心学资讯 2022年08月4日
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摘要 :

日前,南京大学全校师生项目组获得成功将本校振兴中华有教无类取走几段DNA字符串,同时实现了DNA储存控制技术的新冲破,并将有关丰硕成果刊登在国际性期……

日前,南京大学全校师生项目组获得成功将本校振兴中华有教无类取走几段DNA字符串,同时实现了DNA储存控制技术的新冲破,并将有关丰硕成果刊登在国际性期刊《自然科学·重大进展》上。

王东项目组改良现代的人工制备方式,利用高分子方式,将南京大学振兴中华有教无类4个字译者为DNA字符串,并将其储存在阴极上,随即又获得成功加载出。他们的重要冲破点是同时实现了DNA制备与定序各个环节的协同产业发展,同时实现协同产业发展后,DNA储存的工作效率和准确度会提高,更容易同时实现大规模的统计数据储存。近年来该领域迎来一个捷伊科学研究方向——DNA储存,此项科学研究有利于解决大统计数据时代统计数据储存痛点。

1994年,微软公司坐在33万本纸上,手里拿着两张光碟说在世界上:两张光碟能历史记录的内容,比这33万本纸都多。

今后5-15年,中国生物学家将在统计网络系统,手里拿着一管DNA说在世界上:这里面历史记录的是当前在世界上的统计数据。 日前,中国自然科学院工程院樊春海对今后DNA储存控制技术的前景作出这般研判。

什么是DNA储存控制技术?为何它被抱有这般众望?

DNA储存控制技术取得新冲破

随着网络和人工智慧等科技和数字控制技术的快速产业发展,数据量呈指数级飞速增长,硬盘、硬碟、SSD等现代储存介质已经渐渐不能满足在世界上范围内统计数据储存的需要。

在此大背景下,科技和微生物控制技术相融下的DNA储存控制技术渐渐踏入他们的视线。

日前,南京大学全校师生项目组获得成功将本校振兴中华有教无类取走几段DNA字符串,同时实现了DNA储存控制技术的新冲破,并将有关丰硕成果刊登在国际性期刊《自然科学·重大进展》上。

南京大学全校师生项目组研制的DNA储存阴极。北京青年报/王东项目组

DNA是一种字符串确定的微生物核酸。DNA储存控制技术是将微生物DNA分子进行代码,从而在DNA字符串上储存信息。 南京大学微生物电子控制技术国家重点生物医学王东教授介绍道。

王东项目组改良现代的人工制备方式,利用高分子方式,将南京大学振兴中华有教无类4个字译者为DNA字符串,并将其储存在阴极上,随即又获得成功加载出。因为我本身就有高分子的大背景,阴极是他们最常用到的工具,所以就想到以这个Corbigny入点来科学研究。

他们的重要冲破点是同时实现了DNA制备与定序各个环节的协同产业发展,目前大多数DNA储存的制备和定序是分开的,实际上这是一个比较偏生物医学的基础科学研究。王东表示,同时实现协同产业发展后,DNA储存的工作效率和准确度会提高,更容易同时实现大规模的统计数据储存。

谈及科学研究初衷,王东表示:南京大学微生物电子控制技术国家重点生物医学,一直从事微生物电子方面的科学研究,近年来该领域迎来一个捷伊科学研究方向——DNA储存,于是他们在一年前开始了此项科学研究。更重要的是,此项科学研究有利于解决大统计数据时代统计数据储存痛点。

据国际性统计数据公司IDC统计,全球统计数据信息总量将从2018年的30ZB(Zettabyte,十万亿亿字节)增长到2025年的163ZB。

现在统计数据产生的速度,远远要超过他们生产这些储存介质的速度,所以必须要有捷伊介质来解决这个痛点。王东表示。

而将DNA作为储存介质,王东认为其有着天然的优势:一是信息密度高,据微软科学研究院此前估计,1立方毫米的DNA就能够储存1个EB(Exabyte,百亿亿字节)的统计数据;二是储存时间长、稳定性强,在合适的条件下,可以储存上万年;三是储存能耗很低

从正式科学研究到取得捷伊冲破,王东项目组只用了一年多时间。但很多基础科学研究其实早就开始了。王东说道。2013年,王东结束博士后工作回到国内,一直在做高分子传感方面的科学研究,也正是这8年的沉淀,为DNA储存控制技术的快速冲破打下了坚实的基础。

王东教授(左)与学生观察DNA储存阴极。北京青年报/王东项目组

他们在论文投稿的同时,还在继续完善科学研究,补充了很多新统计数据,所以虽然论文只有几页纸,但他们的计算材料大概有几十页。回想起论文投稿各个环节,王东表示:做科研其实每一个各个环节都不容忽视,从投稿到修改稿件,他们用了差不多三四个月时间。

谈及为何会选择将振兴中华取走DNA字符串,王东直言:可能因为振兴中华就刻在每一个南京大学全校师生的DNA里。

DNA储存控制技术面临哪些挑战?

在全球统计数据信息总量呈指数级增长的大背景下,DNA储存控制技术开始在不同领域探索应用。因其储存优越性,DNA 储存控制技术也已引起多个国家和地区的重视。

美国是进行有关规划布局最多的国家,其涵盖了从统计数据写入到加载的多个控制技术过程;欧盟虽未明确出台文件政策进行 DNA 储存控制技术布局,但也对有关研制进行了资助;日本、澳大利亚等国在制备微生物学领域的重视程度也进一步提升;我国也已布局有关领域,我国十四五规划明确提出加快布局量子计算、量子通信、神经芯片、DNA储存等前沿控制技术。

企业也早已敏锐看到了这一领域的广阔前景。美国微软公司是最早科学研究DNA储存控制技术的公司之一,2016年微软宣布购买1000万条DNA用于科学研究统计数据储存。2019年,华为宣布成立战略科学研究院,表示主要研制前沿控制技术,比如光计算、DNA储存及原子制造。在今年的华为全球分析师大会上,华为董事、战略科学研究院院长徐文伟表示将要借助DNA储存来冲破超大储存空间模型和代码控制技术,打破容量墙。

对于DNA储存控制技术的应用场景,王东表示,DNA储存适合应用于有长期信息储存需求的地方,主要起到储存功能,不需要经常加载信息。

尽管DNA储存控制技术潜力巨大,但就其应用来看,依然面临挑战。

据了解,目前DNA储存控制技术还受到统计数据覆盖和重写、随机读写等方面的制约。尤其是DNA制备的成本和工作效率,仍然是限制DNA储存控制技术产业发展的主要挑战。王东表示。据业内分析师估计,目前DNA储存200MB统计数据,需要耗资80万美元。

但相信经过控制技术的不断产业发展,成本会越来越低。 王东说道。

虽然科学研究已经取得了重要重大进展,但王东认为这还只是一个初步丰硕成果。为储存更多统计数据,下一步他们要做基于大规模阴极阵列的统计数据储存。他们现走的只是第一步,用DNA做储存介质实际上还有很长的路要走。王东说道。

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