DNA芯片：未来十亿字节级别的存储解决方案

DNA芯片：未来十亿字节级别的存储解决方案研究人员一直在关注DNA作为数据存储介质的潜力，因为DNA能够在极小的空间内存储大量信息。DNA链中有四个重复出现的基本构件。这些模块的特定序列可以用来编码信息，就像大自然一样。要制作DNA芯片，必须合成并稳定相应的编码DNA。如果效果良好，信息可以保存很长时间--研究人员假设可以保存几千年。通过自动读取和解码四个基本构件的序列，就可以检索信息。这种芯片在存储密度、寿命和可持续性方面都优于传统的硅基芯片。信息可以以DNA的形式存储在由半导体纳米纤维素制成的芯片上。光控蛋白质读取信息。图片来源：维尔茨堡大学生物信息学系主任DNA数据存储面临的挑战德国维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学（Julius-Maximilians-Universität，JMU）生物信息学教研室主任托马斯-丹德卡尔（ThomasDandekar）教授说："大容量、长寿命的数字DNA数据存储是可行的，这一事实近年来已多次得到证实。但存储成本很高，每兆字节接近40万美元，而且DNA中存储的信息只能缓慢检索。根据数据量的大小，需要数小时到数天的时间"。研究人员必须克服这些挑战，才能使DNA数据存储更加适用和适销对路。这方面的合适工具是光控酶和蛋白质网络设计软件。托马斯-丹德卡（ThomasDandekar）及其主席团队成员阿曼-阿卡什（AmanAkash）和埃琳娜-本库洛娃（ElenaBencurova）在《生物技术趋势》（TrendsinBiotechnology）杂志最近的一篇评论中讨论了这一问题。Dandekar的团队深信，DNA作为数据存储的未来。在该杂志上，JMU的研究人员展示了如何将分子生物学、纳米技术、新型聚合物、电子学和自动化结合起来，再加上系统化的开发，使DNA数据存储在几年内就能用于日常使用。创新的DNA芯片开发在JMU生物中心，Dandekar的团队正在开发由细菌生产的半导体纳米纤维素制成的DNA芯片。教授说："通过我们的概念验证，我们可以展示目前的电子和计算机技术如何被分子生物元件部分取代。通过这种方式，不仅可以实现可持续发展、完全可回收、即使在电磁脉冲或电力故障时也能保持高稳定性，而且还可以实现每克DNA高达十亿千兆字节的高存储密度。"托马斯-丹德卡认为，DNA芯片的开发具有重要意义的，他说："只有当我们跃进到这种结合了分子生物学、电子学和新型聚合物技术的新型可持续计算机技术领域时，我们的文明才能长久。对人类来说，最重要的是走向与地球边界和环境相协调的循环经济。我们需要在20到30年内实现这一目标。芯片技术是这方面的一个重要例子，但生产芯片而不产生电子废物和环境污染的可持续技术尚未成熟。我们的纳米纤维素芯片概念为此做出了宝贵贡献。在这篇新论文中，我们对我们的概念进行了严格审查，并结合当前的研究创新进一步推进了这一概念。"进一步改进DNA存储介质Dandekar的团队目前正致力于将半导体纳米纤维素制成的DNA芯片与他们开发的设计酶更好地结合起来。这些酶还需要进一步改进。"通过这种方式，我们希望能更好地控制DNA存储介质，使其能够存储更多的内容，同时还能节约成本，从而逐步实现在日常生活中作为存储介质的实际应用。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382665.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382665.htm

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这张价值1000美元的卡片可以在DNA中存储小段信息最少150年DNA在理论上已经成为硬盘、固态硬盘和其他形式数字数据存储的替代品，这主要是因为它令人印象深刻的使用寿命。科学界估计，如果储存在凉爽干燥的环境中，这项技术有可能持续数十万年。这比普通硬盘的寿命要长得多，普通硬盘的最高寿命通常为五年左右。Biomemory的DNA卡承诺"最低"寿命为150年。标价1000美元的产品包括两张相同的卡，每张卡的存储容量为1千字节。根据《连线》（Wired）对该公司的介绍，这大约相当于一封简短电子邮件的长度，因此你还不能指望用这张卡存储大量的照片、视频和文档。尽管如此，它仍然是我们所见过的最接近向消费者提供DNA存储的产品。这种存储系统的工作原理是将数字信息转换成组成DNA的元素：腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）。你可以在Biomemory网页底部的"DNA翻译"功能中看到这种转换是如何进行的，该功能显示了如何将一行文本转换成由A、C、G和T组成的字符串。据《连线》网站报道，在编码过程之后，Biomemory通过"逐个碱基的化学合成，使之与所需序列相匹配"，创建出一条独一无二的DNA链--对于一千字节的数据来说，这个过程大约需要8个小时。之后，Biomemory会将数据烘干，并将其粘贴在DNA卡的圆形芯片上，《连线》称，该芯片是密封的，可以隔绝氧气。距离利用DNA存储的所有可能性还很遥远当你准备检索数据时，必须将两张DNA卡中的一张寄给Biomemory在EurofinsGenomics的合作伙伴。然后，您将通过电子邮件收到由A、C、G和T组成的字符串，您可以使用Biomemory的DNA翻译功能对其进行解码。数据解码后，你将无法取回这张卡，这就是为什么你会得到一份副本的原因。如果你不把这张卡送到实验室（或者手头正好有一台DNA测序仪），它实际上就没有用了。Biomemory首席执行官ErfaneArwani在一份声明中说："经过多年对分子计算潜力的讨论，我们非常自豪地向市场推出了首款DNA数据存储产品，它不仅推动了创新，而且符合我们对环境可持续性和效率的承诺。你现在就可以注册加入Biomemory的候补名单，订单预计将于一月份发货。"我们离利用DNA存储技术的所有可能性还很遥远。据《科学》杂志的这份报告估算，一克DNA可以在一个大小和重量与两辆皮卡车差不多的容器中储存高达215PB（约合2.15亿GB）的数据。但是，在我们不再需要在实验室工作几个小时之前，DNA存储很可能只能作为存储音乐视频、短片、照片或小行文字的实验。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401977.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401977.htm

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科学家们找到读写与检索存储在DNA中的数字数据的方法DNA早已经成了在研发生物计算机的过程当中实现大规模数据存储的最佳方法。D方法是将二进制（0或1）值转化为四个不同的DNA"字母"（A、T、C或G）之一。但是，人们如何在DNA编码的数据数据库中搜索，以发现某个数据？又如何能够使用DNA编码的数据执行计算，而不首先将其转化为电子形式？这些都是来自LIMMS（CNRS/东京大学）和Gulliver（CNRS/ESPI）实验室的研究小组试图回答的问题。他们正在试验一种新的方法，使用酶和人工神经元和神经网络对DNA数据进行直接操作。具体来说，研究人员利用三种酶的反应来设计化学"神经元"，重现真正的神经元所表现出的网络结构和复杂计算能力。他们的化学神经元可以用DNA链上的数据执行计算，并将结果表达为荧光信号。LIMMS和Gulliver团队还通过组装两层人工神经元进行创新，以细化计算。通过反应的微流控小型化进一步提高了精度，允许数以万计的反应快速发生。作为法国生物化学家和日本微流控工程师之间十年合作的成果，这些突破最终可能允许对某些疾病进行更好的筛选，以及对巨大的DNA编码数据库进行操作。当远离水、空气和光线时，DNA可以保存几十万年，且不需要任何能量输入。一个直径几厘米的胶囊存储的DNA可以容纳多达500TB的数字数据。到2025年，人类产生的数字数据总量预计将达到175ZB。由于目前的存储介质相对笨重、脆弱和能源密集，DNA可能提供一个可行的替代方案，也就是能够在一个鞋盒的空间内容纳所有现有数据。促进DNA存储技术的发展将是PEPRMoleculArxiv的目标，这是法国国家科学研究中心去年5月提供的一项优先研究计划。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333691.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333691.htm

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