DNA|多到一块硬盘都存不下的小姐姐们 未来能直接刻进你的DNA?( 三 )
作为存储设备,要实现的功能无非就是写入然后读取 DNA 编码写入部分主要由两步组成 。
DNA 编码以及 DNA 合成编码过程中除了要进行二进制码转化外,还有就是要解决化学合成中的精准度不高的问题 。所以一般都是对信息先进行压缩,然后加入纠错码,最后再转化成 DNA 编码 。
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DNA 合成则是将碱基序列中的碱基逐个连接形成 DNA 链的过程,由于细胞的排外性及受生物活动的影响,一般采用体外人工合成的方式合成 DNA 链,这个合成本质上来说就是一系列针对性的化学反应 。
又因为合成 DNA 长链在时间、错误率、技术难点等方面均高于短链,所以通常将碱基序列分成若干短链 。
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短链的头部就是地址位,它的功能就是定位某段短链在信息中的位置,这样就可以快速查找、定位、拼接各段信息 。
信息存入完毕后,剩下的就是 DNA 解码读取了 。
首先通过 PCR 技术,也就是 DNA 体外扩增技术,对 DNA 片段进行复制,获得多个 DNA 片段副本,然后在对副本进行 DNA 测序 。
获取碱基序列后,对序列纠错、去冗( rong )余解码,最后就能得到完整的原始数据 。
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优缺点
既然是一种新的存储方式,DNA 存储肯定有它的优势所在 。
首先就是存储密度,因为 DNA 自身的立体双螺旋结构,使得 DNA 信息存储密度的数量级是目前已知任何储存技术的若干倍 。
比如闪存最多只能在 10nm 内存储 1bit 的数据,而 DNA 可以在 0.34nm 存储 2bits,1 克 DNA 所能存储的信息,需要 420 亿个 U 盘或者 26 亿块硬盘或者 2.27 亿个磁带才能存下 。
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想要记录下全球所有的数据,咱们需要的只是一千克 DNA 而已 。
其次,DNA 还有着其它磁性材料无法拥有的稳定性 。
硬盘磁带这些磁性材料,其存储时间最多数十年,就会因为消磁和耗材等原因造成信息丢失,以至于要对数据重新刷写 。
而 DNA 并没有消磁的担忧,DNA 分子是一种在低温下极其稳定的分子 。它的半衰期长达 512 年,并且在极低温下,DNA 可以保存成千上万年 。
在 2013 年,科学家们就从永冻土中挖出过一匹被冰冻时间长达 70 万年的马 。经测试,这匹马的 DNA 仍然可以进行测序 。
虽然 DNA 存储的优点非常亮眼,但它现在的缺点也是非常明显的 。
首当其冲的就是 DNA 存储的成本过高 。。。
纽约基因中心曾经将 6 个文件写入 DNA —— 一个完整的操作系统、一部 1895 年的电影、一个 50 美元的亚马逊礼品卡、一个计算机病毒、1972 年先锋号飞船上的金属板所携带的信息以及信息学家 Claude Shannon 一项 1948 年的研究信息 。
为了合成这些信息,他们总共花费了 7000 美元,而为了读取这些信息他们又花费了 2000 美元 。
整个过程都需要专业的仪器设备协助,个人使用及其不方便 。
其次就是合成速度慢,之前说的那 6 个文件,他们花了两周时间才收到了合成好的 DNA 。
DNA 测序的发展
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