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Mit DNA Daten in Objekten speichern

DNA der Dinge
3D-Druck mit Code: DNA als Datenspeicher in Objekten

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Ein 3D-Drucker druckt einen Kunststoffhasen. Im Kunststoff sind DNA-Moleküle enthalten, in denen die Druckanleitung kodiert ist (Bild: ETH Zürich / Julian Koch)
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Forscher speichern mit einer neuen Methode umfangreiche Daten in Alltagsgegenständen, zum Beispiel in Hemdknöpfen, Wasserflaschen oder sogar Brillengläsern. Die Daten können viele Jahre später noch ausgelesen werden. Als Speichermedium dient die Erbsubstanz DNA.

Lebewesen tragen ihre eigene Bau- und Betriebsanleitung in Form von DNA in sich. Nicht so unbelebte Objekte. Bis jetzt: Forschende der schweizerischen ETH Zürich haben nun gemeinsam mit einem israelischen Kollegen eine Möglichkeit entwickelt, mit der sich in beinahe beliebigen Objekten umfangreiche Informationen speichern lassen. „Es lässt sich damit eine 3D-Druck-Anleitung in ein Objekt integrieren, sodass diese selbst nach Jahrzehnten oder Jahrhunderten noch direkt aus dem Objekt herausgelesen werden kann“, erklärt Robert Grass, Professor am Departement Chemie und Angewandte Biowissenschaften. Gespeichert ist die Information ähnlich wie bei Lebewesen: in DNA-Molekülen.

Datenspeicher: „DNA der Dinge“

Möglich ist dies dank mehrerer Entwicklungen der vergangenen Jahre. So gelang es Grass, Produkte mit einem in winzigen Glaskügelchen eingegossenen DNA-„Strichcode“ zu kennzeichnen. Yaniv Erlich, ein israelischer Computerwissenschaftler, entwickelte wiederum eine Methode, mit der es theoretisch möglich ist, 215 000 Terabytes an Daten in einem Gramm DNA zu speichern. Und Grass selbst speicherte vor einem Jahr ein ganzes Musikalbum in DNA, was 15 Megabytes an Daten entsprach.

Grass und Erlich vereinten nun diese Ansätze zu einer neuen Datenspeicherform, die sie „DNA der Dinge“ nennen – in Anlehnung an das „Internet der Dinge“, bei dem Objekte über das Internet mit Informationen verbunden werden. Als Anwendungsbeispiel stellten die Wissenschaftler mittels 3D-Druck ein Häschen aus Kunststoff her, das seine eigene Bauanleitung in sich trägt. Die Forschenden fügten dazu DNA-enthaltende Glaskügelchen dem Kunststoff bei. Die Wissenschaftler konnten aus einem kleinen Teil dieses Häschens die Druckinformation zurückgeweinnen und daraus wiederum ein neues Häschen drucken. Diesen Prozess konnten sie fünfmal wiederholen. Sie stellten also quasi „Urururenkel“ des Häschens her.

Daten in Alltagsobjekten speichern

Eine weitere Anwendung der Technologie ist, Information in Alltagsobjekten zu verstecken. Grass, Erlich und ihre Kollegen verwendeten die Technologie, um einen Kurzfilm in den Glaskügelchen zu speichern, welche sie in ein unauffälliges Brillenglas eingossen. „Mit einer solchen Brille wäre es problemlos möglich, die Sicherheitskontrolle an einem Flughafen zu passieren und damit unerkannt Informationen von einem Ort zu einem anderen zu transportieren“, sagt Erlich.

Verstecken könne man die Glaskügelchen im Prinzip in allen Kunststoffobjekten, welche bei der Herstellung nicht allzu hoch erhitzt werden müssen, zum Beispiel in Epoxiden, Polyestern, Polyurethanen und Silikonen.

Die Technik könnte zudem zur Kennzeichnung von Medikamenten verwendet werden. Arzneimittelüberwachungsbehörden könnten so Messergebnisse der Produktionsqualitätskontrolle direkt aus dem Produkt herauslesen.

Kontakt:
ETH Zürich
Rämistr. 101
CH-8092 Zürich
Telefon: +41 44 632 42 44
www.ethz.ch

http://dx.doi.org/10.1038/s41587–019–0356-z

https://youtu.be/qOUwVpLBajo

www.youtube.com/watch?v=yqcLlTbSXUg


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