Los científicos escondieron la clave de cifrado para el texto del Mago de Oz en partículas de plástico

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Zoom / Científicos de la Universidad de Texas en Austin cifraron una clave de decodificación de texto mago de Oz en polímeros.

SD Dahlhauser et al., 2022

Científicos de la Universidad de Texas en Austin enviaron a sus colegas de Massachusetts un mensaje secreto: una clave de cifrado para abrir un archivo de texto de la novela clásica de L. Frank Bohm. El maravilloso Mago de Oz. Twisting: la clave de cifrado estaba oculta en una tinta especial mezclada con polímeros, y describen su trabajo en un artículo de investigación reciente publicado en ACS Central Science.

Cuando se trata de medios alternativos para almacenar y recuperar datos, el objetivo es almacenar los datos en la menor cantidad de espacio en un formato permanente y legible. Entre los polímeros, el ADN siempre ha sido el favorito en este sentido. Como se mencionó anteriormente, el ADN contiene cuatro bloques de construcción químicos: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C), que forman una especie de código. La información se puede almacenar en el ADN convirtiendo los datos de un código binario a un código base 4 y asignándolo a uno de los cuatro caracteres. Un gramo de ADN puede representar aproximadamente mil millones de terabytes (1 zettabyte) de datos. Los datos almacenados se pueden conservar durante largos períodos, décadas o incluso siglos.

Ha habido algunas fluctuaciones innovadoras en la forma básica en que se almacena el ADN en los últimos años. Por ejemplo, en 2019, los científicos fabricaron con éxito una versión impresa en 3D del conejo de Stanford, un modelo de prueba común en gráficos por computadora en 3D, que almacenaba instrucciones de impresión para reproducir el conejo. El conejo contiene alrededor de 100 kilobytes de datos, gracias a la adición de nanopartículas que contienen ADN al plástico utilizado para imprimirlo en 3D. Científicos de la Universidad de Washington registraron recientemente palabras de K-Pop directamente en células vivas utilizando una “máquina de escribir de ADN”.

Pero usar el ADN como medio de almacenamiento también presenta desafíos, por lo que también existe un gran interés en encontrar otras alternativas. El año pasado, los científicos de Harvard desarrollaron un enfoque de almacenamiento de datos basado en una mezcla de tintes fluorescentes impresos en una superficie epoxi en pequeños puntos. La mezcla de tintes en cada punto codifica información que luego se lee con un microscopio fluorescente. Los investigadores probaron su método almacenando uno de los artículos del siglo XIX de Michael Faraday sobre electromagnetismo y química, junto con una imagen JPEG de Faraday.

Otros científicos han explorado la posibilidad de utilizar polímeros no biológicos para almacenar datos moleculares y descifrar (o leer) la información almacenada secuenciando los polímeros mediante espectrometría de masas en tándem. En 2019, los científicos de la Universidad de Harvard demostraron con éxito el almacenamiento de información en una mezcla de oligopéptidos disponibles en el mercado sobre una superficie metálica, sin necesidad de técnicas de síntesis costosas y lentas.

Se incluyó una clave de cifrado molecular de tinta (imagen de la izquierda) para un carácter (imagen de la derecha), que se envió por correo y se analizó para descifrar un archivo.
Zoom / Se incluyó una clave de cifrado molecular de tinta (imagen de la izquierda) para un carácter (imagen de la derecha), que se envió por correo y se analizó para descifrar un archivo.

Ciencia central de la AEC 2022 / CC BY-NC-ND

Esta última investigación se ha centrado en el uso de polímeros determinados por secuencia (SDP) como medio de almacenamiento para codificar un gran conjunto de datos. Los SDP son básicamente cadenas largas de monómeros, cada uno de los cuales corresponde a uno de los 16 codones. “Debido a que es un polímero con una secuencia muy específica, las unidades a lo largo de esa secuencia pueden transportar una secuencia de información, al igual que cualquier oración lleva información en una secuencia de letras”, dijo el coautor Eric Anslyn de la Universidad New Scientist.

Pero estas moléculas más grandes no pueden almacenar tanta información como el ADN, según los autores, porque el proceso de almacenar más datos con cada monómero adicional se vuelve cada vez más ineficiente, lo que dificulta mucho la recuperación de información con la cosecha actual de herramientas analíticas disponibles. Por lo tanto, se deben usar SDP cortos, lo que limita la cantidad de datos que se pueden almacenar por molécula. Anslin y sus colegas idearon una forma de mejorar esta capacidad de almacenamiento y probaron la viabilidad de su método.

Primero, Enclin et al. Utilice una clave de cifrado de 256 bits para codificar un nuevo Baum en un polímero de aminoácidos disponible comercialmente. Las secuencias constan de ocho oligouretanos, cada uno de los cuales tiene 10 monómeros de largo. Los ocho monómeros del medio tenían la clave, mientras que los monómeros en ambos extremos de la secuencia servían como marcadores de posición para la síntesis y la decodificación. Los marcadores de posición se “tomaron huellas dactilares” utilizando diferentes etiquetas de isótopos, como etiquetas de halógeno, que indican dónde encaja la información codificada para cada polímero en la disposición final de la clave digital.

Luego, mezclaron todos los polímeros y utilizaron la despolimerización, la cromatografía líquida y la espectrometría de masas (LC/MS) para “descifrar” la estructura original y la clave de codificación. La prueba independiente final: mezclaron polímeros en una tinta especial hecha de isopropanol, glicerina y hollín. Usaron tinta para escribir una carta a James Rother en la Universidad de Massachusetts, Lowell. Luego, el laboratorio de Roether extrajo la tinta del papel y usó el mismo análisis de secuencia para recuperar la clave de cifrado binario, revelando el archivo de texto de El maravilloso Mago de Oz.

En otras palabras, el laboratorio de Anslin escribió una carta (la carta) que contenía otro mensaje secreto (El maravilloso Mago de Oz) escondido en la estructura molecular de la tinta. Puede haber formas más realistas de lograr esta hazaña, pero logran almacenar 256 bits en SDP, sin usar subprocesos largos. “Esta es la primera vez que esta cantidad de información se almacena en un polímero de este tipo”, dijo Anslin, y agregó que el avance representa “un avance científico revolucionario en el campo del almacenamiento de datos moleculares y la criptografía”.

Anslin y sus colegas creen que su método es lo suficientemente poderoso para las aplicaciones criptográficas del mundo real. En el futuro, esperan aprender a automatizar los procesos de escritura y lectura automáticamente.

DOI: ACS Central Science, 2022. 10.1021 / acscentsci.2c00460 (sobre DOI).

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