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DNA存储前景广阔 合成与测序技术突破带来商用曙光
2021/12/7 8:51:48 阅读: 426次
  近日,东南大学的研究团队在DNA存储技术取得突破,成功将该校校训“止于至善”存入一段DNA序列并成功读取出来。相关成果在国际学术期刊《科学·进展》上发表。
 
  将DNA作存储数据的“硬盘”看似天方夜谈,但早在上世纪末这一技术就已经萌芽。2012年,美国哈佛大学教授Church成功在DNA中存储了一本5万字的图书,掀起了DNA数据存储技术的热潮。现代数字技术存储数据的原理是将原本的内容用0和1来表示,而DNA数据存储技术的原理与之类似,用DNA的四种基本碱基单元A、T、C、G代替数字存储技术的0和1。而且碱基单元有四个,可以表示更多的状态。
 
  随着信息技术的发展,现代社会已经进入了数据爆炸式增长的时代,人类产生数据的速度变得越来越快。据互联网数据中心(IDC)预测,2025年,全球数据量将达到175ZB(泽字节),5年年均复合增长率31.8%。面对持续快速积累的数据,数据存储方式正面临严峻的考验。在传统存储系统容量达到上限的风险下,研发新的存储介质和存储方案已经成为现代社会发展必须解决的问题。
 
  DNA作为生物遗传信息的存储器,不但存储密度高,双螺旋立体结构的存储量与传统储存方式相比有多个数量级的飞跃,仅需1kg就可以储存目前人类的所有信息,而且存储时间长、损耗率低,在自然环境中可以保存数据数千年之久,传统存储方式仅十年就会出现数据损失情况。因此DNA存储已经成为下一代存储技术的热点,有望以更小规模的数据中心解决海量数据的存储问题。
 
  近年来,DNA数据存储技术在不断发展,但是在写入与读取这两个数据存储的核心技术上仍有很大的难题,主要包括合成成本高、合成速度慢、数据读取时间长、随机读写困难等。这些问题成为DNA数据存储技术商用的瓶颈。而东南大学的研究团队在多个方面都取得了突破。
 
  研究团队通过自主研发实现了DNA合成与测序环节的一体化,并且将仪器设备小型化,改变了原有DNA存储技术路线合成与测序环节分开、需要使用操作复杂的大型仪器设备的情况,使DNA存储更加方便。另外,研究团队还解决了国外主流DNA存储技术只能顺序读取的问题。运用电化学方法取代传统的化学合成法,将DNA序列固定在不同的电极上,只需要找到对应的电极即可读取需要的信息,而不必对整个DNA序列进行测序。下一步,研究团队计划在全固态的DNA存储设备研发上做出突破,摆脱DNA合成与测序时对液体试剂的依赖。
 
  技术的突破让DNA存储技术在商用化的道路上前进了一步。虽然目前以DNA存储为代表的碳基存储方式还在发展初期,但取代传统的硅基存储方式已经不是科学幻想。随着DNA编码和测序技术的发展以及全球越来越大的数据存储压力,DNA存储技术也将加速发展。这不但将催生出庞大的DNA存储设备市场,对而且于生命科学和医学等同样需要DNA测序技术的领域来说,合成与测序技术的发展也将带来重大变化。
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