法國(guó)查爾斯-賽德倫高分子研究所(France’s Institut Charles Sadron)和艾克斯-馬賽大學(xué)(Aix-Marseille Universite)的研究人員已成功將二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼轉(zhuǎn)化為高分子聚合物,這種聚合物粗細(xì)僅為頭發(fā)絲的六萬分之一。
查爾斯研究所副主任讓-弗朗索瓦·盧茨(Jean-Francois Lutz)在《自然·通訊》上發(fā)文指出,這項(xiàng)技術(shù)為未來實(shí)現(xiàn)納米級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)開辟了新途徑。
目前,儲(chǔ)存1ZB(等于10億TB)數(shù)據(jù)需要大約1000千克重的鈷合金硬盤,而采用盧茨的合成聚合物存儲(chǔ)只需要10克的存儲(chǔ)介質(zhì)。
盧茨表示,聚合物數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)仍處于起步階段。研究已經(jīng)進(jìn)行了兩年左右,現(xiàn)在研究人員還只能將少量字節(jié)的信息合成到聚合物中,但盧茨對(duì)該技術(shù)寄予厚望,相信在未來五年他們能夠處理千字節(jié)量級(jí)的信息。盧茨認(rèn)為,聚合物數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展路線圖與數(shù)年前出現(xiàn)的DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)比較類似。
組裝數(shù)據(jù)存儲(chǔ)DNA的過程就像串起珍珠項(xiàng)鏈。研究人員將單體(A、G、C、T等四種堿基)按照特定順序排列合成DNA。需要讀取DNA存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)時(shí),可利用質(zhì)譜儀來對(duì)DNA進(jìn)行測(cè)序。
與常規(guī)硬盤存用二進(jìn)制碼(0和1)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不同,DNA由4種堿基組成(分別為G鳥嘌呤、A腺嘌呤、T胸腺嘧啶和C胞嘧啶),為G、A、C、T分別賦予二進(jìn)制值(T和G=1,A和C=0),隨后通過微流體芯片對(duì)基因序列進(jìn)行合成,從而使該序列的位置與相關(guān)數(shù)據(jù)集相匹配。
哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院在DNA存儲(chǔ)數(shù)據(jù)技術(shù)方面占據(jù)領(lǐng)先地位。目前,哈佛大學(xué)研究人員已經(jīng)能夠編碼10兆字節(jié)的DNA序列,并能夠在數(shù)小時(shí)后對(duì)其進(jìn)行解碼。在此前播出的脫口秀節(jié)目《科爾伯特報(bào)告》中,哈佛大學(xué)遺傳學(xué)教授喬治?切齊(George Church)表示,其研究團(tuán)隊(duì)曾利用這種方法將他的著作拷貝了7000萬份,而所有的DNA物質(zhì)僅一滴露珠大小。
哈佛大學(xué)的研究人員正在尋求將這一技術(shù)用于大容量存儲(chǔ)。 一滴露珠大小的DNA存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量可達(dá)PB級(jí)別(1PB=1024TB),在合適的環(huán)境條件下可存儲(chǔ)上萬年,因此相比于目前的存儲(chǔ)介質(zhì)具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。
目前這一技術(shù)面臨的最大限制是時(shí)間。按目前的技術(shù)水平,要編碼10MB(僅相當(dāng)于一小段視頻的數(shù)據(jù)量)的DNA需要數(shù)天時(shí)間,而解碼讀取這段數(shù)據(jù)也需要約8個(gè)小時(shí)。研究人員希望能夠在兩到三年內(nèi),將編碼、解碼一部電影大小的數(shù)據(jù)所用的時(shí)間壓縮到商用可接受的水平。
而盧茨則表示他研究的聚合物比DNA更適合進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),盡管可能還需要數(shù)年時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。“DNA是生物信息的存儲(chǔ)介質(zhì),更適合生物環(huán)境,人工納米合成環(huán)境與生物環(huán)境大不相同,”盧茨表示,“我們的想法是,化學(xué)能夠提供比DNA更便宜、更方便的存儲(chǔ)介質(zhì)。”
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