一个咖啡杯装下全世界的统计数据，DNA存储芯片神奇在哪？

NA过渡态上的复原年代历史记录。

近日，DNA有数可保有上百年的统计数据，相比之下，ROM、录音带的统计数据最多只能保有达10年。

先前，DNA传输维护效益低。 以DNA范例传输的统计数据较易维护，和传统文化的统计的电子系统不尽完全相同，不必需大量的人力、财力投入，仅必需复原在低压生态之前。

在耗电量方面，1GB的统计数据ROM传输耗电量达为0.04W，而DNA传输的耗电量则极小10-10W。

02 低效益扩充影响力也，可放到数百万个DNA核酸

上个世纪50年代，地质学家并未驳斥建立人造星体与微观全球性的生物学基本特征相近的想法，并且认为该人造星体将不具备更为普遍的能力。不到十年，苏联物理学家瓦西里·萨莫伊洛维奇·内曼（Mikhail Samoilovich Neiman）就独立驳斥了可以借助于DNA和RNA过渡态上来入行文档记录、传输和链接的可能性。

DNA入行统计数据传输的应用无论如何开始于1988年， 艺术家乔怀特和纽达大学的研究者执法人员携手，在大肠杆菌的DNA核酸之前，将一张代表人精神上和性恋地球的古代日耳曼符文截图，通过5x7的线性传输到DNA核酸之前。他们用二入制之前的1代表人截图之前的暗像素，0代表人截图之前的白光像素。

在此后的研究者之前，研究者执法人员驳斥了多种DNA传输的格式手段。2011年，研究者的团队对一本659KB的参考书入行格式，通过组队对应，由腺嘌呤或天冬氨酸问到二入制之前的0，天冬氨酸或甲状腺核糖问到1。然而，先前研究者执法人员检查统计数据传输结果时发现，在DNA之前经常出现了22个误解。这种一一对应的格式手段的精度极高。

DNA是由四种核苷酸结人工合成核苷酸对，并一组螺旋形结构上。四种核苷酸分别是腺嘌呤（A）、甲状腺核糖（T）、天冬氨酸（G）、天冬氨酸（C），然后依据核苷酸二者之间配对应当，来排列DNA过渡态上内含端粒酶。这四个代码也为DNA传输ROM提供了一个适当的格式生态。

▲DNA过渡态上结构上示意图

DNA传输新科技有数文档格式、传输、链接、编码四个步骤。 在计算机之前，统计数据传输必需用二入制0和1来问到，使用DNA来传输统计数据首先必需将0和1转化为DNA之前的四个核苷酸A、C、T、G，建立不具备错误核苷酸核酸的DNA螺旋形结构上。人工合成DNA后在体内或灌注入行传输。在编码时，DNAPCR仪就会酪氨酸该DNA结构上之前的核苷酸核酸，通过编码软件将其转化为0和1，转换成统计数据文档。

2012年，纽达大学的研究者的团队证实，DNA可以作为一种和ROM驱动容器、录音带类似的传输介质。他们通过DNA对数字文档入行格式，有数53400字节的HTML草稿，11张JPG截图和一个JaScript程序，借助于位与核苷酸组队映射，但这种手段就会使得完全相同核苷酸长时间运行，PCR流程更容易出错。

这种简单的组队格式范例，在2013年得到了突破。欧洲生物学文档学研究者所（EBI）的研究者执法人员在博士论文之前所称，他们并未借助了激过500万位统计数据的传输、链接和脱氧核糖核酸，并且所有DNA明文都以99.99%到100%的弹道展现了文档。在格式流程之前，研究者的小组加入了无损格式方案，并采用了可通过核酸识别的重叠短类似物的格式手段。

此后，哥伦比亚大学、华盛顿大学、帝国伯克利等研究者的团队都积极参与了一系列研究者。

为了断定DNA格式统计数据的长期稳定性，2015年2月底4日，苏黎世联邦伯克利的研究者执法人员在该协就会顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上发表文章了方面博士论文，研究者执法人员通过Reed-Solomon无损格式和离子交换、凝胶将DNA封装在二氧化硅玻璃球之前来增加冗余，而这可能是DNA传输ROM的最早期形态。

2021年11月底起，多个研究者的团队公布了DNA传输ROM研究者的新入展，有数我国东南大学、IBM研究者院、伊利亚诺州美国纽达大学以及特拉华伯克利的研究者的小组。

11月底12日，我国东南大学生物学科学与医学交通学院、生物学电子学国家中长期研究室的时为的团队尝试将笃行 “精诚” 存入一段DNA核酸之前，该博士论文发表文章于Science Advances。

为了借助DNA传输的微型化、集成化、电子化，该研究者的小组对PCR流程入行了优化。基于生物化学的单电极DNA人工合成和PCR方法有，通过生物化学；大保护新科技改入传统文化亚磷酰胺化学人工合成方法有，并基于电荷震荡成因对电极凹凸不平的DNA过渡态上入行PCR，尝试将笃行入行格式和编码。

▲时为的团队基于生物化学DNA人工合成与PCR的DNA统计数据传输种系统流程图（截图方面联为东南大学官网）

11月底24日，IBM研究者院与华盛顿大学过渡态上文档种系统研究室（MISL）携手在DNA传输上取得突破的博士论文发表文章于Science Advances上，该研究者的小组公布首个纳米级DNA传输写入容器，DNAROM上的过渡态上中央处理容器和DNA写入配有PCIe接口，可以一次性构建四股人工合成DNA，归因于包含100个核苷酸的DNA氨基酸。

IBM研究者院所称，短的DNA氨基酸就会更容易经常出现误解，但随着嵌入式的转型，这均就会得到改入。该项测试得出结论DNA螺旋形结构上扩充传输影响力也的可能性。

上周11月底29日，伊利诺伊州美国纽达大学人工合成药理学之前心驳斥了将文档记录到DNA的新方法有披露于《基因组学研究者（Technology Networks）》期刊之前，在格式环节他们试图通过DNA本身不具备的能力来建立一种新统计数据传输新新科技。

在测试流程之前，他们使用一种新酶促种系统来人工合成DNA，将短时间变化的生态瞬时直接记录到DNA核酸之前。美国纽达大学工程学副教授Keith EJ Tyo所称，通过直接遏制人工合成DNA的酶，可以借助提前表达和月份传输文档。

为了使DNA统计数据传输在扩充传输影响力也的同时能小型化，12月底1日，特拉华伯克利（GTRI）极高级研究者地质学家尼古拉斯·曼恩（Nicholas Guise）在接不受外媒英国广播公司（BBC）报导时说：“我们新ROM上的功能运动速度左右比意味着的商业电子系统极高于100倍。”

他们设计的ROM可以以极高的效益，通过激密集JPEG使DNA氨基酸借助增长，获得大规格的传输容量。这个微ROM配备了10组几百纳米深的“特罗斯季亚涅齐”，使得DNA过渡态上在这之前间分岔生长，此后在ROM上积存了数百万个DNA核酸。相比于传统文化的人工合成DNA生产商流程，这种方法有采用生物化学大面积激活人工合成，效益更为低廉。

▲特拉华伯克利（GTRI）研究者的小组测试格式编码流程（截图方面联为博士论文插图）

03 人工合成2MB必需7000美元，读取必需2000美元

急剧的研究者表明，DNA传输新科技将成为跨时期的传输手段。但从二十世纪50年代驳斥至今，其转型长期从未多方面的实质性入展。IBM研究者院作为DNA统计数据传输的早期入局者，2015年开始入行方面研究者，直到2019年才有开发入展，他们展览了一个全自动种系统来格式和编码DNA之前的统计数据文档。

DNA传输ROM必需借助极高运动速度、长时间的传输结构上上，但现今该项新科技还不能普遍用做计算机领域，现今主要针对一些不常用但必需复原的内容。DNA传输ROM无法低效益，是从有下述原因。

首先，DNA传输统计数据的写入和读取效益极高昂。 2017年哥伦比亚大学的测试看出，人工合成2MB的DNA统计数据必需7000美元，而读取统计数据必需2000美元，尽管这相比于2013年每兆12400美元的效益并未大大降低，但如果使用者必需以DNA范例内含1GB的电影，格式左右必需花费358万美元，而读取统计数据还必需102万美元。

其次，DNA传输统计数据的编码流程必需大型用以。 现今DNA传输新科技的编码流程，还必需依赖PCR仪对DNA过渡态上入行排序，价格昂贵量产车的PCR仪大多都可用小型研究室、临床应用等时效性敦促低的场景，距日常使用还很几倍。

▲PCR服务商Illumina的PCR仪产品iSeq 100（截图方面联为Illumina官网）

此外，DNA传输新科技的输入速度慢。 2021年12月底初，特拉华伯克利的研究者将DNA传输速度提升到了每天写入20GB统计数据，现今固态ROM的输入速度左右为s500MB。IDC《统计数据时期2025》的年度报告看出，亚洲地区每年归因于的统计数据在2025年将激出175ZB，相当于每天归因于491EB的统计数据。即使DNA传输ROM的运动速度更多大，本来时读取速度也无法意味着意味着的统计数据传输生产力。

DNA传输ROM是未来高效率传输较为理想的介质，现今的研究者入展大部分都所处概念验证前期，其嵌入式电子系统的落地还必需很长一段时间。

04 章中：DNA传输低效益的关键，借助低效益、极高运动速度

DNA传输ROM传输运动速度极高、稳定性极高、较易维护的劣势决定了它成为下一代传输电子系统的可能。不过该项新科技的入一步低效益还有很多限制，例如效益极高昂、传输生态限制较多、实时读取速度慢等，这些都表明其变成小众传输电子系统还有很长一段路要回头。

我们所处数字时期，从智能手机、笔记型电脑、PC到可穿戴电子系统每天均就会归因于大量文档，因此这个现实条件决定，找到性能敦促更极高且更为低效益的传输电子系统接踵而来。

DNA的半衰期为521年，在一个冰冷或适当的条件下，DNA可以持续存在数十万年，甚至几百万年，如果DNA传输新科技无论如何借助商用，在未来，我们的统计数据档案可能将变成“化石”留存下来。

参见资料：《DNA传输新科技该协就会转型态势归纳》宋琪、丁陈君、吴晓孤、陈方

本文来自微信公众号 “不锈钢外面”（ID：aichip001），译者：程茜，主笔：Panken，36钍经许可证披露。

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