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當(dāng)摩爾定律逐漸接近極限時，尋找新的存儲介質(zhì)就顯得迫在眉睫。12月5日，記者從東南大學(xué)獲悉，該校師生將“止于至善”的校訓(xùn)翻譯成英文后進(jìn)行四進(jìn)制編碼，并以DNA（脫氧核糖核酸）分子形式存儲在電極表面，再最終讀取出來，這引發(fā)了未來對高通量自動化DNA存儲的無限想象。相關(guān)成果近日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》上。

由于生物技術(shù)的進(jìn)步，特別是高通量DNA測序和合成技術(shù)的進(jìn)步，以前只出現(xiàn)在科幻小說中的DNA數(shù)據(jù)存儲技術(shù)正在興起。DNA是大多數(shù)生物的最核心遺傳物質(zhì)，它記錄著一個生命所有的遺傳密碼。在這串密碼中，有4種關(guān)鍵的堿基，即脫氧核苷酸A（腺嘌呤脫氧核苷酸)、T（胸腺嘧啶脫氧核苷酸)、C（胞嘧啶脫氧核苷酸)、G（鳥嘌呤脫氧核苷酸)。

“DNA本來就是活體生物用來存儲生物基因數(shù)據(jù)的，以DNA分子為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，近年來被認(rèn)為是解決未來‘?dāng)?shù)據(jù)危機(jī)’的一個可行方案。”論文通訊作者、東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授劉宏告訴科技日報記者。

“目前的信息都存儲在芯片等磁性材料上，缺點(diǎn)是存儲密度不高，很難突破納米級別。而DNA的分子尺度在納米級以下，如果能實現(xiàn)存儲，那么存儲密度將比現(xiàn)在大1000倍，存儲時間長、耗能小?！眲⒑杲榻B，現(xiàn)有DNA存儲系統(tǒng)大多基于“編碼—合成—儲存—測序—解碼”的操作流程，需要大型儀器和專業(yè)技術(shù)人員的參與。

為了實現(xiàn)DNA存儲的微型化、集成化和自動化，劉宏帶領(lǐng)團(tuán)隊研發(fā)了一種新的技術(shù)路徑。“通俗地說，DNA的4種堿基A、T、C、G，就相當(dāng)于二進(jìn)制的0和1，通過它們的不同組合，就可以編碼不同的信息?！眲⒑杲忉專谡撐奶峒暗膶嶒炛?，他們將東南大學(xué)“止于至善”的校訓(xùn)翻譯成英文“Rest in the highest excellence”，而每個字母都可以進(jìn)行二進(jìn)制編碼，研究團(tuán)隊把二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為四進(jìn)制數(shù)據(jù)，存儲在電極上合成的一個個DNA分子中。讀取信息時，團(tuán)隊通過算法再將四進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，最終獲取結(jié)果。

如何讓A、T、C、G按照給定的信息排列組合，從而實現(xiàn)信息的傳遞？劉宏說，他們通過電化學(xué)脫保護(hù)技術(shù)改進(jìn)了傳統(tǒng)亞磷酰胺化學(xué)合成方法，將A、T、C、G放在一種特殊的溶液中，通過其與溶液的化學(xué)反應(yīng)，讓它們按照特定規(guī)則串聯(lián)起來，再基于電荷振蕩現(xiàn)象對電極表面的DNA分子進(jìn)行測序，以讀取存儲在DNA中的信息。

“這項技術(shù)的核心是將信息的讀、寫集成在一起。由于分子信號很微弱，所以如何在電極上穩(wěn)定地讀取微弱信號，就比較有挑戰(zhàn)。”劉宏說。

目前，這項技術(shù)還處于實驗室階段。劉宏坦言，DNA存儲想進(jìn)入商用，還亟須改進(jìn)溶液的化學(xué)合成方法。

“A、T、C、G產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)要在溶液里完成，這樣的條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，速度就比較慢，這導(dǎo)致信息轉(zhuǎn)化效率低，即存儲時間比較長，如果要商用，還需要解決信息轉(zhuǎn)化效率的問題?！眲⒑暾J(rèn)為，但這并不影響DNA存儲的未來前景，“DNA存儲將有望成為下一代信息存儲技術(shù)?！保ㄓ浾?金 鳳 通訊員 唐 瑭）