Small Structures:DNA大数据存储

随着信息时代的到来,数据产生的速度在迅速增长。据估计,到2025年全球数据量将达到175 ZB。而基于硬盘等的传统存储介质将在存储寿命、设备投入、耗电量等方面遭遇巨大的挑战。因此,探索新的高密度长寿命信息存储介质的需求日益迫切。DNA分子作为一种变革性存储介质在近年来得到了广泛的关注。DNA存储具有以下几个方面的优势:(1)高密度。存储于1克DNA上的数据密度可达1.7×1019 字节,相对于目前的存储介质可提高约八个数量级。(2)长寿命。化石中发现的几十万年前生物的遗传信息依然可被有效测序。(3)信息安全。DNA序列的高度特异性使得难以破解的信息加密技术成为可能。同时DNA的材料特性使其可隐藏于眼镜等物品中而无法被检测到,保证数据存放的安全。(4)随着DNA合成和测序技术的发展,DNA存储的成本正在以超“摩尔定律”的速度下降,为DNA存储技术的实际应用提供了可能。

近日,上海交通大学化学化工学院樊春海、王飞团队发表了综述文章,对DNA存储领域的研究进展进行了系统性的介绍。论文发表于Small Structures (DOI:10.1002/sstr.202000046)。

作者首先与当前基于硬盘的存储方式对比,介绍了DNA存储在数据编码、写入、存储、读出等环节的设计策略和对应的研究进展。在基于DNA碱基序列的编码之外,作者还介绍了利用DNA纳米技术,通过对DNA纳米结构的编程而实现的数据存储方案。而近年来发展起来的高效基因编辑工具CRISPR技术也极大地推动了活细胞中的信息存储。作者还对活细胞DNA存储系统进行了介绍和讨论。

在展望中作者提到,DNA存储技术在近年来得到了快速发展,但真正作为一种像硬盘一样可便捷使用的存储方式依然任重道远。存储容量的提升,读写过程的加速和自动化,以及信息安全等都是未来研究的重要方向。