大自然以 DNA 的形式展示了如何以节省空间的方式长期存储数据。维尔茨堡生物信息学教席正在为计算机技术开发 DNA 芯片。遗传分子 DNA 因其能够在极小的空间内长期存储大量信息而闻名于世。因此，近十年来，科学家们一直在追求开发计算机技术 DNA 芯片的目标，特别是用于数据的长期存档。

研究人员一直在关注 DNA 作为数据存储介质的潜力，因为 DNA 能够在极小的空间内存储大量信息。

DNA 链中有四个重复出现的基本构件。这些模块的特定序列可以用来编码信息，就像大自然一样。要制作 DNA 芯片，必须合成并稳定相应的编码 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。通过自动读取和解码四个基本构件的序列，就可以检索信息。

这种芯片在存储密度、寿命和可持续性方面都优于传统的硅基芯片。

信息可以以 DNA 的形式存储在由半导体纳米纤维素制成的芯片上。光控蛋白质读取信息。图片来源：维尔茨堡大学生物信息学系主任

DNA 数据存储面临的挑战

德国维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学（Julius-Maximilians-Universität，JMU）生物信息学教研室主任托马斯-丹德卡尔（Thomas Dandekar）教授说："大容量、长寿命的数字 DNA 数据存储是可行的，这一事实近年来已多次得到证实。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。根据数据量的大小，需要数小时到数天的时间"。

研究人员必须克服这些挑战，才能使 DNA 数据存储更加适用和适销对路。这方面的合适工具是光控酶和蛋白质网络设计软件。托马斯-丹德卡（Thomas Dandekar）及其主席团队成员阿曼-阿卡什（Aman Akash）和埃琳娜-本库洛娃（Elena Bencurova）在《生物技术趋势》（Trends in Biotechnology）杂志最近的一篇评论中讨论了这一问题。

Dandekar 的团队深信，DNA 作为数据存储的未来。在该杂志上，JMU 的研究人员展示了如何将分子生物学、纳米技术、新型聚合物、电子学和自动化结合起来，再加上系统化的开发，使 DNA 数据存储在几年内就能用于日常使用。

创新的DNA芯片开发

在 JMU 生物中心，Dandekar 的团队正在开发由细菌生产的半导体纳米纤维素制成的 DNA 芯片。教授说："通过我们的概念验证，我们可以展示目前的电子和计算机技术如何被分子生物元件部分取代。通过这种方式，不仅可以实现可持续发展、完全可回收、即使在电磁脉冲或电力故障时也能保持高稳定性，而且还可以实现每克 DNA 高达十亿千兆字节的高存储密度。"

托马斯-丹德卡认为，DNA 芯片的开发具有重要意义的，他说："只有当我们跃进到这种结合了分子生物学、电子学和新型聚合物技术的新型可持续计算机技术领域时，我们的文明才能长久。对人类来说，最重要的是走向与地球边界和环境相协调的循环经济。我们需要在 20 到 30 年内实现这一目标。芯片技术是这方面的一个重要例子，但生产芯片而不产生电子废物和环境污染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贡献。在这篇新论文中，我们对我们的概念进行了严格审查，并结合当前的研究创新进一步推进了这一概念。"

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。这些酶还需要进一步改进。

"通过这种方式，我们希望能更好地控制 DNA 存储介质，使其能够存储更多的内容，同时还能节约成本，从而逐步实现在日常生活中作为存储介质的实际应用。"