首页 尖端科技正文

DNA 储存技术有新突破,你身边所有物品都能成为「硬碟」

admin 尖端科技 2020-05-07 48 0

DNA储存认为是未来数据储存的一大趋势,根据发表于《自然─生物技术》(Nature Biotechnology)期刊的最新研究,DNA储存技术又取得新突破。

据《Wired》报导,科学家透过含DNA数据的材料3D列印一只塑胶兔子,神奇的是,如果切下塑胶兔子的尾巴,也可以解码尾巴的DNA讯息后,制造出一只一模一样的兔子。




(Source:Wired)


这个场景,不禁让人联想电影《侏罗纪公园》的科学家透过封于琥珀的蚊子提取恐龙的DNA,成功让恐龙复活。这次不一样的是,透过DNA「复活」的并非有生命的物体,而是塑胶模型。


想像一下,这项技术能让DNA 的数据储存在几乎任何物体,这些物体损坏了没关系,只要还有一小块就能复原所有数据,也就说,所有物品都能成为储存数据的「硬碟」 。


以色列基因测序公司MyHeritage 首席科学家Yaniv Erlich 是这篇研究论文的主要作者,他把这种将DNA 整合到日常物品的技术,称为「万物DNA」(DNA of things),这将重新定义「智慧设备」。


要了解神奇的塑胶兔子是怎么做出来的,首先得简单了解DNA 储存数据的原理。所有计算机数据都是以0 和1 组成的二进制数储存和运算,而DNA 储存技术是用4 种碱基代替0 和1 ,将数位信号转为化学信号。


根据论文介绍,研究人员先将兔子的数位化模型数据转换为DNA 的碱基数据,并将DNA 分子封装至大小160 奈米的微型玻璃珠,并将数兆个珠子嵌入可生物降解的热塑性聚酯,用这种材料3D 列印兔子,所以塑胶兔子体内包含3.7 亿份描述轮廓的数位文件。




▲塑胶兔子的3D列印与解码原理图。(Source:Nature)


这只兔子叫史丹佛兔子(Stanford Bunny),这不是随便取的名字,所谓「史丹佛兔子」,是计算机图形学领域广泛采用的3D 测试模型,早在1994 年由史丹佛大学图形实验制作出来。


3D 列印并不新鲜,真正的突破在于只需切下这只「史丹佛兔子」一小块,就能还原整个兔子的数位化模型,这是怎么做到的?


研究人员透过聚合酶链式反应(PCR)复制扩增小块DNA 片段,这能将微量DNA 大幅增加,最后透过DNA 测序解读完整原始数据。



不过这些操作能做到的前提是保持DNA 分子化学结构完整,DNA 分子十分脆弱,高温、酸碱大幅变化和紫外线都可能破坏其中的编码讯息,Yaniv Erlich 利用生成带正电荷的二氧化矽颗粒为DNA 分子的保护壳,让DNA 分子于列印过程免遭破坏。


据悉研究人员透过这种方式一共做了5 代兔子,过程中没有任何讯息遗失,每代兔子的讯息都和原始数位文件相同。


美国加州大学洛杉矶分校生物化学专家Sriram Kosuri 认为,这项研究展示DNA 数据储存技术更有前景的应用方式,即「让数据储存无处不在」,所有日常物品都可用来储存有用的数据。



研究论文列举这项技术在医学领域的应用,可在医学植入物储存植入物的讯息和病人的病历资料,当成能保存更久的「DNA 电子病历」 。


这项研究证明这种技术的可行性,但现阶段并不实用。因为DNA 数据的解码成本太高且十分耗时。目前DNA 测序价格还不够亲民,Yaniv Erlich 制作兔子的成本约新台币61,530 元,且从编码到解码需要花费几十个小时。


数据输入和读取效率一直是DNA储存技术商业化的最大瓶颈之一,今年初微软首次达成全自动DNA讯息储存,仅编码「hello」5个字母,从转换到读取就要花21小时。


除了3D 列印兔子,研究人员还进行另外一项实验,将一段1.4MB 的影片储存于眼镜的树脂玻璃镜片,展示透过这种技术隐藏讯息的潜力。这大概会成为电影里特工的又一项黑科技吧。


在科幻小说《三体》,人们发现发现讯息储存1 亿年的唯一可行方法,就是「把字刻在石头上」。很多人会说这样储存的讯息量十分有限,但透过这种「万物DNA」技术,将数据储存在石头里,或许真的能做到数据永久储存。


评论