近期，中國科學(xué)院北京基因組研究所攜手計(jì)算技術(shù)研究所及中科計(jì)算技術(shù)西部研究院，共同宣布了一項(xiàng)創(chuàng)新成果——“畢昇一號(hào)”DNA活字噴墨打印機(jī)的問世。這款設(shè)備靈感源自中國古代的活字印刷術(shù)，意在破解當(dāng)前DNA存儲(chǔ)技術(shù)的局限性。

傳統(tǒng)DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)往往采取一次性合成策略，即每次存儲(chǔ)都需要重新合成DNA，這不僅成本高昂，而且耗時(shí)較長，極大地阻礙了DNA存儲(chǔ)技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。相比之下，“畢昇一號(hào)”則采用了活字印刷的邏輯，實(shí)現(xiàn)了DNA片段的復(fù)用與靈活組合。

“畢昇一號(hào)”的核心在于其DNA活字，這些活字由預(yù)先制備的20個(gè)核苷酸（nt）長度的短雙鏈DNA片段構(gòu)成，每個(gè)片段能夠編碼1字節(jié)的信息，包括內(nèi)容、地址或校驗(yàn)數(shù)據(jù)。更特別的是，每個(gè)DNA片段的兩端都設(shè)計(jì)有4個(gè)核苷酸的粘性末端，通過先進(jìn)的酶連技術(shù)，這些片段能夠迅速組合成DNA活字塊。

這些活字塊不僅可以通過特定的酶切位點(diǎn)克隆到質(zhì)粒中，在體外進(jìn)行長期保存，還可以通過轉(zhuǎn)化到大腸桿菌體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)生物體內(nèi)的穩(wěn)定存儲(chǔ)。這一設(shè)計(jì)極大地提高了DNA存儲(chǔ)的靈活性和持久性。

“畢昇一號(hào)”的應(yīng)用范圍廣泛，它能夠精確地將文本、圖片、音頻和視頻等多種類型的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件打印并存儲(chǔ)在DNA中，且在解碼時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)100%的精確度。研究團(tuán)隊(duì)透露，目前初代系統(tǒng)的單個(gè)DNA活字可重復(fù)使用高達(dá)10000次，使得存儲(chǔ)成本大幅降低至每兆字節(jié)122美元，這一成本遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的所有DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。

初代系統(tǒng)的打印效率也相當(dāng)可觀，達(dá)到了每秒4字節(jié)的速度，遠(yuǎn)勝于當(dāng)前的從頭合成DNA存儲(chǔ)技術(shù)。這一突破性的進(jìn)展，無疑為DNA存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用開辟了新的道路。

“畢昇一號(hào)”的成功研發(fā)，不僅是對中國古代智慧的現(xiàn)代詮釋，更是DNA存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域的一次重大革新。它有望在未來成為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域的一顆璀璨新星，引領(lǐng)我們邁向更加高效、經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)新時(shí)代。