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当摩尔定律逐渐接近极限，寻找新的存储介质就显得迫在眉睫。12月1日，记者从东南大学获悉，该校师生将“止于至善”的校训翻译成英文后进行四进制编码，并以DNA分子形式存储在电极表面，最终读取出来，这为未来的高通量自动化DNA存储带来无限想像。相关成果近日发表于国际学术期刊《科学·进展》。
东南大学团队研发的用来存储数据的DNA四通道电极。东南大学供图
脱氧核糖核酸（DNA），是大多数生物的最核心的遗传物质，它记录着一个生命所有的遗传“密码”。在这串密码中，有四种关键的脱氧核苷酸,即:腺嘌呤脱氧核苷酸(dAMP，以下简称A)、胸腺嘧啶脱氧核苷酸(dTMP，以下简称T)、胞嘧啶脱氧核苷酸(dCMP，以下简称C)、鸟嘌呤脱氧核苷酸(dGMP，以下简称G)。
“DNA本来就是用来存储生物基因数据的，以DNA分子为基础的数据存储系统，近年来被认为是解决未来“数据危机”的一个可行方案。”论文的通讯作者、东南大学生物科学与医学工程学院刘宏教授告诉科技日报记者。
“目前的信息都存储在芯片等磁性材料上，缺点是存储密度不高，很难突破纳米级别，而DNA的分子尺度，在纳米级以下，如果能实现存储，那么存储密度将比现在的大1000倍，存储时间长、耗能小。”刘宏介绍，现在DNA存储系统大多基于“编码-合成-储存-测序-解码”的操作流程，涉及到大型仪器和专业技术人员的参与。
为了实现DNA存储的微型化、集成化和自动化，刘宏团队研发了一种新的技术路径。
“通俗地说，DNA的ATCG，就相当于四进制的‘0’‘1’‘2’‘3’，通过它们的不同组合，就可以编码不同的信息。”刘宏解释，在论文提及的实验中，他们将东南大学“止于至善”的校训翻译成英文“Rest in the highest excellence”，而每个字母都可以进行二进制编码，研究团队把二进制数据转化为四进制数据，在电极上合成一个个DNA分子，从而把信息储存下来。读取信息时，团队通过算法，将四进制数据转化为二进制数据，最终获取结果。
如何让ATCG按照给定的信息排列组合，从而传递信息？刘宏说，他们通过电化学脱保护技术改进了传统亚磷酰胺化学合成方法，将ATCG放在一种特殊的溶液中，通过其与溶液的化学反应，让ATCG按照特定规则串联起来，基于电荷振荡现象对电极表面的DNA分子进行测序。
“这项技术的核心是将信息的读、写集成在一起。由于分子信号很微弱，所以如何在电极上稳定地读取微弱信号，就比较有挑战。”刘宏说。
目前，这项技术还处于实验室阶段。刘宏坦言，DNA存储想进入商用，还亟需解决溶液的化学合成方法。
“ATCG产生化学反应要在溶液里完成，而在液体中的化学反应就比较慢，这导致信息转化效率低，即存储时间比较长，如果要商用，还需要解决信息转化效率的问题。”
但这并不影响DNA存储的未来前景，“DNA存储将有望成为下一代信息存储技术。”刘宏说。
来源：科技日报
