DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)使用微膠囊來(lái)減少錯(cuò)誤和損失

未來(lái)的數(shù)據(jù)中心可能會(huì)取消硬盤(pán)庫(kù)，轉(zhuǎn)而使用大自然已經(jīng)使用了數(shù)十億年的存儲(chǔ)介質(zhì)--DNA。在使之成為現(xiàn)實(shí)的一個(gè)重要步驟中，科學(xué)家們已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)使用微膠囊讀取和組織文件的新系統(tǒng)。

像人類(lèi)建造的許多東西一樣，大自然在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面擊敗了我們，它的系統(tǒng)大大優(yōu)于我們能想出的任何東西。DNA以令人難以置信的密度包裝信息--一克這種東西可以容納215PB，或2.15億GB的數(shù)據(jù)，這意味著互聯(lián)網(wǎng)目前生成的全部?jī)?nèi)容都可以保存在一個(gè)裝滿DNA的鞋盒里。最近的工作甚至發(fā)現(xiàn)了通過(guò)在字母湯中添加新的字母來(lái)使數(shù)據(jù)密度翻倍的方法。

此外，DNA的數(shù)據(jù)保存可以是非常持久的。我們目前的硬件往往會(huì)在幾十年內(nèi)退化，但在適當(dāng)?shù)臈l件下，DNA有可能被保存數(shù)百萬(wàn)年。最后，它需要更少的能源來(lái)維護(hù)，減少大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的電費(fèi)。

但當(dāng)然，也有一個(gè)問(wèn)題。將數(shù)據(jù)寫(xiě)入DNA并將其讀回是復(fù)雜而昂貴的過(guò)程，可能會(huì)損壞DNA本身并帶來(lái)錯(cuò)誤。但現(xiàn)在一項(xiàng)新的突破可能有助于使整個(gè)系統(tǒng)更加實(shí)用。

目前，從DNA中檢索數(shù)據(jù)是通過(guò)一種叫做聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）的技術(shù)完成的。含有數(shù)據(jù)的DNA鏈都在一種湯中自由游動(dòng)，每條鏈都有一個(gè)特定的序列標(biāo)記，就像一個(gè)文件名。當(dāng)你需要某個(gè)文件時(shí)，一個(gè)匹配的引物被用來(lái)搜索湯，并附著到所需的DNA鏈上。然后這個(gè)DNA被復(fù)制數(shù)百萬(wàn)次，以便系統(tǒng)能夠找到它并讀取文件。問(wèn)題是，每次讀取時(shí)都會(huì)使原始數(shù)據(jù)退化，而且一次讀取多個(gè)文件變得很困難。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員將DNA包裹在由蛋白質(zhì)和聚合物制成的微膠囊中，每個(gè)膠囊中都有一個(gè)文件被固定。當(dāng)加熱到50°C（122°F）以上時(shí)，膠囊將自己密封起來(lái)，因此PCR復(fù)制只能單獨(dú)影響每個(gè)文件。當(dāng)溫度再次降低時(shí)，副本脫離，而原始文件仍被固定。

這意味著原始文件的質(zhì)量不會(huì)隨著每次讀取而降低，大大減少了錯(cuò)誤。該團(tuán)隊(duì)表示，該系統(tǒng)可以同時(shí)讀取多達(dá)25個(gè)文件，并且在三次讀取后僅損失0.3%的文件，而不是現(xiàn)有方法的35%。

為了使該系統(tǒng)更容易搜索，科學(xué)家們給每個(gè)文件貼上了熒光標(biāo)簽，每個(gè)膠囊都有自己的顏色，使數(shù)據(jù)可以被分類(lèi)、分離和排序。最終，該團(tuán)隊(duì)設(shè)想了一個(gè)數(shù)據(jù)中心，在這個(gè)中心，信息被編碼到一個(gè)區(qū)域的DNA上，而機(jī)器人手臂可以選擇單個(gè)膠囊，讀取數(shù)據(jù)并將其放回。

"現(xiàn)在只是等待，直到DNA合成的成本進(jìn)一步下降，"該研究的主要作者Tom de Greef說(shuō)。"然后這項(xiàng)技術(shù)就可以應(yīng)用了"。