作者:安娜·德明，物理
（同organic）有机 跳出思维定势:悬而未决让DNA数据技术更上一层楼
信用:陈 美国剑桥大学卡文迪什实验室的研究人员称，脱氧核糖核酸数据存储可能变得比以前更容易读写
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他们报告了一种技术，这种技术可以存储加密数据，也可以重写数据
脱氧核糖核酸数据存储背后的最初想法是合成具有编码数字数据的预定碱基单位序列的长脱氧核糖核酸分子
通过这种方法获得的数据密度比现有的磁性或固态技术高几个数量级，并且持续数千年而不是数十年
如果没有一些显著的限制，脱氧核糖核酸数据存储的寿命和数据密度对数据档案特别有用
“最大的问题之一是制造脱氧核糖核酸，”美国剑桥大学应用物理学教授乌尔里希·凯泽说
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他解释说，合成具有足够长的规定碱基序列的脱氧核糖核酸分子来存储数据是困难的，需要酶
“我们的方法就像乐高积木一样
你只要混合在一起，加热，冷却就可以了
" 读取存储在碱基对序列中的数据也是缓慢而昂贵的
测序技术已经取得了长足的进步，但它仍然主要依赖于复制数十亿份分子来放大蛋白质相互作用的信号，等等
另一种测序方法是让脱氧核糖核酸分子通过纳米孔，并根据不同碱基对通过时离子电流的变化实时读取序列
尽管更便宜、更有效，但对于数据存储技术来说，从脱氧核糖核酸主干的碱基对中读取比特仍然需要太长时间
然而，通过将数据存储在主干上的突出部分，凯泽和他的团队开发了一种方法，纳米孔技术可以轻松准确地读取数据，简单的混合就可以写入数据
通过在悬写的数据上加入“toe holds”，他们表明它可以很容易地被删除和重写
“我很惊讶重写工作如此简单，因为这是非常困难的任何其他脱氧核糖核酸数据技术，”凯泽说
感应电势 “我们最初的想法是用于传感放大，”大熊猫开开·陈解释说，他是报道这些结果的《纳米快报》的第一作者
“然后我们想到了数据存储的想法
" 这一开创性方法的关键是控制单链脱氧核糖核酸的突出部分是如何“退火”的
“虽然脱氧核糖核酸背骨中碱基对的序列从一个分子到另一个分子是相同的，但研究人员将特定的突出端与生物素化的互补单链脱氧核糖核酸退火，而其余的与普通单链脱氧核糖核酸退火
当互补链被生物素化时，它将与链霉亲和素分子结合，这使得当脱氧核糖核酸通过纳米孔时，离子电流的变化易于检测，读数为“1”
当突出的脱氧核糖核酸链没有链霉亲和素时，写入的数据是“0”
“该小组使用基于分子特定区域的公认技术，将正确的互补链传递到正确的地址
能够重写的“抓手”只是一点点额外的单链DNA，在功能化后突出出来，使其易于移除和重写
将生物素化的链去掉会使数据加密，因为只有知道单链DNA突出序列的人才能知道互补链需要什么序列来提供与链霉亲和素结合的生物素化链，从而区分1和0
未来 这项技术的下一个挑战将是扩大规模
由于他们经营着一个物理实验室，凯泽并不认为这是他们团队下一步的重点，尽管使用移液机器人或微流体在原则上看起来很简单
“已经有公司提供可以使用的微流体产品，”陈补充说
研究人员现在正在研究除了链霉亲和素之外，他们还可以使用哪些功能基团
“原则上，我们的方法可以适应不同的功能化，”陈说
他们用链霉亲和素来证明原理，因为这是他们熟悉的功能基团
“这非常简单，效果很好，”他补充道
然而，使用较小的组可能允许更高密度的存储
没有一个功能组的选择能够完全实现通过将数据存储在碱基对序列中而获得的数据密度
凯泽认为这也可以解释为什么以前没有人想到尝试乐高积木
尽管新技术的工作倾向于遵循已经证明的技术，而不是采用正交方法，但对优化数据密度的关注可能起到了额外的威慑作用
然而，更快、更简单的阅读和写作，尤其是重写的优势，可能会让这种权衡变得值得
可重写的脱氧核糖核酸数据存储也为脱氧核糖核酸计算开辟了机会，这可能为传统计算提供一种替代方案，虽然速度慢，但消耗的能量很少，因此对某些应用有价值
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