微流控微胶囊(科学家们找到读写与检索存储在DNA中的数字数据的方法)

Posted 2023-05-26

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微流控微胶囊(科学家们找到读写与检索存储在DNA中的数字数据的方法)

DNA可以被用来可靠地存储大量的数字数据。然而，迄今为止，要检索或操纵嵌入这些分子中的特定数据已被证明具有挑战性。现在，来自法国国家科学研究中心和东京大学的科学家已经开发出一种基于酶的新技术，为如何克服这些技术障碍提供了初步线索。他们的研究最近发表在《自然》杂志上。

DNA早已经成了在研发生物计算机的过程当中实现大规模数据存储的最佳方法。D方法是将二进制（0或1）值转化为四个不同的DNA"字母"（A、T、C或G）之一。

但是，人们如何在DNA编码的数据数据库中搜索，以发现某个数据？又如何能够使用DNA编码的数据执行计算，而不首先将其转化为电子形式？这些都是来自LIMMS（CNRS/东京大学）和Gulliver（CNRS/ESPI）实验室的研究小组试图回答的问题。他们正在试验一种新的方法，使用酶和人工神经元和神经网络对DNA数据进行直接操作。

具体来说，研究人员利用三种酶的反应来设计化学"神经元"，重现真正的神经元所表现出的网络结构和复杂计算能力。他们的化学神经元可以用DNA链上的数据执行计算，并将结果表达为荧光信号。

LIMMS和Gulliver团队还通过组装两层人工神经元进行创新，以细化计算。通过反应的微流控小型化进一步提高了精度，允许数以万计的反应快速发生。

作为法国生物化学家和日本微流控工程师之间十年合作的成果，这些突破最终可能允许对某些疾病进行更好的筛选，以及对巨大的DNA编码数据库进行操作。

当远离水、空气和光线时，DNA可以保存几十万年，且不需要任何能量输入。一个直径几厘米的胶囊存储的DNA可以容纳多达500TB的数字数据。到2025年，人类产生的数字数据总量预计将达到175ZB。由于目前的存储介质相对笨重、脆弱和能源密集，DNA可能提供一个可行的替代方案，也就是能够在一个鞋盒的空间内容纳所有现有数据。

促进DNA存储技术的发展将是PEPR MoleculArxiv的目标，这是法国国家科学研究中心去年5月提供的一项优先研究计划。