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光明图片/视觉中国

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新年致读者

你好，2025！

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咱们将延续关怀科技前沿，为您奉上最新最酷的科技效果。

咱们将合手续作念好科学普及，传播科学精神，为全民科学修养的进步积贮点滴力量。

咱们将聚焦科技新政，深度领悟战术背后的内涵与深意。

咱们将凝眸科技使命者，为那些在科技强国缔造中躬身奉献的科技东谈主点赞。

2025年，是“十四五”狡计的收官之年，亦然将全面深入更正推向纵深的枢纽之年。让咱们一谈，感受科技的力量，为加速完结高水平科技自立自立，喝彩！饱读劲！

在数字化迅速发展的时期，咱们产生和需要存储的数据量呈爆炸式增长。传统的存储模式，如硬盘、磁带等，正濒临存储容量有限、颐养本钱高以及存储开导寿命短等诸多放手。自20世纪60年代起，DNA分子因其高存储密度、高健硕性和易复制等特质，迟慢步入各人视线，成为改日存储期间的新但愿。“DNA不错用作信息存储介质吗？”动作信息规模的前沿热门，被国外学术期刊《科学》列入125个科知识题之一。2022年，我国“十四五”狡计将DNA存储列为与新一代转移通讯期间、量子信息、第三代半导体等并排的新兴期间。

揭开DNA存储的秘密面纱

DNA，即脱氧核糖核酸，是生物体内承载遗传信息的大分子。它由腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）四种核苷酸按特定端正胪列而成，恰似计较机代码中的0和1，共同编织出生命的遗传密码。

DNA存储期间等于奥秘独揽了DNA的这一本性，将数字化信息调动为DNA序列进行存储。浅易来讲，等于把咱们日常使用的二进制数据，比如电脑文献等，依据特定编码功令，调动为由A、T、G、C构成的DNA序列。举例，一段二进制代码通过编码www 91porn com，梗概调动为一串DNA序列，再将合成好的DNA置于一定环境中，DNA信息存储便得以完结。

DNA数据存储的历史，可回想至20世纪60年代中期，好意思国麻省理工学院栽培维纳和苏联物理学家涅曼初度提议“遗传顾忌”认识，但受限于那时DNA测序与合成期间，仅仅一个初步构想。1988年，哈佛大学栽培戴维斯第一次想象并合成了一个包含18个核苷酸的DNA片断，而况将其篡改至大肠杆菌中，这象征着DNA存储的初度实验完结。受戴维斯启发，全球其他科学研究团队也运转了基于DNA分子的活细胞存储研究。直到2012年，哈佛大学栽培丘奇和欧洲生物信息学研究所科学家戈德曼完结了龙套性科学阐发，通过翻新性的编码模式以及先进的生物期间技能，初度将典籍内容完整存入DNA之中，充分展示出DNA动作存储介质的浩大后劲。

动作生物的遗传物资，DNA分子具有高密度的特质。表面上来说，1克DNA梗概能存储215PB数据，荒谬于1000万小时操纵的高清视频。据报谈，1吨DNA分子的存储容量致使能装得下全球所罕有据总量。这为治理海量数据存储问题，开拓了广阔出路与新念念路。

同期，DNA具有高度健硕性，在安妥要求下，DNA可保存数千年乃至更久。科学家从邃古死活字石中索要DNA并开展研究分析的实例，充分阐发注解了DNA极强的健硕性和永远保存信息的才智。比拟硬盘等传统存储介质几年到十几年的使用寿命，DNA存储上风显赫。

此外，在引申低碳可合手续发展的时期配景下，DNA存储颐养的粗劣耗上风退却小觑。传统存储模式能耗较高，而DNA存储稀奇耗能极低——合成并存储收场后，在日常环境下便可保存信息。这对节能减排深嗜首要。

DNA存储何故完结

那么，若何完结DNA存储？

第一步，将数据写入DNA：数据与DNA序列调度的桥梁——编码。

编码是DNA存储的首要枢纽，是将二进制数据调动为DNA序列。要完结精准编码，需制定严谨的编码功令。科学家不时依据DNA核苷酸合成的放手和数据的存储需求进行想象。比如，功令每2个二进制位对应一种核苷酸组合，00对应A，01对应T，10对应G，11对应C等。

不外，将数字信息准确编码为DNA序列并非易事，需要想象合适的编码算法和决议。一方面要确保信息梗概完整、准确地合成为DNA序列，另一方面还要研究编码效劳和冗余度等问题，以便在后续存储和读取经过中完结高效操作。此外，传统DNA存储以化学合成的模式逐一加入代表信息的核苷酸，只可串行写入分子信息，当存储多数数据时，濒临存储速率慢、本钱高的问题。

第二步，构建存储信息的DNA分子：编码完成后，按编码的端正逐一加入核苷酸，合成DNA链。

现在常用的传统化学合成轮番是基于磷酰胺的化学合成法，但研究到其合成速率慢、本钱高档谬误，科学家也在探索新式DNA合成期间。其中，酶促合成法备受关怀，它独揽DNA团员酶等催化DNA合成反馈。

与传统轮番比拟，酶促合成法操作浅易、枢纽方便，但同期也存在酶的活性调控艰巨、精准数目的序列合成适度难等问题。

连年来，主流DNA存储期间是基于“重新合成”门道，串行进行分子信息写入。尽管重新合成期间在通量和效劳上握住进步，但串行合成的底层践诺仍严重影响了DNA存储写入速率和本钱，阻截了DNA存储的实用化发展。

第三步，存储与读取期间：保险数据的保存与规复。

DNA存储对环境要求要求比较平方，一般需将合成好的DNA保存在低温、干燥且避光的环境中。低温（不时零下20摄氏度致使更低）和干燥能有用减缓DNA分子降解速率；避光则是为了堤防光照激发DNA分子的毁伤，从而保险存储数据准确性。而读取DNA存储数据的轮番，等于DNA测序。需依靠DNA测序期间取得其核苷酸序列。现在主流的DNA测序期间有桑格测序法、NGS测序和纳米孔测序等。

并行DNA存储龙套传统期间瓶颈

针对DNA存储信息串行写入的问题，北京大学DNA存储团队龙套传统“重新合成”串行写初学道，提议了一种基于并行写入策略的新式DNA存储策略（该研究使命于2024年发表在《当然》上）。这种轮番通过DNA自拼装介导的选择性酶促甲基化（表不雅遗传修饰），对DNA中特定位点进行甲基化，以完结信息编码，幸免了对重新合成DNA的依赖。这种轮番被形象地比方为DNA上的活字印刷期间，不仅不错加速信息的写入速率，而况由于袭取预制的分子活字块和长链模板，方便批量操作，极大裁减了存储本钱。

率先事先合成700种“DNA活字”和5条DNA长链“白纸”模板。通过东谈主工想象，使得每个“活字”块齐可通过DNA自拼装锚定到模板上的特定位置。其中，每个位置的DNA“活字”有两种：佩戴或不佩戴甲基修饰，分袂代表0或1。随后，通过甲基篡改酶介导半甲基化篡改，将模板中的特定位置甲基进行篡改，从而完结并行的选择性分子信息写入。

研究团队使用有限的预制DNA活字和长链模板排版编程，在自动平台上完结约27.5万个比特的并行甲基修饰信息写入，单次反馈分子写入通量为350比特，极大进步了DNA存储的信息写入通量（重新合成的DNA数据存储中单个反馈约1比特的输出量）。

这项期间的中枢龙套在于，能通过预制的DNA模板和活字块，在分子底层以排版的模式并行打印表不雅比特（epi-bit）信息，完结分子数据的精准高通量写入，进而完成大规模并行DNA存储。与传统DNA数据存储轮番比拟，这种活字印刷并行写入模式仅需有限数目的预制DNA分子，幸免了复杂烦琐DNA序列编码经过，不仅大幅裁减分子信息写入复杂度，还能裁减本钱、进步操控无邪性。

诚然DNA存储期间在合手续跨越，但仍濒临一些亟待破解的问题。

DNA合成和测序本钱仍较为腾贵。DNA合成需复杂化学工艺和高端开导，导致DNA存储的本钱居高不下。相通，尽管测序期间合手续跨越，但准确测序本钱仍然较高，这使得DNA存储难以应用于现实生涯。与硬盘等传统存储开导的读取速率比拟，DNA存储走向实用化差距较着。此外，在DNA存储经过中，写入和读取枢纽缝隙率较高。举例，写入经过可能出现不正确的修饰等缝隙，读取时也可能因测序纰缪导致还原数据不准确等。这些分子数据存储自己存在的问题，将影响DNA存储的可靠性和实用性。

尽管如斯，DNA照旧最具广阔应用出路的存储模式之一。

——在永远冷数据存储方面，像国度历史档案、疏淡文物贵寓这类需要永远保存的数据，DNA有着超长存储时候以及高存储密度的上风，是联想的存储模式。将这些数据存于DNA中，哪怕过了数千年依然能竣工读取，有劲保险了东谈主类时髦的传承。

——在航天规模，航天行为中数据存储的能耗和天外复杂环境是枢纽的考量重心。而DNA存储具备粗劣耗、高存储密度和高健硕的本性，因此有望适用于该规模。比如，科学家不错把航天器飞翔数据、科学实验数据等存储在DNA中，既能减弱存储开导分量，又能在动力有限要求下完结数据的永远保存。

——在生物医学规模，DNA可用来存储多数的基因数据、医疗会诊像片和病东谈主病历等。跟着个性化医疗握住发展，关于患者个体基因数据永远保存以及准确读取的需求也在合手续加多。

——在私东谈主数据存储方面，并行DNA存储期间，由于操作浅易、环境需求低和预制合成等特质，绝顶得当于高阴私要求的私东谈主定制DNA存储应用。这也有望鞭策DNA存储的实用化发展，走入千门万户。

DNA存储动作新兴期间，已展现出浩大上风。改日，它很可能成为数据存储的蹙迫模式之一，为海量数据存储与干系规模的发展提供有劲复旧。

（作家：张成、钱珑www 91porn com，分袂系北京大学计较机学院副研究员，北京大学定量生物中心副研究员）