cookieOptions = {...}; 微軟深耕 DNA 儲存技術,新的儲存時代或將到來 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

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2016年5月23日 星期一

 來源:鈦媒體 作者:東方亦落

生物技術一旦與儲存技術相結合,儲存成本也會降低,DNA儲存技術將會對新的儲存時代的到來,起到引領及重要的推動作用

  
據雅虎金融消息稱,微軟在今日宣佈了從舊金山的一家生物科技公司手上購買了1000萬個DNA長寡核苷酸分子的消息。而就在數天前,來自科技網站Computerworld的消息表明,微軟和華盛頓大學的研究人員,聯合展示了以人工合成DNA作為數據儲存媒介這一技術。

這一系列事實都證明,微軟正在對DNA儲存技術進行深耕。由於DNA上的信息能夠保存一千至一萬年,因而DNA儲存技術優於當前存在的任何一種儲存技術。

那麼,DNA儲存技術究竟是什麼?與傳統的儲存技術相比,它具備哪些優勢,存在哪些缺點?未來DNA儲存技術又是否能夠引領新的儲存時代的到來呢?

 

一、DNA儲存技術擁有諸多優勢,優於當前的儲存技術
DNA儲存技術,即利用人工合成的脫氧核糖核酸(DNA)作為儲存媒介。具有高效、儲存量大、儲存時間長、易獲取且免維護等優點。

DNA 儲存技術是一項著眼於未來,並且具有劃時代意義的儲存技術。DNA即為脫氧核糖核酸,它是由脫氧核糖核苷酸結合而成。這種雙螺旋結構上有4個化學基因,也就是核鹼基。DNA通過鳥嘌呤(C)、胸腺嘧啶(T)、腺嘌呤(A)、胞嘧啶(G)四種鹼基的不同排列,儲存了生物體所有的遺傳資訊。

DNA會按照特定的順序排列,組成遺傳信息,因而其最主要的作用,是指導生物體的生長發育。DNA儲存技術的研究人員則利用這四個鹼基的特性,開發並制定代碼,這些都完全有別於生物體所用的「語言」。

比如,當需要複製一份計算機文件時,DNA的數位儲存系統,會先將硬盤信息中的二進制數,翻譯成定制代碼,然後借助標準的DNA合成機器,製造出相應的鹼基序列。此時的序列並非一個長分子,而是多個重復片段。每一個片段都會自帶一些索引細節,以便明確其自身在整體序列中所處的位置。

這種方法的優點在於,即便某些片段遭到損毀,數據也不會丟失。分子生物學實驗室用來讀取生物體DNA的標準設備可以讀取信息,並當即呈現在電腦螢幕上。

 

隨著科技信息時代的發展,人們對於各種數字及數據的需求都在成倍地擴張,因此我們需要尋求一種容量更大、安全性更高的數據儲存方式。DNA數據儲存技術完全能夠滿足對於數據儲存容量的要求,據微軟研究院估計,1立方毫米的DNA就能夠儲存一個exabyte(十億字節)的數據。

作為數據的儲存媒介,DNA儲存技術最大的優點就在於容量巨大。據悉,1DNA的儲存容量在2PB(拍字節)左右,這相當於300萬張CD

另外,保存時間長也是DNA儲存數據技術的另一大優點。人工合成的DNA極其「長壽」,即便是在環境不好時,其半衰期也能夠超過500年。與之相比,現有的儲存技術就顯得較弱了,例如磁帶的保存時間是1030年,硬盤的保存時間是35年。此外,DNA也不需要經常維護。在讀取時,DNA儲存技術亦不會涉及兼容問題。

想要使DNA儲存技術得以真正實現,微軟需要大量資金的支持。微軟應用程序Twist的內部人員表示,它們已經為此籌集到了1.31億美元的投資,其中包括來自比爾及梅琳達·蓋茨基金會的資金。

如果DNA儲存技術得以實現,也就意味著我們可以用智能手機儲存更多的文字、圖片或影像了。不過,這項技術也是存在著不少缺陷的。


二、DNA儲存技術亦存缺陷,但不影響其引領儲存新時代
任何事物都存在兩面性,DNA儲存技術也不例外。總體來看,目前的DNA儲存技術缺陷不少。

第一, DNA儲存技術成本高,現階段無法大規模普及
據歐洲生物信息研究所的團隊負責人Nick Goldman透露,目前在DNA中進行編碼時,每MB的數據成本為1.24萬美元,而讀取成本則在220美元左右。DNA儲存技術的高成本,使得它在實用階段初期的使用頻率不會很高。

第二,DNA容易受到外界因素或自身變化的影響,致使數據不穩定
20125月,斯坦福大學的研究人員成功將電腦文件編入了噬菌體的DNA片段,並在其中植入了大腸桿菌的DNA,從而實現了在活體細胞的DNA中對於數字信息的重復擦寫。

然而,這種方式的不足之處很多。

首先,細胞終究會死亡,而其中儲存的信息也會隨之消失。就算不死亡,細胞也會分裂、變異、複製,造成數據內容的改變。

 

其次,作為遺傳信息的載體,DNA並不是以孤立的個體形式存在的。在細胞中,核DNA需要組蛋白的支撐,而基因的表達也少不了其他蛋白的參與。因此,DNA會很容易受到外界因素的影響,導致其受到各種物理、化學等形式的損傷。這意味著,DNA儲存技術需要合適的生物環境的支持才能夠正常運轉,因此它很難適應像硬盤那樣的信息儲存。

儘管DNA儲存技術仍存在許多缺陷,但這也並不影響它引領儲存新時代的到來。

在當今的信息時代,儲存的容量對於人們來說是相當重要的,而DNA儲存技術能夠輕鬆做到這一點。

Nick Goldman表示,歐洲生物信息研究所在幾不可見的微量DNA中,儲存了154首莎士比亞的十四行詩,一篇PDF的科學論文、一張JPG格式的照片以及馬丁·路德·金《我有一個夢想》演講中的26秒時長的片段,這些資料總共有739KB左右。

 

此外,DNA儲存技術的保密性也極強。DNA擁有多層空間結構,用一般的方法無法破解其中的數據。

微軟表示,他們對DNA儲存技術的研究從去年秋天就已經開始,這項技術實現的可能性也是相當大的。


綜上所述,可以看到DNA儲存技術擁有著很多現有儲存技術所不具備的優勢,但是由於處於起步階段,這項技術存在諸多缺陷,尚不能在短期之內得到普及。


不過,生物技術一旦與儲存技術相結合,儲存成本也會降低,DNA儲存技術將會對新的儲存時代的到來起到引領及重要的推動作用。

                                                                                                                                                                                                                            

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