像DNA这样的分子能够在无需能源的情况下存储大量数据，但访问这些分子数据成本高昂且耗时。美国科学家开发出一种替代方法，可将信息编码到合成分子中。他们用这种方法对一个11字符的密码进行编码和解码，以解锁电脑。相关研究 5月16日发表于细胞出版社旗下《化学》期刊。

“分子能够在很长一段时间内存储信息而无需能源。大自然已经向我们证明了这一原理的可行性。”论文通讯作者、得克萨斯大学奥斯汀分校电气工程师Praveen Pasupathy说，“这是我们首次尝试将信息写入塑料构建模块中，然后利用电信号将其读取出来，这让我们朝着在日常材料中存储信息这一目标更近了一步。”

像硬盘和闪存盘这样的传统存储设备存在诸多缺点，例如维护成本高、能耗大，以及使用寿命短等，这使得它们不适用于长期数据存档。而分子或许能提供一种替代选择，此前的研究已经表明，DNA和合成聚合物可以被设计成有效存储信息的载体。不过，解码这些分子通常需要使用昂贵的设备，例如质谱仪。

为了使分子信息更容易写入和读取，研究团队尝试了一种不同的方法：设计包含电化学信息的分子——这种方法可以通过电信号来解码信息。

“与传统的基于光谱的系统相比，我们的方法可以用更小、更经济的设备。”通讯作者、得克萨斯大学奥斯汀分校化学家Eric Anslyn表示，“它为将化学编码与现代电子系统和设备相结合开拓了令人兴奋的前景。”

首先，研究团队使用4种不同的单体（具有不同电化学性质的分子构建块）构建了一套字符字母表。每个字符由这4种单体的不同组合构成，总共可形成256种可能的字符。为了测试这种方法，他们利用分子字母表合成了一个代表11字符密码（Dh&@dR%P0W￠）的链状聚合物，随后基于这些分子的电化学性质，对其进行了解码。

该团队的解码方法利用了某些链状聚合物可以通过从链末端逐个去除构建块来分解这一特性。由于单体被设计为具有独特的电化学性质，这种逐步拆解会产生电信号，可用于揭示聚合物内单体的序列身份。

“电压为你提供了当前正在降解的单体的身份，因此我们能扫描不同电压，观看分子被分解的影像，并弄清哪个单体在哪个时间点被降解。”Pasupathy 说，“一旦我们确定了单体的位置，就可以将它们拼凑起来，以获得我们编码字母表中字符的身份。”

该方法的一个缺点是，每条分子信息只能被阅读一次，因为解码聚合物的过程涉及将其降解。解码过程也需要时间——对于11字符的密码大约需要2.5小时——但研究团队正在研究加快这一过程的方法。

Anslyn表示：“虽然这种方法尚未克服破坏性或耗时问题，但它朝着开发基于聚合物的数据存储便携式集成技术的最终目标迈出了第一步。下一步是将聚合物与集成电路整合，让计算机芯片成为存储信息的读出系统。”

相关论文信息：

http://doi.org/10.1016/j.chempr.2025.102571