《侏罗纪公园》剧情成真：麻省理工学院创造出用于储存 DNA 的合成琥珀

《侏罗纪公园》剧情成真：麻省理工学院创造出用于储存 DNA 的合成琥珀 DNA 保存技术的进步在电影《侏罗纪公园》中，科学家提取了在琥珀中保存了数百万年的 DNA，并用它创造了早已灭绝的恐龙种群。麻省理工学院的研究人员部分受这部电影的启发，开发出一种玻璃状、类似琥珀的聚合物，可用于长期存储 DNA，无论是整个人类基因组还是照片等数字文件。目前大多数储存 DNA 的方法都需要冷冻温度，因此需要消耗大量能源，在世界上许多地方都不可行。相比之下，新型琥珀状聚合物可以在室温下储存 DNA，同时保护分子不受热量或水的破坏。研究人员证明，他们可以用这种聚合物存储编码《侏罗纪公园》主题音乐的 DNA 序列以及整个人类基因组。他们还证明，DNA 可以很容易地从聚合物中取出，而不会对其造成损坏。简化 DNA 保存技术前麻省理工学院博士后詹姆斯-巴纳尔（James Banal）说："冷冻 DNA 是保存 DNA 的首要方法，但这种方法非常昂贵，而且无法扩展。我认为，我们的新保存方法将成为一种可能推动未来在 DNA 上存储数字信息的技术"。巴纳尔和麻省理工学院A. Thomas Geurtin化学教授杰里迈亚-约翰逊（Jeremiah Johnson）是这项研究的资深作者，他们的研究成果于6月12日发表在《美国化学学会学报》（Journal of the American Chemical Society）上。麻省理工学院前博士后 Elizabeth Prince 和麻省理工学院博士后 Ho Fung Cheng 是论文的主要作者。麻省理工学院的研究人员设计出了一种将 DNA 封装到一种名为交联聚苯乙烯的热固性聚合物中的方法。DNA 被嵌入聚合物后，可以通过用半胱胺处理聚合物再次释放出来。图片来源：研究人员提供探索新的 DNA 编码方法DNA 是一种非常稳定的分子，非常适合存储海量信息，包括数字数据。数字存储系统将文本、照片和其他类型的信息编码为一系列 0 和 1。同样的信息可以通过构成遗传密码的四种核苷酸编码到 DNA 中：例如，G 和 C 可用来表示 0，而 A 和 T 则表示 1。DNA 提供了一种高密度存储数字信息的方法：从理论上讲，一个装满 DNA 的咖啡杯就可以储存全世界的数据。DNA 还非常稳定，合成和排序也相对容易。2021 年，巴纳尔和他的博士后导师、麻省理工学院生物工程教授马克-巴特（Mark Bathe）开发出一种将 DNA 储存在二氧化硅颗粒中的方法，这些颗粒可以贴上标签，显示颗粒中的内容。这项工作促成了名为"Cache DNA"的衍生公司的诞生。这种储存系统的一个缺点是，将 DNA 嵌入二氧化硅颗粒需要几天的时间。此外，从颗粒中移除 DNA 需要氢氟酸，而氢氟酸会对处理 DNA 的工人造成危害。用于 DNA 存储的创新聚合物设计为了找到替代存储材料，巴纳尔开始与约翰逊及其实验室成员合作。他们的想法是使用一种被称为可降解热固性的聚合物，这种聚合物在加热时会形成固体。这种材料还包括易于断裂的可裂解链节，使聚合物能够以可控的方式降解。约翰逊说："有了这些可解构热固性塑料，根据我们在其中加入的可裂解键，我们可以选择如何降解它们。"在这个项目中，研究人员决定用苯乙烯和一种交联剂来制造热固性聚合物，它们共同形成了一种琥珀色的热固性聚合物交联聚苯乙烯。这种热固性聚合物还具有很强的疏水性，因此可以防止水分进入并破坏 DNA。为了使这种热固性物质可以降解，苯乙烯单体和交联剂与称为亚硫酰内酯的单体共聚。通过使用一种名为半胱胺的分子对其进行处理，可以切断这些连接。T-REX 方法：DNA 储存的新方法由于苯乙烯非常疏水，研究人员必须想出一种方法来诱导 DNA（一种亲水性、带负电荷的分子）进入苯乙烯。为此，他们找到了三种单体的组合，并将其转化为聚合物，通过帮助 DNA 与苯乙烯相互作用来溶解 DNA。每种单体都有不同的特性，它们通力合作，使 DNA 离开水进入苯乙烯。在那里，DNA 形成球形复合物，带电的 DNA 位于中心，疏水基团形成与苯乙烯相互作用的外层。加热后，这种溶液会变成玻璃状的固体块，其中嵌入 DNA 复合物。研究人员将他们的方法命名为 T-REX（热固性强化湿保存）。研究人员说，将DNA嵌入聚合物网络的过程需要几个小时，但随着进一步优化，这个时间可能会缩短。为了释放 DNA，研究人员首先加入半胱胺，半胱胺会裂解将聚苯乙烯热固性材料连接在一起的键，将其分解成小块。然后，再加入一种名为 SDS 的洗涤剂，这样就能在不损坏聚苯乙烯的情况下将 DNA 从聚苯乙烯中分离出来。DNA 存储技术的未来研究人员利用这些聚合物证明，他们可以封装不同长度的 DNA，从几十个核苷酸到整个人类基因组（超过 50000 个碱基对）。除了《侏罗纪公园》的主题音乐外，他们还能存储编码《解放奴隶宣言》和麻省理工学院徽标的 DNA。在对 DNA 进行存储和移除之后，研究人员对其进行了测序，发现没有引入任何错误，这是任何数字数据存储系统的关键特征。研究人员还发现，这种热固性聚合物可以在高达 75摄氏度（167华氏度）的温度下保护 DNA。目前，他们正在研究如何简化聚合物的制作过程，并将其制成胶囊，以便长期储存。对个性化医疗和未来研究的影响Cache DNA 是由 Banal 和 Bathe 创办的一家公司，Johnson 是该公司科学顾问委员会的成员。他们设想的最早应用是存储用于个性化医疗的基因组，他们还预计，随着未来更好技术的开发，这些存储的基因组可能会被进一步分析。"我们的想法是，为什么不永远保存生命的主记录呢？巴纳尔说。"10年或20年后，当科技的进步远远超出我们今天的想象时，我们可以了解到越来越多的东西。我们对基因组及其与疾病的关系的了解还处于起步阶段。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

法国初创公司 Biomemory 声称推出全球首款 DNA 存储卡，可存储 1KB 数据，售价高达 1000 欧元（当前约 78

法国初创公司 Biomemory 声称推出全球首款 DNA 存储卡，可存储 1KB 数据，售价高达 1000 欧元（当前约 7840 元人民币）。这个数据存储价格可谓高到令人发指，Biomemory 却坚称其 DNA 存储技术拥有令人信服的优势。 Biomemory 宣称，他们的 DNA 存储卡“DNA Cards”可保存至少 150 年，远超任何人的寿命。DNA 存储卡听起来的确炫酷，但 Biomemory 显然也明白，花 1000 欧元只存 1KB 数据，对大多数人来说并不现实。 事实上，Biomemory 的野心远不止于个人存储。他们还计划在 2026 年推出“Biomemory Prime”数据中心存储解决方案，可存储 100PB 数据。然而，考虑到现有技术读写数据需要数天时间，2026 年似乎有些过于乐观。业内普遍认为，玻璃或陶瓷存储技术将率先在数据中心普及，DNA 技术还需要进一步发展。 值得一提的是，Biomemory 并非首个涉足 DNA 存储的公司。2019 年，微软和华盛顿大学的研究人员就推进了 DNA 存储技术的发展。2023 年底，中国科学家也成功研制了可编程 DNA 计算机。 DNA 由 ATGC 四种分子组成，天生具备超越二进制（1-0）计算机的潜力。虽然 Biomemory 的 DNA 存储技术在存储密度方面显然利用了 DNA 的微观特性，然而他们的“DNA Encode”编码方式似乎并不高效。在 Biomemory 网站的测试页面，用户最多只能输入 1024 个字符，编码后的 DNA 序列仍然是 40 个字符。相比之下，直接转换成二进制代码也需要 40 个字符。 尽管功能性 DNA 存储很酷，但似乎仍有很长一段路要走，才能使其成为数据中心其他解决方案的可行替代方案。 via 匿名 标签: #DNA 频道: @GodlyNews1 投稿: @GodlyNewsBot

1KB 空间 1000 欧元，首款 DNA 存储卡上市

1KB 空间 1000 欧元，首款 DNA 存储卡上市 法国初创公司 Biomemory 近日宣布推出全球首款 DNA 存储卡，根据介绍，这款存储介质最高可存储 1KB 数据，售价达到了惊人的 1000 欧元（约 7840 元人民币）。| 根据 Biomemory 的介绍：这款全新的存储设备相较于现有的存储介质而言，最大的优势在于其最高 150 年的数据保存时间。Biomemory 还计划于 2026 年推出「Biomemory Prime」 DNA 数据存储中心，该数据中心将能承载 100 PB 的数据量。

第一个DNA数据存储规范发布 迈向商业化的第一步

第一个DNA数据存储规范发布 迈向商业化的第一步 DNA 数据存储使用称为寡核苷酸 (oligos) 的短脱氧核糖核酸 (DNA) 串，它们通常混合在一起，没有特定的物理排序方案。 这种存储介质缺乏专用控制器和组织手段来了解一个介质子组件与另一个介质子组件的接近程度。 DNA 存储与磁带、HDD 和 SSD 等传统介质有很大不同，后者具有固定的结构和控制器，可以从结构化介质读取和写入数据。 DNA 缺乏物理结构，需要采用独特的方法来启动数据检索，这带来了其标准化方面的特殊性。为了解决这个问题，SNIA DNA Archive Rosetta Stone (DARS) 工作组（DNA 数据存储联盟的一部分）制定了两个规范：“零区”和“一区”，以促进启动 DNA 档案的过程。零扇区作为起点，为档案阅读器提供所需的最少详细信息，以识别负责合成 DNA 的实体（例如 Dell、Microsoft、Twist Bioscience）以及用于编码第一扇区的 CODEC（例如 Super Codec、Hyper 编解码器，Jimbob 的编解码器）。 零扇区由 70 个碱基组成：前 35 个碱基标识供应商，后 35 个碱基标识编解码器。 扇区零中的信息使得能够访问和解码存储在扇区一中的数据。 SZ 中存储的数据量很小，适合单个寡核苷酸。第一扇区对此进行了扩展，包括内容描述、文件表以及将数据传输到定序器所需的参数。 该规范确保档案的主体是可访问和可读的，为数据检索铺平了道路。 第一区正好包含 150 个碱基，并将跨越多个寡核苷酸。DNA 数据存储联盟董事会的 Dave Landsman 表示：“DNA 数据存储联盟的一个主要目标是制定和发布规范和标准，以促进可互操作的 DNA 数据存储生态系统的发展。随着联盟第一个规范的发布，我们在实现这一目标方面迈出了重要的一步。零区和一区现已公开，允许该领域的公司采用和实施。”DNA 数据存储联盟由 Catalog Technologies, Inc.、Quantum Corporation、Twist Bioscience Corporation 和 Western Digital 领导（尽管我们不确定 Western Digital 的 NAND 还是 HDD 部门负责制定该规范）。 同时，包括微软在内的众多行业巨头也支持DNA数据存储联盟。 ... PC版： 手机版：

新研发的CSRD材料局部无序技术有望缩短电池充电时间 增加能量储存能力

新研发的CSRD材料局部无序技术有望缩短电池充电时间 增加能量储存能力 不稳定的电极充电电池是能源转型的关键要素，尤其是在可再生能源越来越多的今天。在多种可充电电池中，锂离子电池是功能最强大、应用最广泛的电池之一。为了使其电气连接，通常使用层状氧化物作为电极。然而，当电池充电时，它们的原子结构会变得不稳定。这最终会影响电池的循环寿命。局部失调为了解决这个问题，代尔夫特理工大学的"电化学能量存储"小组与国际研究人员合作。论文的第一作者是王启迪，他介绍说："用作锂离子电池阴极材料的层状氧化物是整齐有序的。我们进行了一项结构设计研究，通过改进合成方法在这种材料中引入化学短程无序。因此，它在电池使用过程中变得更加稳定"。有序的层状结构是锂（Li）离子阴极的重要组成部分。然而，在充电过程中，本质上脆弱的缺锂框架很容易受到晶格应变、结构和/或化学机械退化的影响，导致容量迅速下降，从而缩短电池寿命。在此，研究人员报告了一种通过在氧化物阴极中整合化学短程无序（CSRD）来解决这些问题的方法，它涉及晶格中元素在空间维度上的局部分布，跨越几个最近邻间距。这是在结构化学基本原理的指导下，通过改进的陶瓷合成工艺实现的。为了证明其可行性，研究人员展示了 CSRD 的引入如何对层状氧化锂钴阴极的晶体结构产生重大影响。这表现在过渡金属环境及其与氧气的相互作用上，有效防止了锂去除过程中晶体板的有害滑动和结构退化。同时，它还会影响电子结构，从而提高电子导电性。这些特性对锂离子存储能力大有裨益，可显著提高循环寿命和速率能力。此外他们还发现 CSRD 可以通过改进化学共掺杂的方式引入到其他层状氧化物材料中，这进一步说明了 CSRD 在增强结构和电化学稳定性方面的潜力。这些发现为氧化物阴极的设计开辟了新的途径，帮助深入了解了 CSRD 对先进功能材料晶体和电子结构的影响。经过 200 次充电/放电循环后，结构稳定性的提高几乎使电池的容量保持率翻了一番。图片来源：Roy Borghouts Fotografie循环寿命更长，充电时间更短结构稳定性的提高使电池在 200 次充电/放电循环后的容量保持率几乎翻了一番。此外，这种化学短程无序增加了电极中的电荷转移，从而缩短了充电时间。研究小组对锂钴氧化物（LiCoO2）和锂镍锰钴氧化物（NMC811）等成熟的商用阴极展示了这些优势。关键材料这些成果可能会催生新一代锂离子电池，其制造成本更低，寿命期间单位能量储存的二氧化碳排放量更小。研究小组下一步将研究是否可以利用同样的材料设计原理，用不太稀缺的原材料制造阴极。论文的资深作者马尼克斯-瓦格马克（Marnix Wagemaker）说："钴和镍都是所谓的能源技术关键材料，减少电池中这些材料的使用将是一件好事。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

可调谐忆阻器的研发进展有助于人工神经网络更高效处理随时间变化的数据

可调谐忆阻器的研发进展有助于人工神经网络更高效处理随时间变化的数据 人工神经网络也许很快就能更高效地处理随时间变化的信息，如音频和视频数据。密歇根大学领导的一项研究在今天的《自然-电子学》（Nature Electronics）杂志上报告了首个具有可调节"弛豫时间"的忆阻器。忆阻器是一种将信息存储在电阻中的电子元件，与当今的图形处理单元相比，它可以将人工智能的能源需求降低约 90 倍。预计到 2027 年，人工智能的耗电量将占全球总耗电量的一半左右，而且随着越来越多的公司销售和使用人工智能工具，这一比例还有可能进一步上升。"现在，人们对人工智能很感兴趣，但要处理更大、更有趣的数据，方法就是扩大网络规模。这效率并不高，"麻省理工大学詹姆斯-R-梅勒工程学教授 Wei Lu 说，他与麻省理工大学材料科学与工程学副教授 John Heron 是这项研究的共同通讯作者。图形处理器的问题问题在于，GPU 的运行方式与运行人工智能算法的人工神经网络截然不同整个网络及其所有互动都必须从外部存储器中顺序加载，这既耗时又耗能。相比之下，忆阻器可以节省能源，因为它们模仿了人工神经网络和生物神经网络在没有外部存储器的情况下运行的主要方式。在某种程度上，忆阻器网络可以体现人工神经网络。麻省理工学院材料科学与工程系应届博士毕业生 Sieun Chae 与麻省理工学院电气与计算机工程系应届博士毕业生 Sangmin Yoo 是这项研究的共同第一作者。在生物神经网络中，计时是通过放松来实现的。每个神经元都会接收电信号并将其发送出去，但这并不能保证信号会向前推进。在神经元发送自己的信号之前，必须先达到接收信号的某个阈值，而且必须在一定时间内达到该阈值。如果时间过长，神经元就会随着电能的渗出而松弛。神经网络中具有不同松弛时间的神经元有助于我们理解事件的顺序。忆阻器如何工作忆阻器的工作原理略有不同。改变的不是信号的存在与否，而是有多少电信号可以通过。接触到一个信号，忆阻器的电阻就会降低，从而允许更多的下一个信号通过。在忆阻器中，弛豫意味着随着时间的推移，电阻会再次上升。Lu 的研究小组过去曾探索过在忆阻器中加入弛豫时间，但这并不是可以系统控制的。但现在，Lu 和 Heron 的团队已经证明，基础材料的变化可以提供不同的弛豫时间，从而使忆阻器网络能够模仿这种计时机制。材料成分和测试研究小组在超导体 YBCO（由钇、钡、碳和氧制成）的基础上构建了这些材料。YBCO在零下292华氏度的温度下没有电阻，但他们想要它的晶体结构。它引导着镁氧化物、钴氧化物、镍氧化物、铜氧化物和锌氧化物在忆阻器材料中的组织。赫伦称这种熵稳定氧化物为"原子世界的厨房水槽"添加的元素越多，它就越稳定。通过改变这些氧化物的比例，研究小组获得了 159 到 278 纳秒（即万亿分之一秒）的时间常数。他们构建的简单忆阻器网络学会了识别 0 到 9 数字的发音。一旦经过训练，它就能在音频输入完成之前识别出每个数字。未来展望这些忆阻器是通过能源密集型工艺制造的，因为研究小组需要完美的晶体来精确测量它们的特性，但他们预计，更简单的工艺也适用于大规模制造。赫伦说："到目前为止，这只是一个愿景，但我认为有一些途径可以使这些材料具有可扩展性，而且价格合理。这些材料是地球上丰富的资源，无毒、廉价，你几乎可以把它们喷洒在上面。"编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1038/s41928-024-01169-1 ... PC版： 手机版：