首个业内DNA存储技术规范发布

news2024/12/26 22:32:31

在DNA数据存储的检索过程中，采用了三个输入对应一个输出逻辑实现的算法模式来生成数据表示的模式。这一算法模式的设计是为了有效编码和解码存储在DNA分子上的信息。

其中提到的“扰动比例”δ(n)是一个关键概念，它衡量的是在总的细胞数目（此处为128×128=16,384个细胞，这里的细胞可能指的是数据位或者代表DNA序列的位点）中发生了初始状态改变（比如从0变为1或从1变为0）的细胞数量占比。这种扰动可能源于DNA合成、存储或测序过程中的误差。

为了验证DNA数据存储系统中数据检索的可行性，研究人员进行了实验，他们通过分析算法模式中的特征参数，提取出表征数据的关键特征。实验涉及对含有扰动的DNA序列进行处理，观察在不同程度扰动下（如δ=0表示没有扰动，而δ≠0则表示存在扰动）模式的差异性，并对比扰动前后的信息位和相应位置上的碱基变化。

通过这种方法，可以评估即使在存在一定程度扰动的情况下，依然能够从扰动的DNA序列中准确恢复原始信息的可能性。此外，实验还通过构建带有探针链的双链结构，以及对仅略有差异的单链进行测序，并根据不同的噪声规则绘制标准偏差图等方式，进一步深入研究了DNA数据存储的稳定性和可靠性。这些研究结果对于优化DNA数据存储系统的检索算法和提高数据恢复成功率至关重要。

随着基因编辑技术的发展和生物计算领域的进步，DNA存储技术正逐步从概念验证阶段迈向实际应用阶段。它有望在未来大数据洪流中扮演重要角色，为人类社会提供一个持久、安全且环保的大容量存储解决方案。然而，距离大规模商用还有一定距离，科学家们还需继续攻克相关技术难题，才能真正让DNA存储技术引领我们步入“生物比特”时代。

近期，DNA数据存储联盟发布了其首个DNA存储规格，旨在标准化存储供应商信息和编解码器（CODECs），从而为推动DNA存储成为一种可行的数据存储形式奠定了基础。尽管DNA存储技术尚处于起步阶段，DNA数据存储联盟成员推出的两项新规格，标志着首个有望得到全行业广泛接受的标准诞生。

DNA作为存储介质的主要问题在于，它的本质是用来存储遗传信息而非人类创造的数据，如图片和视频。正如DNA数据存储联盟所述，“DNA不具备固定的物理结构、内置控制器，也无法线性寻址至媒体的不同区域”。为此，联盟提出需要开发一种新的启动DNA以供存储用途的方法。

联盟制定了两项标准来规范DNA存储中的供应商数据存储和内部使用的CODEC：Sector Zero和Sector One。其中，Sector Zero包含了识别DNA制造商及其采用何种CODEC（负责将DNA数据与数字数据相互转换的方法）编码Sector One的信息。而Sector One则包含元数据，旨在支持读取实际存储在DNA中的数据。

通过建立一套适用于非遗传数据存储的标准化编码方案和读写机制，使得DNA能够有效、可靠地承载和检索人工生成的数据。这两项规格可能是关于如何将二进制数据转换为DNA碱基序列、如何确保数据写入和读取过程中的准确性，以及如何在DNA分子层面实现类似传统存储设备寻址功能的创新解决方案。通过这种方式，DNA数据存储联盟期望能够克服DNA存储技术当前面临的挑战，并推进其实现工业化和市场化应用。

尽管DNA存储技术已经存在，并且理论上可以花费1100美元购买到1KB的DNA存储空间，但DNA数据存储联盟承诺的则是标准化，而这在某种程度上甚至比DNA存储技术本身更为重要。一套统一的读写DNA数据的标准格式理论上能够防止行业碎片化到阻碍DNA存储技术普及的程度。

DNA不仅被实验用于存储，而且具备被用作处理器的可能性。一项提交给权威科学期刊《自然》的研究论文表明，DNA可用于制造类似CPU的处理器。另一项实验则成功创造出集存储与处理功能于一体的DNA处理器。这些研究和发展揭示了DNA在数据存储领域广阔的应用前景及其可能带来的革命性突破。

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