, the inventors chose the medications Mukaltin (100% consists of components of plant origin), Acyclovir (has a purely chemical origin) and Glucofage (contains components of both natural and artificial origin).

По каждому из указанных препаратов получили частотно-резонансную характеристику, т.е. излучение, характерное для каждого препарата. После преобразования полученных характеристик в цифровой вид, размеры полученных последовательностей составляли соответственно около 700 Мбайт для Мукалтина и Глюкофажа и около 4 Тбайт для Ацикловира. For each of these drugs received a frequency-resonance characteristic, i.e. radiation characteristic of each drug. After converting the obtained characteristics into a digital form, the sizes of the obtained sequences were approximately 700 MB for Mukaltin and Glucofage, respectively, and about 4 TB for Acyclovir.

Полученную информацию использовали как экспериментальную для проверки записи на заявляемый носитель и правильности считывания информации с него. The obtained information was used as experimental to verify the recording on the claimed medium and the correct reading of information from it.

Понятно, что мало иметь потенциальный носитель информации, поскольку важное значение также имеют технологии, устройства, решающие задачи записи, считывания информации с носителей, плотность записи, время записи, время считывания и т.п. It’s clear that it’s not enough to have a potential information carrier, since technologies, devices that solve recording problems, are also important. reading information from media, recording density, recording time, reading time, etc.

Современные технологии все более и чаще включают устройства и средства с использованием лазерных и оптоволоконных технологий. Объединение этих технологий и других известных технологий записи/считывания информации уже в ближайшее время приведет к появлению новых устройств с качественно новыми сверхмощными характеристиками: скоростью записи и считывания, плотностью записи информации, продолжительностью сохранения информации и т.п. Modern technologies increasingly include devices and tools using laser and fiber optic technologies. The combination of these technologies and other well-known technologies for recording / reading information in the near future will lead to the emergence of new devices with qualitatively new super-powerful characteristics: write and read speed, recording density of information, the duration of information storage, etc.

Экспериментальное устройство, использованное изобретателями для записи/считывания информации на заявляемый носитель, не является объектом данной полезной модели, поэтому в этом описании даны только общие этапы процесса записи/считывания информации. The experimental device used by the inventors to write / read information to the claimed medium is not the object of this utility model, therefore, this description describes only the general steps of the process of writing / reading information.

Оптоволоконная система включает собирающую и рассеивающую линзы, красный лазер и оптику для записи/считывания. При этом, собирающая линза используется для записи данных, а рассеивающая линза - для считывания данных. В основе технологии записи/считывания лежит использование «биологических волн», что позволяет использовать сверхвысокие скорости, как для записи, так и для считывания информации. Возможно использование как отдельных головок для записи и считывания информации, так и уникальной головки с интегрированной оптикой, объединяющей функции записи и считывания, которая точно направляет луч лазера на нужный участок носителя информации. The fiber optic system includes collecting and scattering lenses, a red laser and optics for writing / reading. At the same time, a collecting lens is used to record data, and a diffusing lens is used to read data. The technology of recording / reading is based on the use of "biological waves", which allows the use of ultrahigh speeds, both for recording and for reading information. It is possible to use both individual heads for recording and reading information, or a unique head with integrated optics combining the functions of writing and reading, which accurately directs the laser beam to the desired section of the information carrier.

После записи информации никаких внешних изменений на носителе не наблюдалось. Эта проверка проводилась для того, чтобы быть уверенными, что внутренние изменения пространственной структуры происходили только внутри носителя. After recording the information, no external changes on the medium were observed. This check was carried out in order to be sure that internal changes in the spatial structure occurred only inside the carrier.

При считывании информации проводился анализ полученных последовательностей и сшивание их в одно целое по «адресу». Использование служебных дуплетов аминокислот в соединении с разработанным кодом позволил не только записать и считать информацию, но и многократно проверить правильность записи/считывания каждого бита информации. Тщательная проверка хоть и заняла много времени, но не выявила ошибок. When reading information, the analysis of the obtained sequences was carried out and their stitching into one at the “address”. The use of official duplicates of amino acids in combination with the developed code allowed not only to write and read information, but also to repeatedly verify the correctness of writing / reading every bit of information. A thorough check, although it took a long time, did not reveal any errors.

Уже первые удачные попытки дали очень оптимистические результаты, в частности, предварительные расчеты информационной плотности дали показатели 10,5-32,5 петабайт на 1 миллиграмм биологического материала, надежность считывания составляет 100%. Already the first successful attempts yielded very optimistic results, in particular, preliminary calculations of information density yielded indicators of 10.5-32.5 petabytes per 1 milligram of biological material, the readability is 100%.

Носитель информации по заявляемой полезной модели может использоваться в системах хранения и обработки данных, а также, при условии разработки специализированного оборудования стать основой для быстродействующих вычислительных систем нового поколения и найти свое место в новых информационных технологиях. The storage medium according to the claimed utility model can be used in data storage and processing systems, and also, subject to the development of specialized equipment, become the basis for new generation high-speed computing systems and find its place in new information technologies.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM 1. Носитель информации в виде жидкого кристалла в буферном растворе из полипептидов растительного происхождения маленьких размеров, молекулярная масса которых находится в диапазоне от 1 до 150 кДа, а первичная структура содержит от 1 до 10 аминокислот. 1. The storage medium in the form of a liquid crystal in a buffer solution of plant-derived polypeptides of small sizes, the molecular weight of which is in the range from 1 to 150 kDa, and the primary structure contains from 1 to 10 amino acids. 2. Носитель информации по п. 1, отличающийся тем, что молекулярная масса полипептидов растительного происхождения находится в диапазоне от 1 до 15 кДа. 2. The storage medium according to claim 1, characterized in that the molecular weight of the polypeptides of plant origin is in the range from 1 to 15 kDa. 3. Носитель информации по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что уровень рН буферного раствора находится в диапазоне от 0,1 до 7,4 %. 3. The storage medium according to p. 1 or p. 2, characterized in that the pH level of the buffer solution is in the range from 0.1 to 7.4%.
PCT/UA2014/000103 2013-09-20 2014-09-18 Information storage medium Ceased WO2015041626A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201311198 2013-09-20
UAU201311198U UA85375U (en) 2013-09-20 2013-09-20 data carrier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015041626A1 true WO2015041626A1 (en) 2015-03-26

Family

ID=52284841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2014/000103 Ceased WO2015041626A1 (en) 2013-09-20 2014-09-18 Information storage medium

Country Status (2)

Country Link
UA (1) UA85375U (en)
WO (1) WO2015041626A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02175288A (en) * 1988-12-28 1990-07-06 Olympus Optical Co Ltd Erasable optical recording medium
US6284418B1 (en) * 1998-11-16 2001-09-04 Cambridge Scientific, Inc. Biopolymer-based optical element
US6376655B1 (en) * 1995-06-02 2002-04-23 Riso National Laboratory Physically functional materials
WO2003010762A1 (en) * 2001-07-20 2003-02-06 Discovision Associates Photonics data storage system using a polypeptide material and method for making same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02175288A (en) * 1988-12-28 1990-07-06 Olympus Optical Co Ltd Erasable optical recording medium
US6376655B1 (en) * 1995-06-02 2002-04-23 Riso National Laboratory Physically functional materials
US6284418B1 (en) * 1998-11-16 2001-09-04 Cambridge Scientific, Inc. Biopolymer-based optical element
WO2003010762A1 (en) * 2001-07-20 2003-02-06 Discovision Associates Photonics data storage system using a polypeptide material and method for making same

Also Published As

Publication number Publication date
UA85375U (en) 2013-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI242185B (en) Device and method for recording information
EP1040583B1 (en) Encoding multiword information by wordwise interleaving
US6223322B1 (en) Method and apparatus for enhancing data rate in processing ECC product-coded data arrays in DVD storage subsystems and the like
US9105307B2 (en) Data protection system
US10466913B2 (en) Method and system for replicating and using grid level metadata in a storage system
JP2006513524A5 (en)
MXPA02012785A (en) DEVICE AND METHOD FOR RECORDING INFORMATION.
WO2002039449A1 (en) Recording medium, its controller and controlling method
KR100378247B1 (en) Recording medium and method for recording to and reproducing from recording medium
WO2015041626A1 (en) Information storage medium
TWI329311B (en) Method for writing a label on an record carrier and the device for performing the same
KR100991964B1 (en) Redundancy protection for data recorded across multiple layers of recording media
CN1260569A (en) Splicing-less edition for read/write light medium
TW200415625A (en) Method of recording information to and reproducing information from an optical information storage medium
TW455870B (en) Memory mapping method
JP2005018956A (en) Error correction method in data storage medium, the data storage medium, magnetic tape, and tape drive
ES2319726T3 (en) DEVICE FOR EXPLORING AN INFORMATION SUPPORT, MANUFACTURING PROCEDURE AND INFORMATION SUPPORT.
CN101206875A (en) Optical storage medium recording device and method
EP1426957A2 (en) Configuring a storage medium using a logical cylindrical recording format
KR20050053755A (en) Method and device for managing defective storage units on a record carrier
Patel et al. Deoxyribonucleic Acid as a Tool for Digital Information Storage: An Overview.
WO2006130391A2 (en) A multi-level format for information storage
Patel et al. DNA Archives: Revolutionizing Data Storage
Cerf Memory with a Twist
US20070101211A1 (en) Defect management method and disk drive using the same

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14845688

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14845688

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1