大自然以DNA 的形式展示瞭如何以節省空間的方式長期存儲數據。維爾茨堡生物信息學教席正在為計算機技術開發DNA 芯片。遺傳分子DNA 因其能夠在極小的空間內長期存儲大量信息而聞名於世。因此，近十年來，科學家們一直在追求開發計算機技術DNA 芯片的目標，特別是用於數據的長期存檔。

研究人員一直在關注DNA 作為數據存儲介質的潛力，因為DNA 能夠在極小的空間內存儲大量信息。

DNA 鏈中有四個重複出現的基本構件。這些模塊的特定序列可以用來編碼信息，就像大自然一樣。要製作DNA 芯片，必須合成並穩定相應的編碼DNA。如果效果良好，信息可以保存很長時間–研究人員假設可以保存幾千年。通過自動讀取和解碼四個基本構件的序列，就可以檢索信息。

這種芯片在存儲密度、壽命和可持續性方面都優於傳統的矽基芯片。

信息可以以DNA 的形式存儲在由半導體納米纖維素製成的芯片上。光控蛋白質讀取信息。圖片來源：維爾茨堡大學生物信息學系主任

DNA 數據存儲面臨的挑戰

德國維爾茨堡朱利葉斯-馬克西米利安大學（Julius-Maximilians-Universität，JMU）生物信息學教研室主任托馬斯-丹德卡爾（Thomas Dandekar）教授說：”大容量、長壽命的數字DNA 數據存儲是可行的，這一事實近年來已多次得到證實。但存儲成本很高，每兆字節接近40 萬美元，而且DNA 中存儲的信息只能緩慢檢索。根據數據量的大小，需要數小時到數天的時間”。

研究人員必須克服這些挑戰，才能使DNA 數據存儲更加適用和適銷對路。這方面的合適工具是光控酶和蛋白質網絡設計軟件。托馬斯-丹德卡（Thomas Dandekar）及其主席團隊成員阿曼-阿卡什（Aman Akash）和埃琳娜-本庫洛娃（Elena Bencurova）在《生物技術趨勢》（Trends in Biotechnology）雜誌最近的一篇評論中討論了這一問題。

Dandekar 的團隊深信，DNA 作為數據存儲的未來。在該雜誌上，JMU 的研究人員展示瞭如何將分子生物學、納米技術、新型聚合物、電子學和自動化結合起來，再加上系統化的開發，使DNA 數據存儲在幾年內就能用於日常使用。

創新的DNA芯片開發

在JMU 生物中心，Dandekar 的團隊正在開發由細菌生產的半導體納米纖維素製成的DNA 芯片。教授說：”通過我們的概念驗證，我們可以展示目前的電子和計算機技術如何被分子生物元件部分取代。通過這種方式，不僅可以實現可持續發展、完全可回收、即使在電磁脈衝或電力故障時也能保持高穩定性，而且還可以實現每克DNA 高達十億千兆字節的高存儲密度。”

托馬斯-丹德卡認為，DNA 芯片的開發具有重要意義的，他說：”只有當我們躍進到這種結合了分子生物學、電子學和新型聚合物技術的新型可持續計算機技術領域時，我們的文明才能長久。對人類來說，最重要的是走向與地球邊界和環境相協調的循環經濟。我們需要在20 到30 年內實現這一目標。芯片技術是這方面的一個重要例子，但生產芯片而不產生電子廢物和環境污染的可持續技術尚未成熟。我們的納米纖維素芯片概念為此做出了寶貴貢獻。在這篇新論文中，我們對我們的概念進行了嚴格審查，並結合當前的研究創新進一步推進了這一概念。”

進一步改進DNA 存儲介質

Dandekar 的團隊目前正致力於將半導體納米纖維素製成的DNA 芯片與他們開發的設計酶更好地結合起來。這些酶還需要進一步改進。

“通過這種方式，我們希望能更好地控制DNA 存儲介質，使其能夠存儲更多的內容，同時還能節約成本，從而逐步實現在日常生活中作為存儲介質的實際應用。”