DNA 存储技术浅谈摘要:存储技术,这一计算机发展的重要支撑,越来越成为制约计算机技术发展的关键。DNA 存储技术是一种基于生物分子的数据存储技术。作为生物分子计算机领域的一个重要分支,由于它存储密度高、硬件成本低廉、存取高度并行性、扩充性强、储存长久性好,所以极有可能替代传统的存储系统。这里首先回顾了 DNA 存储技术的起源与发展,接着以 DNA 随机存储器为例,介绍了其存储原理、研究的内容与方法。最后针对 DNA 随机存储器存在的问题进行了分析和展望。关键字: DNA 存储计算机科学生物酶反应一、 DNA 存储技术研究背景众所周知,存储对于计算机的重要性,如同记忆对于人的重要性。,要求计算机存储设备不但有更大的数据存储容量、更高的数据传输速率以及更可靠的数据存储质量。还对如何使数据的存储更加经济和安全、存储在时间上和空间上的可扩展性都提出了更高的要求。目前的计算机存储体系的先天缺陷日趋显露且后续发展乏力。早已成为计算机应用提升的一大瓶颈。无论是硬盘还是 CD/DVD 光存储技术都无法应对未来计算机对存储的需求。据估计,不久的将来半导体、磁盘和光盘存储数据密度都将会达到其存储极限,这就迫切需要发展出可替代的新一代存储技术。 DNA 分子是一种强有力且有效的天然信息存储载体,它自 1985 年DNA : DNA 与数据存储系统有着明显的相似之处,两者都顺序的存储编码信息,都用符号来标注单个信息段的开头和结尾,都使用数据纠错译码来保证信息的完整性。因此,DNA 分子可被用来作为信息存储的载体。 DNA 存储技术就是以 DNA 分子为存储介质,以4种碱基 A、C、G和T对信息进行编码;将信息存储于 DNA 分子上;同时用现有的生化实验方法,使DNA 分子与各种生化酶进行生化反应,实现 DNA 分子的复制和 DNA 分子碱基的修改等操作,从而模拟存储器的数据读取和写入操作。由于 DNA 存储器具有工作稳定可靠、无磨损、信息容量大、存储寿命长、信息质量高、信息位的价格低、并行存取等优点而被视为超高密度、大容量的存储器。因此,基于生物存储的立体解决方案极有可能替代传统的存储系统。DNA 存储技术的研究是利用 DNA 分子巨大的信息储藏能力和 DNA 分子能与多种生化酶相互反应的特点来模拟并实现具有随机读写能力的 DNA 数据存储器。它的研究也是整个生物分子计算机研究中的一个重要分支。二、 DNA 存储技术的发展早在 20世纪 70年代,科学家就发现可以利用 DNA 的不同状态来代表信息的有或无,而 DNA 生物计算机的概念。基于分子构象相互作用的分子模式识别是生物系统信息处理的基础。 在80年代就提出了自组织的分子器件模型. 通过大量生物分子的识别与自组织可以解决宏观的模式识别与判定问题。美国南加州大学的 Adleman 教授于 1994 年11月在 Science 期刊上发表了一篇具有里程碑意义的论文。将生物分子技术成功地应用于解决传统的哈密顿圈问题。这一过程的实现向人们表明了用 DNA 分子处理方法来建立新的计算概念以新的计算机是可行的,开创了 DNA 分子计算的新纪
