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近日，東南大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在DNA存儲(chǔ)技術(shù)取得突破，成功將該校校訓(xùn)“止于至善”存入一段DNA序列并成功讀取出來。相關(guān)成果在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》上發(fā)表。
將DNA作存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的“硬盤”看似天方夜談，但早在上世紀(jì)末這一技術(shù)就已經(jīng)萌芽。2012年，美國(guó)哈佛大學(xué)教授Church成功在DNA中存儲(chǔ)了一本5萬字的圖書，掀起了DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的熱潮?，F(xiàn)代數(shù)字技術(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的原理是將原本的內(nèi)容用0和1來表示，而DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的原理與之類似，用DNA的四種基本堿基單元A、T、C、G代替數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)的0和1。而且堿基單元有四個(gè)，可以表示更多的狀態(tài)。
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)據(jù)爆炸式增長(zhǎng)的時(shí)代，人類產(chǎn)生數(shù)據(jù)的速度變得越來越快。據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)預(yù)測(cè)，2025年，全球數(shù)據(jù)量將達(dá)到175ZB(澤字節(jié))，5年年均復(fù)合增長(zhǎng)率31.8%。面對(duì)持續(xù)快速積累的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式正面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。在傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)容量達(dá)到上限的風(fēng)險(xiǎn)下，研發(fā)新的存儲(chǔ)介質(zhì)和存儲(chǔ)方案已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展必須解決的問題。
DNA作為生物遺傳信息的存儲(chǔ)器，不但存儲(chǔ)密度高，雙螺旋立體結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)量與傳統(tǒng)儲(chǔ)存方式相比有多個(gè)數(shù)量級(jí)的飛躍，僅需1kg就可以儲(chǔ)存目前人類的所有信息，而且存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、損耗率低，在自然環(huán)境中可以保存數(shù)據(jù)數(shù)千年之久，傳統(tǒng)存儲(chǔ)方式僅十年就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)損失情況。因此DNA存儲(chǔ)已經(jīng)成為下一代存儲(chǔ)技術(shù)的熱點(diǎn)，有望以更小規(guī)模的數(shù)據(jù)中心解決海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問題。
近年來，DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)在不斷發(fā)展，但是在寫入與讀取這兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的核心技術(shù)上仍有很大的難題，主要包括合成成本高、合成速度慢、數(shù)據(jù)讀取時(shí)間長(zhǎng)、隨機(jī)讀寫困難等。這些問題成為DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)商用的瓶頸。而東南大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在多個(gè)方面都取得了突破。
研究團(tuán)隊(duì)通過自主研發(fā)實(shí)現(xiàn)了DNA合成與測(cè)序環(huán)節(jié)的一體化，并且將儀器設(shè)備小型化，改變了原有DNA存儲(chǔ)技術(shù)路線合成與測(cè)序環(huán)節(jié)分開、需要使用操作復(fù)雜的大型儀器設(shè)備的情況，使DNA存儲(chǔ)更加方便。另外，研究團(tuán)隊(duì)還解決了國(guó)外主流DNA存儲(chǔ)技術(shù)只能順序讀取的問題。運(yùn)用電化學(xué)方法取代傳統(tǒng)的化學(xué)合成法，將DNA序列固定在不同的電極上，只需要找到對(duì)應(yīng)的電極即可讀取需要的信息，而不必對(duì)整個(gè)DNA序列進(jìn)行測(cè)序。下一步，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在全固態(tài)的DNA存儲(chǔ)設(shè)備研發(fā)上做出突破，擺脫DNA合成與測(cè)序時(shí)對(duì)液體試劑的依賴。
技術(shù)的突破讓DNA存儲(chǔ)技術(shù)在商用化的道路上前進(jìn)了一步。雖然目前以DNA存儲(chǔ)為代表的碳基存儲(chǔ)方式還在發(fā)展初期，但取代傳統(tǒng)的硅基存儲(chǔ)方式已經(jīng)不是科學(xué)幻想。隨著DNA編碼和測(cè)序技術(shù)的發(fā)展以及全球越來越大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壓力，DNA存儲(chǔ)技術(shù)也將加速發(fā)展。這不但將催生出龐大的DNA存儲(chǔ)設(shè)備市場(chǎng)，對(duì)而且于生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)等同樣需要DNA測(cè)序技術(shù)的領(lǐng)域來說，合成與測(cè)序技術(shù)的發(fā)展也將帶來重大變化。
(原標(biāo)題：DNA存儲(chǔ)前景廣闊 合成與測(cè)序技術(shù)突破帶來商用曙光)
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