DNA存储技术教程VIP免费

DNA存储技术copyright@SYSU包崇学内容提纲一一DNA存储技术发展历程二二三三DNA存储技术的优、缺点四四什么是DNA存储技术？DNA存储技术原理五五DNA存储技术的应用前景六六DNA存储技术带给我们的启发一.什么是DNA存储技术？什么是DNA存储技术？二.DNA存储技术的发展历程早在2007年，生物学家就把枯草杆菌作为实验对象，将信息植入其DNA，一个细菌能够存储1/5的《圣经新约》（该书约有100万个英文字母），数据保存时间可达数百至数千年。2012年1月，德国的一个联合科研团队利用三文鱼的DNA制造出单次写入、多次读取的存储器。不过那个DNA存储装置至多能存储30个小时，并没有利用DNA结构进行编码。2013年的时候，历经三年时间，EwanBirney和NickGoldman的研究团队成功把154首莎士比亚十四行诗、一张欧洲生物信息研究所的JPG格式图片、一份关于DNA分子结构的PDF学术论文、马丁·路德·金演讲“我有一个梦想”的26秒片段以及一个编码系统文档统统存进了微量的DNA里！并把研究成果发表在了nature上。2012年9月，哈佛医学院教授、著名遗传学家GeorgeChurch（多届ICG大会的演讲嘉宾）的团队在Science杂志上发表的文章表示，他们将一本5.34万字的书籍、11张图片和一段Java程序存进了不到一沙克（亿万分之一克）DNA中。20072012.12012.92013哈佛研究团队欧洲生物信息研究所三.DNA存储技术原理DNA分子结构简介（一）•DNA是一种长链聚合物，组成单位为四种脱氧核苷酸：腺嘌呤脱氧核苷酸（dAMP）、胸腺嘧啶脱氧核苷酸（dTMP）、胞嘧啶脱氧核苷酸（dCMP）、鸟嘌呤脱氧核苷酸（dGMP）。•一分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成。DNA分子结构简介（二）•脱氧核糖（五碳糖）与磷酸分子借由磷酸二酯键相连，组成其长链骨架，排列在外侧。•四种碱基排列在内侧，并遵行碱基互补配对原则：A-T,C-G。存储编码原理(一)具体存储方法是为：对腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)分别赋予二进制值（胸腺嘧啶(T)和鸟嘌呤(G)=1，腺嘌呤(A)和胞嘧啶(C)=0），随后通过微流体芯片对基因序列进行合成，从而使该序列的位置与相关数据集相匹配。当需要对数据进行读取时，只需再将基因序列还原为二进制即可。一个编码、合成、排序、解码的过程。为了方便读取数据，研究人员还在每一个DNA片断的头部加入了特定比特的地址块（addressblock），以此来记录其在原始文件中的位置。DNA数字存储系统利用4个碱基“字母”A,T,C,G开发定制代码，完全区别于生物体所用“语言”。存储编码原理(二)在读取的时候，DNA测序仪器和计算机会按照序列索引，将DNA中存储的信息顺序排列，并转化为计算机能够识别的数字语言。不用担心写入和读取错误：通过一些特殊的算法处理以及采取扫描多个备份对比纠错等措施，写入或者读取的出错率是很低的，大概只有百万分之二。任何能转化为HTML文件的数据都可以用DNA进行存储，存储时把相应的HTML文件转换为01二进制文件，再转换为用生物语言ATCG标记的DNA编码序列，然后用DNA合成器进行合成，读取时用DNA测序仪测出DNA编码序列，然后再转换为01二进制文件，最后转换为原来的数据文件。四.DNA存储技术的优、缺点01体积小、易获取：一个脱氧核苷酸分子的长度只有1nm,一个碱基的高度只有0.34nm.一个水分子的直径约为0.324nm。人工合成DNA技术已经很成熟，能快速合成大量的DNA片段。03稳定性强（存储时间长）且不用经常维护：科学家通过实验证明在常温下DNA能存储几千上万年，而且利用一些特殊的技术如凝胶技术将其密封在干燥无菌缺氧的玻璃中，并将之冷却，那么保存上百万年也是没问题的。不用通电，节能、环保。02存储密度大（容量大）：1gDNA能存储大约2PB的数据相当于300万张CD，其它预测：1g=455EB，1ZB...DNA存储技术的优点01写入成本高：目前人工合成DNA的成本相当高，这也是阻碍它市场化的最大障碍。03无法擦除重写：因为DNA存储技术的原理决定了它是一次性存储的。02随机读取困难：很难从中读取某一指定位置的文件。DNA存储技术的缺点任何技术从发展到普及都是需要一个过程的，合成DNA的成本在不远的将来一定会达到一个人人都能接受的程度。通过在特定...