通信技术|一个咖啡杯装下全世界的数据 DNA存储芯片神奇在哪？( 三 )
DNA 是由四种碱基结合成碱基对，并组成螺旋结构 。四种碱基分别是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C），然后依据碱基互补配对原则，来排列 DNA 分子储存遗传信息 。这四个代码也为 DNA 存储芯片提供了一个合适的编码环境 。
文章图片
▲ DNA 分子结构示意图
DNA 存储技术包括信息编码、存储、检索、解码四个步骤 。在计算机中，数据存储需要用二进制 0 和 1 来表示，使用 DNA 来存储数据首先需要将 0 和 1 转化为 DNA 中的四个碱基 A、C、T、G，创建具有正确碱基序列的 DNA 螺旋结构 。合成 DNA 后在体内或体外进行存储 。在解码时，DNA 测序仪会转录该 DNA 结构中的碱基序列，通过解码软件将其转化为 0 和 1，还原数据信息 。
2012 年，哈佛大学的研究团队证实，DNA 可以作为一种和硬盘驱动器、磁带类似的存储介质 。他们通过 DNA 对数字信息进行编码，包括 53400 字节的 HTML 草稿，11 张 JPG 图片和一个 JavaScript 程序，利用位与碱基一对一映射，但这种方式会使得相同碱基长时间运行，测序过程容易出错 。
这种简单的一对一编码形式，在 2013 年得到了突破 。欧洲生物信息学研究所（EBI）的研究人员在论文中称，他们已经实现了超过 500 万位数据的存储、检索和复制，并且所有 DNA 文件都以 99.99% 到 100% 的准确度再现了信息 。在编码过程中，研究小组加入了纠错编码方案，并采用了可通过序列识别的重叠短寡核苷酸的编码方式 。
此后，哥伦比亚大学、华盛顿大学、帝国理工学院等研究团队都开展了一系列研究 。
为了证明 DNA 编码数据的长期稳定性，2015 年 2 月 4 日，苏黎世联邦理工学院的研究人员在国际顶级期刊 Angewandte Chemie International Edition 上发表了相关论文，研究人员通过 Reed-Solomon 纠错编码和溶胶、凝胶将 DNA 封装在二氧化硅玻璃球中来增加冗余，而这可能是 DNA 存储芯片的最早期形态 。
2021 年 11 月起，多个研究团队公布了 DNA 存储芯片研究的新进展，包括我国东南大学、微软研究院、伊利亚诺州西北大学以及佐治亚理工学院的研究小组 。
11 月 12 日，我国东南大学生物科学与医学工程学院、生物电子学国家重点实验室的刘宏团队成功将校训“止于至善”存入一段 DNA 序列中，该论文发表于 Science Advances 。
为了实现 DNA 存储的微型化、集成化、自动化，该研究小组对测序过程进行了优化 。基于电化学的单电极 DNA 合成和测序方法，通过电化学脱保护技术改进传统亚磷酰胺化学合成方法，并基于电荷震荡现象对电极表面的 DNA 分子进行测序，成功将校训进行编码和解码 。
推荐阅读
- 市场资讯|“真·网红”马斯克：一个特斯拉哨子30万，大红内裤遭秒光
- 市场|刘作虎：一加达成了一个小目标
- 创事记|NFT距离元宇宙只差一个周杰伦
- 创事记|从主播开始谈一个购物需求
- 网络|白荣芳：荣耀为始 芳华绽放
- 教育|学科停船后的第一个寒假，“脑机接口”能否成为科技素质教育的后起之秀？
- 财年|小米、苹果怕不怕？索尼也要造车，还带来了一个大消息
- 通信技术|Web3，能解决互联网最核心的悖论吗？
- 新闻|一个人的生活品质，可以通过平时收藏的公众号显现出来
- 创事记|大厂难以沉下去的乡镇夫妻店，诞生了一个IPO