DNA芯片作为未来的存储介质需要克服哪些挑战
遗传性分子DNA可以在很小的空间内长期存储大量信息。因此，十年来，科学家们一直致力于开发用于计算机技术的 DNA 芯片，例如用于数据的长期存档。此类芯片在存储密度、寿命和可持续性方面优于传统的硅基芯片。
在 DNA 链中发现了四个重复出现的基本构件。这些块的特定序列可用于编码信息，就像大自然一样。为了构建 DNA 芯片，必须合成并稳定相应编码的 DNA。如果效果良好，信息可以保存很长时间——研究人员假设可以保存几千年。可以通过自动读出和解码四个基本构建块的序列来检索信息。
必须克服哪些挑战
维尔茨堡朱利叶斯·马克西米利安大学 (JMU) 生物信息学系主任托马斯·丹德卡 (Thomas Dandekar) 教授表示：“近年来，高容量和长寿命的数字 DNA 数据存储是可行的，这一事实已被多次证明。” “但存储成本很高，每兆字节接近40万美元，而且DNA中存储的信息只能缓慢检索。需要几小时到几天的时间，具体取决于数据量。”
必须克服这些挑战，使 DNA 数据存储更加适用和适销对路。合适的工具是光控酶和蛋白质网络设计软件。Thomas Dandekar 及其主席团队成员 Aman Akash 和 Elena Bencurova 在《生物技术趋势》杂志最近的一篇评论中对此进行了讨论。
Dandekar 的团队坚信 DNA 作为数据存储的未来。在该杂志中，JMU 研究人员展示了分子生物学、纳米技术、新型聚合物、电子学和自动化的结合，再加上系统开发，如何在几年内使 DNA 数据存储可用于日常使用。
由纳米纤维素制成的 DNA 芯片
在 JMU 生物中心，Dandekar 的团队正在开发由细菌产生的半导体纳米纤维素制成的 DNA 芯片。“通过我们的概念验证，我们可以展示当前的电子和计算机技术如何被分子生物成分部分取代，”教授说。通过这种方式，不仅可以实现可持续性、完全可回收性以及即使面对电磁脉冲或电源故障的高稳健性，而且还可以实现每克 DNA 高达 10 亿 GB 的高存储密度。
托马斯·丹德卡 (Thomas Dandekar) 认为 DNA 芯片的发展具有高度相关性：“只有飞跃到这种将分子生物学与电子学和新聚合物技术相结合的新型可持续计算机技术，我们的文明才能长期持续下去。”
他说，对人类来说重要的是转向与地球边界和环境和谐相处的循环经济。“我们需要在20到30年内实现这一目标。芯片技术就是一个重要的例子，但是在没有电子垃圾和环境污染的情况下生产芯片的可持续技术尚未成熟。我们的纳米纤维素芯片概念为此做出了宝贵的贡献.在这篇新论文中，我们批判性地审视了我们的概念，并通过当前的研究创新进一步推进了它。”
进一步改进 DNA 存储介质
Dandekar 的团队目前正致力于将半导体纳米纤维素制成的 DNA 芯片与他们开发的设计酶更好地结合起来。酶也需要进一步改进。“通过这种方式，我们希望能够对DNA存储介质进行越来越好的控制，并能够在其上存储更多内容，同时还能节省成本，从而逐步实现作为存储介质在日常生活中的实际应用。”
所述工作得到德国研究基金会(DFG)和巴伐利亚自由州的财政支持。重要的合作伙伴有圣彼得堡国立信息技术、力学和光学大学 (ITMO) 教授 Sergey Shityakov、马德里自治大学 Daniel Lopez 博士、弗莱堡大学 Günter Roth 博士和 BioCopy GmbH (埃门丁根)。
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