DNA數(shù)據(jù)活字存儲(chǔ)打印系統(tǒng)研發(fā)成功

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，全球數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，海量數(shù)據(jù)是AI解鎖大模型的鑰匙。當(dāng)前，硬盤、磁帶、U盤等硅基存儲(chǔ)介質(zhì)存在壽命短、能耗高、占用空間大等問題，難以滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。

DNA作為天然的數(shù)據(jù)信息編碼存儲(chǔ)材料，因高密度、長(zhǎng)壽命、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，成為具有潛力的解決大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)困境的替代方案。但是，多數(shù)DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)采用類似雕版印刷的設(shè)計(jì)策略，存儲(chǔ)用DNA使用一次、合成一次，合成成本高，耗時(shí)長(zhǎng)，限制了DNA存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

為突破現(xiàn)有DNA存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用瓶頸，中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所（國(guó)家生物信息中心）陳非團(tuán)隊(duì)、計(jì)算技術(shù)研究所譚光明和卜東波團(tuán)隊(duì)以及中科計(jì)算技術(shù)西部研究院段勃團(tuán)隊(duì)，借鑒我國(guó)古代四大發(fā)明之活字印刷術(shù)的邏輯，提出了經(jīng)濟(jì)高效的DNA活字存儲(chǔ)設(shè)計(jì)思路。它的核心是DNA活字，由預(yù)制的20nt短雙鏈DNA片段構(gòu)成，可編碼1字節(jié)的內(nèi)容、地址或校驗(yàn)數(shù)據(jù)信息，且每個(gè)片段兩端帶有4nt的粘性末端，通過一步多級(jí)酶連技術(shù)形成DNA活字塊。這些活字塊可通過活字塊兩端的限制性酶切位點(diǎn)克隆到質(zhì)粒中直接體外保存，亦可通過轉(zhuǎn)化大腸桿菌體內(nèi)保存。

進(jìn)一步，為實(shí)現(xiàn)DNA活字存儲(chǔ)流程自動(dòng)化，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)了可實(shí)現(xiàn)DNA活字高通量打印寫入的設(shè)備——DNA活字噴墨打印機(jī)“畢昇一號(hào)”?！爱厱N一號(hào)”可以打印存儲(chǔ)并100%精準(zhǔn)解碼文本、圖片、音頻和視頻等類型的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件。

類似于活字印刷的復(fù)用性和靈活性，上述DNA活字存儲(chǔ)技術(shù)展現(xiàn)出成本和效率優(yōu)勢(shì)。這一成果為DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的未來發(fā)展提供了新的思考范式。

相關(guān)研究成果作為封面文章發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》（Advanced Science）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。

DNA活字存儲(chǔ)流程圖