Paramagnetic encoding of molecules

编码(内存) 顺磁性 计算机科学 分子 编码(集合论) 多路复用 寡核苷酸 物理 纳米技术 化学 材料科学 DNA 电信 人工智能 凝聚态物理 量子力学 生物化学 集合(抽象数据类型) 程序设计语言
作者
Jan Kretschmer,Tomáš David,Martin Dračínský,Ondřej Socha,Daniel Jirák,Martin Vít,Radek Jurok,Martin Kuchař,Ivana Cı́sařová,Miloslav Polášek
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41467-022-30811-9
摘要

Abstract Contactless digital tags are increasingly penetrating into many areas of human activities. Digitalization of our environment requires an ever growing number of objects to be identified and tracked with machine-readable labels. Molecules offer immense potential to serve for this purpose, but our ability to write, read, and communicate molecular code with current technology remains limited. Here we show that magnetic patterns can be synthetically encoded into stable molecular scaffolds with paramagnetic lanthanide ions to write digital code into molecules and their mixtures. Owing to the directional character of magnetic susceptibility tensors, each sequence of lanthanides built into one molecule produces a unique magnetic outcome. Multiplexing of the encoded molecules provides a high number of codes that grows double-exponentially with the number of available paramagnetic ions. The codes are readable by nuclear magnetic resonance in the radiofrequency (RF) spectrum, analogously to the macroscopic technology of RF identification. A prototype molecular system capable of 16-bit (65,535 codes) encoding is presented. Future optimized systems can conceivably provide 64-bit (~10^19 codes) or higher encoding to cover the labelling needs in drug discovery, anti-counterfeiting and other areas.
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