基本介紹
科研成果,科學原理,科學實驗,數據採集,DNA介質優點,研究突破,技術前景,技術缺點,存儲容量,
科研成果
2012年8月，哈佛大學的研發團隊已經可以做到通過新型的DNA概念技術將96bits的數據存儲到DNA鏈條中，在這個技術當中腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶這樣的鹼基都擁有自己的二進制值，之後通過微流體晶片對基因序列進行合成處理，而這樣的處理之後該序列的位置以及相關的數據都將會得到匹配。
這樣的DNA概念存儲技術實際上所蘊含的能量相當的驚人，通過技術的最佳化其微觀的存儲可以轉化為巨觀的巨大存儲，即便是1立方毫米的DNA存儲就可以實現704TB的數據存儲，目前主流的硬碟存儲為1TB到2TB，也就是說DNA存儲1立方毫米就能夠實現數百個硬碟的存儲效果。
科學原理
原理是為核酸中的鹼基賦予二進制值，隨後通過微流體晶片對基因序列合成,從而使該序列與相關數據集相匹配。1立方毫米即可存儲704TB的數據，相當於數百個硬碟的容量。
科學實驗
切齊和庫蘇里在試驗中將切齊的新書複製了700億份儲存在DNA中，數據總量達到44PB。
之前也有許多研究DNA存儲的科學家嘗試在活體細胞的基因組中書寫數據。但細胞不僅會死亡，而且還會分裂複製，這對其中存儲的數據都是致命性打擊。此番切齊和庫蘇里根本沒有使用細胞，他們使用了人造合成的DNA，繞開了之前的問題。雖說利用活體細胞DNA儲存數據無法逃開細胞死亡和細胞分裂的問題，但畢竟可以在短時間內保障數據的安全，在某種特殊情境下（比如007系列電影內）完全可以採用。當然，切齊和庫蘇里的科研成果更符合現實社會的需求。
目前，由於儲存空間的緊缺，網站的資料備份通常只會保存數月乃至數周。等到DNA存儲技術成熟，我們就可以把全人類的信息資料都存儲起來。人類可以在每一寸土地上安裝攝像頭，將每一處每一分每一秒上發生的事情都記錄起來。人類還可以把所有的圖書、資料、視頻信息統統儲存起來，幾百公斤的DNA就能夠勝任這個“全人類”的工作。
數據採集
Nick Goldman將520萬比特的信息編碼成DNA，這與George Church團隊在去年做的實驗在量級上相當。但是，George Church團隊使用了一個簡單的代碼替換，即DNA核苷酸（即一個鹼基）對應一個比特，核苷酸A和C用0來編碼，而核苷酸G和T用1來編碼。這有時會導致產生一段很長由相同字母構成的序列，這就很難被測序儀讀取並導致錯誤。
Nick Goldman的研究小組進一步開發出了一套更複雜的加密法。每一個位元組（（8個1或0的組成字元串））表示由A、C、G或T構成的單詞（5個字母）。為了試圖進一步限制錯誤，科學家將DNA代碼轉碼橫交叉字元串，每個長達117個字母的序列均帶有索引信息，顯示它在整個代碼的位置。加密系統再對部分重疊的字元串數據進行編碼。這樣，一個字元串中的任何錯誤均可被其他三個字元串交叉檢查。
DNA介質優點
DNA作為儲存介質的優點有︰
體積小。一個鹼基只有幾個原子大小，人們以此為基礎進行數據存儲，整體的體積將大大領先於傳統硬碟。
DNA硬碟原理
DNA硬碟原理密度大。一個DNA片段就含有無數個鹼基。1克DNA不到指尖上一滴露珠大小，卻能夠儲存700TB的數據，相當於1.4萬張50GB容量的藍光光碟，或233個3TB的硬碟（差不多要151千克重）。
穩定性強。相比於其他需要低溫、真空保存的存儲介質，DNA可以在不苛刻的條件下保存上百年。得益於微流體技術的發展，合成、排列DNA成為了一項較為簡單方便的工作。
在此之前，人類基因組計畫（Human Genome Project）為了研究一個含有30億對堿基的人類DNA組要耗費數年的時間。如今，在微流體晶片的幫助下，這項工作只要幾個小時就能完成。
研究突破
2013年1月下旬，英國科學家最近宣布了一項突破性的研究成果，他們將DNA帶入了一個革命性的數據存儲時代，只需手掌般大小的人造DNA，便可容納全世界高達30億TB的數據。
他們表示一點點人造DNA可以保存大量數據，並且可以冷凍乾燥、運輸和儲存數據長達幾千年。這些數據怎其實很簡單，也是當前在基因指紋分析方面常做的事情——要想讀取這些內容可以通過DNA測序，使其轉換成計算機編碼即可。
該技術共同研究者、歐洲生物信息研究所劍橋研究員Nick Goldman在《自然》雜誌周發表的文章中指出，DNA是一種存儲信息非常可靠的途徑，正因為如此人類才可以從長毛猛獁象骨骼中提取DNA，從而追溯和獲得好幾萬年前的一些信息。
美國Agilent公司的Emily Leproust稱，他們從網上下了一些檔案，讓一家美國的生物技術公司在實驗室中使用DNA分子技術將這些數據整合到成千上萬的DNA片段中，最終的結果看起來就像一個小小的灰塵。然後Agilent公司將樣品橫跨大西洋郵寄到EBI，那邊的研究員將樣品浸泡在水中稀釋並採用標準的測序機器去解讀其中的代碼，結果發現能夠完全恢復這些檔案並且準確度100%。Nick Goldman補充稱，它密度如此高又小的如此難以置信，它不需要任何動力去儲存和運輸，並且保存也非常容易。
技術前景
共同研究者Ewan Birney稱，這個過程涉及到將數位化信息的1和0轉換成四個字母的DNA鹼基序列，然後這些序列被合成到DNA片段中，如果需要這些內容讓機器讀取DNA分子便可完全恢復這些信息。雖然讀取過程花了兩個星期的時間，但未來技術進步將推動縮短這個時間。
在測試中這項技術雖然僅能存儲739KB的數據，但是這種方法按比例增加可以存下這個地球上30萬億億（沒寫錯，就是萬億億）的位元組或30億TB的數據……研究員表示這樣的存儲然驚人，但有一個缺點是人工合成DNA的成本太高，不過一旦存儲，從理論上來講這些數據可以安全存放許多個世紀。
Ewan Birney稱，這項技術的縮放表現非常好，其編碼系統可以達到十萬億億位元組的水平。Nick Goldman補充稱，未來成本降下來，它可以用在一些規模較大的公司或政府以及未來個人方面。
技術缺點
儘管DNA可以存儲大量的信息並能夠保存很長時間，但從目前來看不太容易取代硬碟驅動器，因為檔案檢索需要很長的時間。不過從另一方面來看，保存DNA上的信息卻非常簡單，你只需將它放在寒冷、乾燥和避光的地方，就可以不用管它了。
存儲容量
英國研究人員用人工合成的脫氧核糖核酸（DNA）存儲文本文檔、圖片和聲音檔案等數據，隨後完整讀取。研究人員稱，DNA作為數字存儲介質，容量大，讀取方便，便於保存，保存時間長，堪稱“完美”。不過，這種“基因硬碟”現階段成本高昂，無法普及。
DNA分子是一種令人難以置信的密集存儲介質，1克DNA能夠存儲大約2拍位元組，相當於大約300萬張CD。
DNA存儲數據的關鍵是DNA鹼基。DNA有4個化學基團，即核鹼基，它們按照特定順序排列，組成遺傳信息，指導生物體生長發育。
研究人員開發的DNA數字存儲系統同樣利用這4個鹼基“字母”，開發定製代碼，完全區別於生物體所用“語言”。當複製一份計算機檔案時，DNA數字存儲系統首先把硬碟信息中的二進制數翻譯成定製代碼，然後藉助標準DNA合成機器製造出相應的鹼基序列。這一序列並非一個長分子，而是多個重複片段，每一個片段攜帶一些索引細節，明確各自在整體序列中所處位置。分子生物學實驗室用來讀取生物體DNA的標準設備可以讀取信息，當即呈現在電腦螢幕上。
研究人員認為，一些不常用卻需要保存的信息，譬如政府檔案、歷史檔案等，尤其適合用DNA存儲，而且DNA存儲保存時間可能長達數千年。不過，現階段用它來存儲信息“驚人的昂貴”，但隨著技術發展，“基因硬碟”有望進入尋常百姓家。
