DNA”計算機”能解決數獨問題並將大量資料儲存千禧年
一項新技術可以在DNA 中儲存數千甚至數百萬年的數據,從而使完整的DNA 電腦更近了一步。系統還能處理數據,解數獨謎題就是證明。你小手指上的資料儲存容量比最好的電子硬碟還要大。我們說的是字面上的意思–身體中的每個細胞都能儲存約800 MB 的數據,而人是由數萬億個細胞組成的,因此我們每個人都是一個會走路、會說話的超密集資料中心。因此,科學家們一直致力於開發這種高效能的天然資料儲存系統也就不足為奇了。
不過,它也不是沒有問題。 DNA 在工作時相當脆弱,很難對其進行可靠的寫入、讀取、移動和處理。但是,這項新研究聲稱已經開發出一種新系統,可以解決這些問題。關鍵在於一種柔軟的聚合物材料,這種材料就像DNA 的支架,可以脫水長期保存,也可以重新水合以進行檢索。
該研究的共同通訊作者奧林-韋列夫(Orlin Velev)說:”具體來說,我們創造了一種聚合物結構,我們稱之為樹枝狀膠體(dendricolloids)–它們始於微觀尺度,但以分層的方式相互分支,形成奈米級纖維網絡。 DNA在資料儲存方面的吸引力所在。
這種技術能以令人難以置信的高密度儲存資料–每立方公分10 PB。換句話說,就是在方糖大小的空間裡儲存1 千萬GB 的資料。樹枝狀膠體能比裸DNA 更好地保存文件,並能經歷170 多個脫水/再水化循環,而裸DNA 只能經歷60 個循環。
與其他DNA 資料技術一樣,這種技術非常適合長期存檔。研究人員預測,在4 °C(39 °F)的冰箱溫度下,儲存在聚合物奈米纖維上的DNA 的半衰期約為6000 年,而在零下18 °C(0.4 °F)的環境中冷凍儲存,半衰期則可長達200 萬年。
要將資料寫入DNA,演算法首先要將其轉換成核酸序列,也就是我們熟悉的DNA 代碼ACGT 字母。利用從DNA 複製資料的RNA 分子,然後對RNA 進行定序,就能檢索到特定的訊息片段。這意味著,與現有的一些DNA 資料技術不同,不必破壞DNA就能讀取資料。
新系統也可以利用酵素直接在DNA 中計算。讓該系統解決簡化的3 x 3 西洋棋和數獨問題就證明了這一點。
這項研究的第一作者凱文-林(Kevin Lin)說:「將DNA訊息與儲存在奈米纖維上的DNA訊息區分開來的能力,使我們能夠執行許多與電子設備相同的功能。我們可以直接從材料表面複製DNA 訊息,而不會傷害DNA。可以讓我們實現全方位的DNA 資料儲存和運算功能”。
這不僅能幫助DNA 資料儲存的發展,也能為完整的DNA 電腦鋪路。