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前沿科学丨DNA信息存储读取技术
前沿科学丨DNA信息存储读取技术

前沿科学丨DNA信息存储读取技术

2023-08-23 14:25:46

当前,随着互联网及电子商务的应用发展,存储在企业网络中的数据就成为企业最珍贵的资产,存储已不再是附属于服务器的辅助备份设备,日益走向企业信息系统的核心。有统计数据显示,目前全世界每天产生的邮件、照片、推文、视频等数字文件超过250万Gb,而全世界总数字文件更是高达10万亿Gb。这些数据大多被保存在巨大的数据中心中,一个存储量为10亿Gb 的大型数据中心,占地可达数个足球场,建设和维护成本高达10亿美元。随着数据的增加,目前传统的硅基存储介质的存储方式将不可避免地陷入资源枯竭的困境,寻找新的存储介质已经迫在眉睫。

近日,随着DNA技术的突破,先后有科学团队在DNA存储方面取得重大进展。美国麻省理工学院生物工程系的Mark Bathe教授带领的研究团队,成功开发出了全新的以DNA为基础的信息存储和读取技术,实现了DNA数据的快速准确检索识别。东南大学刘宏团队改进传统的化学合成方法,运用电化学方法,将东南大学校训“止于至善”4个字“翻译”为DNA序列,并将其存储在电极上,随后又成功读取出来,实现了DNA存储技术的新突破,并将相关成果发表在国际学术期刊《科学·进展》上。中国科学院院士、天津大学元英进教授带领团队将十幅精选敦煌壁画存入DNA中,通过加速老化试验验证壁画信息在实验室常温下可保存千年,在9.4℃下可保存两万年。该算法支持DNA分子成为世界上最可靠的数据存储介质之一,可以让面临老化破损危机的人类文化遗产信息保存千年万年。

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东南大学师生团队研发的DNA存储电极。(图片来源网络)


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天津大学师生团队将敦煌壁画存入NDA中。(图片来源网络)



将DNA作为存储介质,其有着天然的优势:一是信息密度高,据微软研究院此前估计,1立方毫米的DNA就能够存储1个EB(Exabyte,百亿亿字节)的数据;二是存储时间长、稳定性强,在合适的条件下,可以存储上万年;三是存储能耗很低,现有的存储技术导致大数据存储中心每日耗水量是个天文数字。

尽管DNA存储技术潜力巨大,但就其应用来看,依然面临挑战。一是成本过高,据业内分析师估计,目前DNA存储200MB数据,需要耗资80万美元。不过随着技术的研发,就像过去几十年间硅基存储价格的大幅降低,DNA合成成本预计在未来20年左右就会降到和硅基存储相当。

另外一个难题在于,如何从所有存储信息中挑出想要的文件。目前,人们常用的是 PCR(聚合酶链式反应)来检索 DNA 文件,每个 DNA 数据文件都包含一个特定的 PCR 引物结合序列。不过,这一检索方法有一个致命的缺点,那就是引物和靶 DNA 序列之间可能存在干扰,脱靶会导致不需要的文件被拉出。此外,PCR 检索过程中需要酶,最终也会消耗掉大部分的DNA。

我国“十四五”科技发展相关规划,dna存储就被列入需要加快布局的几项前沿技术之一,相信在不就的将来,中国的科研团队能够打破国外技术的封锁,走在生物科技研究的前列。

苏博生物公司基于生物DNA技术与刑事侦查法医技术深度结合,专注于提供DNA检测全套解决方案,以DNA多态性检测分析应用市场为导向,通过研究、开发、生产、销售、服务,提供系统的解决方案,提供一系列应用于法医DNA检测分析以及公共安全、刑事技术、司法鉴定、科研等科技领域的生物系列产品(设备、耗材、试剂等产品),产品在苏博生物弘德自营店均有售。


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本文转自“苏博法医DNA”今日头条


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