一種DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)譯碼方法及裝置

一種DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)譯碼方法及裝置背景隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)量不斷增大，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)方式已經(jīng)不能滿足需求。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，如硬盤、光盤、閃存等存儲(chǔ)介質(zhì)會(huì)隨著時(shí)間的流逝而逐漸損壞，而且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)間也不斷變短。為此，人們開始研究如何尋找更加穩(wěn)定、存儲(chǔ)時(shí)間更長的方式，其中，DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)被人們提了出來。DNA分子具有極高的信息密度、存儲(chǔ)穩(wěn)定性和存儲(chǔ)密度，因此DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)被認(rèn)為是迄今為止可靠性最高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式之一。DNA存儲(chǔ)譯碼方法DNA存儲(chǔ)屬于一種“生物大數(shù)據(jù)”存儲(chǔ)方式，其操作過程分為以下三步：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為DNA序列將DNA序列嵌入到壽命較長的物質(zhì)中存儲(chǔ)通過DNA序列還原出原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為DNA序列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為DNA序列通常采用編碼技術(shù)，將不同形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一定規(guī)則的DNA序列。DNA序列的最基本組成單位是核苷酸，包括腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、鳥苷四種分子。由于DNA分子只能包含特定的核苷酸，因此需要將所有數(shù)據(jù)都編碼成由4種核苷酸構(gòu)成的基因序列。目前，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為DNA序列主要有兩種方法：1.基于哈夫曼編碼的DNA序列轉(zhuǎn)換方法該方法先用哈夫曼編碼對(duì)需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，然后將其轉(zhuǎn)化為DNA序列存儲(chǔ)。哈夫曼編碼優(yōu)化了數(shù)據(jù)序列，減少了冗余數(shù)據(jù)，從而在DNA序列方面節(jié)約了存儲(chǔ)空間。2.基于翻譯成氨基酸的DNA序列轉(zhuǎn)換方法該方法通過將原數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成氨基酸序列，再將氨基酸序列轉(zhuǎn)化為DNA序列來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是減少了純DNA序列中的錯(cuò)誤和丟失，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。DNA序列嵌入物質(zhì)中存儲(chǔ)將DNA序列嵌入到壽命較長的物質(zhì)（如硅藻土、玻璃、石墨）中可以在一定程度上延長數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間。下面以未來，我們采用硅藻土作為DNA序列的存儲(chǔ)媒介為例，介紹DNA序列在硅藻土中嵌入的過程。DNA表面修飾在將DNA序列嵌入到硅藻土中進(jìn)行存儲(chǔ)之前，首先需要對(duì)DNA進(jìn)行表面修飾。表面修飾的目的在于增加DNA與硅藻土之間的親和力，從而使DNA序列能夠牢固地嵌入到硅藻土中。表面修飾的方式包括：磷酸修飾為了嵌入到硅藻土中，DNA序列需要在其表面上引入短鏈磷酸基團(tuán)?？梢酝ㄟ^化學(xué)反應(yīng)，將磷酸基團(tuán)引入到DNA序列上。連接適配子連接適配子的作用是將DNA與硅藻土表面相連，從而增加DNA與硅藻土表面的親和力。往往會(huì)將適配子與DNA表面上新增的磷酸基團(tuán)相連接。嵌入硅藻土中將已經(jīng)經(jīng)過表面修飾的DNA序列與硅藻土混合拌勻，然后用高壓裝置將硅藻土壓縮成固體塊。在這個(gè)過程中，先將含有DNA序列的水溶液先冷凍，然后用真空蒸餾器將解除水的DNA序列擊出后，重復(fù)上述過程至相應(yīng)的DNA序列長度全部載入為止。只有當(dāng)硅藻土徹底固化之后，才能確保在硅藻土徹底結(jié)晶之前被DNA序列所固定，并能夠穩(wěn)定存在更長時(shí)間。DNA序列還原出原始數(shù)據(jù)將嵌入硅藻土中的DNA序列還原出原始數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行以下兩個(gè)步驟：分離DNA序列借助一些識(shí)別匹配序列的幫助，如PCR、特殊的酶及其它化合物，從硅藻土中分離出含有DNA的部分。讀取DNA序列將從硅藻土中分離出的DNA進(jìn)行測序，然后將測序結(jié)果翻譯回原始數(shù)據(jù)。DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置分為數(shù)據(jù)讀取和寫入兩個(gè)部分。數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寫入部分負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)通過編碼、嵌入DNA序列等方式，存儲(chǔ)到硅藻土、玻璃等材質(zhì)中。數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)讀取部分負(fù)責(zé)將從硅藻土等物質(zhì)分離出的DNA序列中讀取數(shù)據(jù)，并翻譯還原成原始數(shù)據(jù)。結(jié)語DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)被廣泛認(rèn)為是相對(duì)于其他存儲(chǔ)方式，最具穩(wěn)定性、可靠性、永久性的一種存儲(chǔ)方式，各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果