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这项技术厉害了,将校训存入DNA!

  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…

 

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 

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作者: admin

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