DNA芯片作為未來的存儲介質，需要克服哪些挑戰？

遺傳分子DNA可以在很小的空間內長時間存儲大量的信息。因此，近十年來，科學家們一直在試圖開發DNA芯片，用于數據的長期存檔。這種芯片在存儲密度、壽命和可持續性方面都優于傳統的硅基芯片。

眾所周知，DNA鏈由四個反復出現的堿基（A、T、G、C）組成。人們可使用特定序列的堿基來編碼信息，就像大自然一樣。在構建DNA芯片時，必須穩定合成相應的編碼DNA。如果這種方法效果好，這些信息可以保存很長時間——研究人員認為可以保存幾千年。通過自動讀取和解碼四種堿基的序列，就可以檢索信息。

需要克服哪些挑戰

德國維爾茨堡大學（JMU）生物信息學系主任Thomas Dandekar教授認為：“近年來，多項數據表明高容量和長壽命的數字DNA數據存儲是可行的。不過，存儲成本很高，每兆字節（Mb）接近40萬美元，而且存儲在DNA中的信息只能緩慢檢索。大概需要數小時到數天的時間，具體取決于數據量。”

Dandekar教授及其團隊成員近日在《Trends in Biotechnology》雜志上發表綜述文章，討論了這一問題。他們認為，必須克服這些挑戰，讓DNA數據存儲具有更廣泛的適用性和更廣闊的市場前景。這方面的合適工具是光控酶和蛋白質網絡設計軟件。

Dandekar的研究團隊深信，DNA代表數據存儲的未來。維爾茨堡大學的研究人員展示了如何將分子生物學、納米技術、新型聚合物、電子學和自動化相結合，再加上系統化的開發，讓DNA數據存儲在未來幾年成為日常應用。

由納米纖維素制成的DNA芯片

在維爾茨堡大學生物中心，Dandekar的團隊正在開發由細菌產生的半導體納米纖維素制成的DNA芯片。“在我們的概念驗證研究中，我們展示了目前的電子和計算機技術如何被分子生物學元件部分取代，” Dandekar教授說。

通過這種方式，他們可以實現可持續性、完全可回收性和高穩健性，甚至可以抵抗電磁脈沖或電源故障。此外，他們還可以實現高存儲密度，每克DNA可存儲高達10億千兆字節（Gb）的數據。

Thomas Dandekar認為DNA芯片的發展與人類息息相關：“只有當我們跨越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時，我們的文明才能長久存在。”

他認為，對人類來說，最重要的是轉向與地球和環境和諧相處的循環經濟。“我們需要在20到30年內實現這一目標。芯片技術就是這方面的一個重要例子，不過，在生產芯片時不產生電子垃圾和環境污染的可持續技術還不成熟。我們的納米纖維素芯片概念對此做出了寶貴的貢獻。”

Dandekar的研究團隊目前正致力于將半導體納米纖維素制成的DNA芯片與他們開發的工程酶更好地結合起來。“通過這種方式，我們希望更好地控制DNA存儲介質，并能夠在其中存儲更多東西，同時節省成本，從而逐步實現在日常生活中作為存儲介質的實際應用。”

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