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DNA存储,从“雕版印刷”走向“活字印刷”

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xinwen.mobi 发表于 2025-6-7 21:18:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
DNA 存储从“雕版印刷”走向“活字印刷”是指 DNA 存储技术的一次创新变革,具体如下: 背景硬盘、磁带、U盘 等硅基存储介质存在寿命短、能耗高、占用空间大等问题,无法满足日益增长的数据存储需求。而 DNA 作为天然的数据信息编码存储材料,具有密度高(是现有存储介质的 10^7 倍)、寿命长(低温下可稳定保存数千万年)、能耗低等优点,成为解决大数据存储困境的潜力“优解”。 类似“雕版印刷”的现有 DNA 存储技术目前绝大多数 DNA 存储技术采用类似“雕版印刷”的设计策略,主要思路是“读”(直接测序)和“写”(依序合成)。即根据编码映射原则,将二进制计算机数据文件编码转换为四进制 DNA 编码并合成写入 DNA 进行存储,需要时利用高通量测序等手段解码。但这种方式如同雕版印刷一样,DNA 存储是一次性的,使用一次就需合成一次,成本高、时间长,限制了 DNA 存储技术的实际应用。 “DNA 活字存储”(类似“活字印刷”)设计思路:受我国古代“活字印刷术”启发,科研人员提出“DNA 活字存储”设计思路。其核心是“DNA 活字”,由预制的 20nt 短双链 DNA 片段构成,可编码 1 字节的内容、地址或校验数据信息,每个片段两端带有 4nt 的粘性末端,通过一步多级酶连技术形成 DNA 活字块,最终构成完整的 DNA 存储文件。这些活字块可通过两端的限制性酶切位点克隆到质粒中直接体外保存,也可通过转化大肠杆菌体内保存。实现设备:科研人员开发了“DNA 活字”喷墨打印及印刷一体机“毕昇一号”,实现“DNA 活字”存储流程的自动化。它装配了数百个预制的“DNA 活字”溶液,可根据排版打印的文件需求,按照电脑程序指令自动选择所需的“活字”,并全自动组装连接成“DNA 活字块”,能打印存储并 100%精准解码文本、图片、音频和视频等类型的计算机数据存储文件。优势:“DNA 活字存储”拥有类似于活字印刷的复用性和灵活性,展现出明显的成本和效率优势。经测算,“毕昇一号”装配的一个“DNA 活字”可打印 1 万次,存储成本大幅降低至 122 美元/MB,低于目前所有报道的 DNA 数据存储系统;初代系统打印效率约为 4 字节/秒,用时远低于目前的从头合成的 DNA 存储技术,为大数据时代的海量存储需求提供了一种新的解决思路。
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