DNA芯片作为未来的存储介质，需要克服哪些挑战？

　　近十年来，科学家们一直在试图开发DNA芯片，用于数据的长期存档。这种芯片在存储密度、寿命和可持续性方面都优于传统的硅基芯片。

　　

遗传分子DNA可以在很小的空间内长时间存储大量的信息。因此，近十年来，科学家们一直在试图开发DNA芯片，用于数据的长期存档。这种芯片在存储密度、寿命和可持续性方面都优于传统的硅基芯片。

众所周知，DNA链由四个反复出现的碱基（A、T、G、C）组成。人们可使用特定序列的碱基来编码信息，就像大自然一样。在构建DNA芯片时，必须稳定合成相应的编码DNA。如果这种方法效果好，这些信息可以保存很长时间——研究人员认为可以保存几千年。通过自动读取和解码四种碱基的序列，就可以检索信息。

需要克服哪些挑战

德国维尔茨堡大学（JMU）生物信息学系主任Thomas Dandekar教授认为：“近年来，多项数据表明高容量和长寿命的数字DNA数据存储是可行的。不过，存储成本很高，每兆字节（Mb）接近40万美元，而且存储在DNA中的信息只能缓慢检索。大概需要数小时到数天的时间，具体取决于数据量。”

Dandekar教授及其团队成员近日在《Trends in Biotechnology》杂志上发表综述文章，讨论了这一问题。他们认为，必须克服这些挑战，让DNA数据存储具有更广泛的适用性和更广阔的市场前景。这方面的合适工具是光控酶和蛋白质网络设计软件。

Dandekar的研究团队深信，DNA代表数据存储的未来。维尔茨堡大学的研究人员展示了如何将分子生物学、纳米技术、新型聚合物、电子学和自动化相结合，再加上系统化的开发，让DNA数据存储在未来几年成为日常应用。

由纳米纤维素制成的DNA芯片

在维尔茨堡大学生物中心，Dandekar的团队正在开发由细菌产生的半导体纳米纤维素制成的DNA芯片。“在我们的概念验证研究中，我们展示了目前的电子和计算机技术如何被分子生物学元件部分取代，” Dandekar教授说。

通过这种方式，他们可以实现可持续性、完全可回收性和高稳健性，甚至可以抵抗电磁脉冲或电源故障。此外，他们还可以实现高存储密度，每克DNA可存储高达10亿千兆字节（Gb）的数据。

Thomas Dandekar认为DNA芯片的发展与人类息息相关：“只有当我们跨越到这种结合了分子生物学、电子学和新型聚合物技术的新型可持续计算机技术时，我们的文明才能长久存在。”

他认为，对人类来说，最重要的是转向与地球和环境和谐相处的循环经济。“我们需要在20到30年内实现这一目标。芯片技术就是这方面的一个重要例子，不过，在生产芯片时不产生电子垃圾和环境污染的可持续技术还不成熟。我们的纳米纤维素芯片概念对此做出了宝贵的贡献。”

Dandekar的研究团队目前正致力于将半导体纳米纤维素制成的DNA芯片与他们开发的工程酶更好地结合起来。“通过这种方式，我们希望更好地控制DNA存储介质，并能够在其中存储更多东西，同时节省成本，从而逐步实现在日常生活中作为存储介质的实际应用。”

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How to make DNA data storage more applicable