一种DNA存储方法、系统及电子设备技术方案

本申请涉及一种DNA存储方法、系统及电子设备。包括：将存储文件传入编码模块中，编码模块通过编码算法将所述存储文件转换成二进制，并划分成固定大小的DNA存储单元；对每一段DNA存储单元进行排序和编号，并使用IndexDNA序列编码算法生成每段DNA存储单元的IndexDNA序列；使用DateDNA算法将每段DNA存储单元转换为DateDNA序列；将每段DNA存储单元对应的IndexDNA序列与DateDNA序列相加，得到每段DNA存储单元对应的DNA序列文件，并将每一段DNA序列文件合成到一个DNA文件中，生成完整的DNA存储文件。本申请可以最大化降低成本，提升DNA存储密度。

A DNA storage method, system and electronic equipment

【技术实现步骤摘要】
一种DNA存储方法、系统及电子设备
本申请属于DNA存储
，特别涉及一种DNA存储方法、系统及电子设备。
技术介绍
随着大数据科学的迅猛发展，传统存储介质，如磁带、光盘、硬盘等已逐渐不能满足现有的数据存储的迫切需要。作为智能分子，DNA已经被用作“建筑材料”构建纳米结构(DNAorigami)、微电路(DNAelectricalcircuit)等。同时，作为一种完全不同的全新应用领域，DNA分子作为一种“信息材料”成为新型的存储介质DNAInformationStorage，由于具有存储密度高，保存时间长，维护成本低等优势，近年来受到了极大关注。DNA存储作为新兴的概念，是由DNA高通量合成与测序技术催生的信息与生物相融合的新领域，通过DNA分子的碱基序列直接编码数字信息，由高通量合成技术合成序列存储进行信息写入，并利用高通量测序技术实现信息的读取。相比国外，尽管我国在DNA合成与测序方面已经取得了丰硕的成果，但在DNA数字存储领域的研究仍然处于起步阶段，目前尚无可与世界先进技术相媲美的DNA存储编码方法以及DNA存储系统。进行DNA存储相关的研究有助于我国在数据存储、大数据应用、合成生物学等方面实现技术突破，并在存储资源的国际争夺战中占领制高点；同时，DNA存储在各方面的应用，如军事文化信息、银行信息、数据归档等方面具有极大的战略意义。近年来，世界上各大科研机构、公司都在DNA数字存储领域的研究均投入了大量的人力物力。当前的研究重点主要集中在编码系统的设计与改进、可靠性与存储密度的提高、以及随机存取与深度复制功能的实现等相关方面。自G.Church研究团队于2012年提出DNA数字存储的概念和第一代通用DNA数字存储的编码方法以来，多个研究团队，包括美国国立卫生研究院(NIH)，微软(Microsoft)，苏黎世联邦理工学院(ETH)等均发表了多项研究成果。而2017年，美国哥伦比亚大学Y.Erlich研究团队发表的DNA喷泉码(DNAFountain)更是实现了接近于理论极限的DNA存储编码方式。编码方法的研究对实现高效稳定的DNA存储，并对接上下游支撑使能技术起到至关重要的作用。近年来也出现了基于DNA折纸等自组装技术，通过构建多样可控的微纳米结构体，利用其控制的金属物质空间排布以及生物分子自身的导电性构建DNA电路，然而这种技术本质上不能在DNA碱基序列上直接存储信息，其读取信息技术门槛高，依赖于超分辨率显微镜等精密设备，与已经可以形成百万bit信息量存储的主流技术相比，DNA电路技术还处于不成熟阶段缺乏技术普及与广泛应用的基础。另外，近年来也有研究团队提出利用DNA分子的电性质存储信息，然而由于其主要利用DNA的加工技术形成DNA电路，领域内一般认为该研究方向并非是真正意义上的DNA存储。因此，在高通量DNA合成和测序技术支撑下的DNA碱基序列存储数字信息技术必将是这一领域的主流。综上所述，目前的研究方法与技术还存在着一些问题：(1)、针对DNA存储的系统技术，目前还没有相对成熟的DNA存储系统；(2)、现有研究方法没有对不同格式文件，特定约束下的文件大小的理论极限值进行计算。
技术实现思路
本申请提供了一种DNA存储方法、系统及电子设备，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为了解决上述问题，本申请提供了如下技术方案：一种DNA存储方法，包括以下步骤：步骤a：将存储文件传入编码模块中，编码模块通过编码算法将所述存储文件转换成二进制，并划分成固定大小的DNA存储单元；步骤b：对每一段DNA存储单元进行排序和编号，并使用IndexDNA序列编码算法生成每段DNA存储单元的IndexDNA序列；步骤c：使用DateDNA算法将每段DNA存储单元转换为DateDNA序列；步骤d：将每段DNA存储单元对应的IndexDNA序列与DateDNA序列相加，得到每段DNA存储单元对应的DNA序列文件，并将每一段DNA序列文件合成到一个DNA文件中，生成完整的DNA存储文件。本申请实施例采取的技术方案还包括：所述步骤a还包括：对不同格式的存储文件进行预处理，导入到DNA存储系统中；所述预处理包括文件格式定义、数据压缩及删冗；对于常见的文件格式，根据不同的系统下打开不同的文件导入窗口，选择需要导入的存储文件，根据所述存储文件的后缀名选择读取的格式；对于不常用的文件格式，提供压缩算法，导入存储文件前对所述存储文件进行压缩后再导入到系统中。本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤a中，所述编码模块通过编码算法将存储文件转换成二进制，并划分成固定大小的DNA存储单元具体包括：将所述存储文件转换为以字节为单位的二进制序列，一个字节对应固定位数的二进制序列；再将二进制数序列划分为固定长度的二进制DNA存储单元。本申请实施例采取的技术方案还包括：所述步骤b还包括：将所述DNA存储单元的IndexDNA序列转换为固定位数的三进制的ATCG序列，再使用IndexDNA序列转换规则将生成的三进制序列转换为碱基序列。本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤c中，所述使用DateDNA算法将每段DNA存储单元转换为DateDNA序列具体包括：首先将整个存储文件转换成为二进制序列，再根据二进制数与DateDNA序列的转换要求，选择转化规则将二进制数转换为DateDNA序列，并根据设定的类四进制编码转换算法将整个存储文件完全转换成DateDNA碱基序列。本申请实施例采取的技术方案还包括：所述步骤c之后还包括：IndexDNA序列还原；将需要还原的DNA存储文件导入到系统中，系统读取该存储文件时，确定每一段DNA存储单元的序列的序号，固定每一段DNA存储单元前面的设定长度的序列为该段DNA存储单元的IndexDNA序列，使用IndexDNA序列对应的解码算法，将IndexDNA序列还原成该段DNA存储单元的序号。本申请实施例采取的技术方案还包括：所述步骤c之后还包括：DateDNA序列的信息提取；当固定每一段DNA存储单元的序号时，使用DateDNA序列解码算法，生成对应的二进制文件，再依次按照DNA存储单元的序号，将每一段DNA存储单元生成的二进制文件整合为完整的计算机存储的二进制文件，再进行ASCII码转换，生成对应的原存储文件。本申请实施例采取的技术方案还包括：所述步骤c之后还包括：评测系统性能，度量指标体系。本申请实施例采取的另一技术方案为：一种DNA存储系统，包括：数据划分模块：用于将存储文件传入编码模块中，编码模块通过编码算法将所述存储文件转换成二进制，并划分成固定大小的DNA存储单元；IndexDNA序列转换模块：用于对每一段DNA存储单元进行排序和编号，并使用IndexDNA序列编码算法生成每段DNA存储单元的IndexDNA序列；DateDNA序列转换模块：用于使用DateDNA算法将每段DNA存储单元转换为DateDNA序列；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DNA存储方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤a：将存储文件传入编码模块中，编码模块通过编码算法将所述存储文件转换成二进制，并划分成固定大小的DNA存储单元；/n步骤b：对每一段DNA存储单元进行排序和编号，并使用IndexDNA序列编码算法生成每段DNA存储单元的IndexDNA序列；/n步骤c：使用DateDNA算法将每段DNA存储单元转换为DateDNA序列；/n步骤d：将每段DNA存储单元对应的IndexDNA序列与DateDNA序列相加，得到每段DNA存储单元对应的DNA序列文件，并将每一段DNA序列文件合成到一个DNA文件中，生成完整的DNA存储文件。/n

【技术特征摘要】
1.一种DNA存储方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a：将存储文件传入编码模块中，编码模块通过编码算法将所述存储文件转换成二进制，并划分成固定大小的DNA存储单元；
步骤b：对每一段DNA存储单元进行排序和编号，并使用IndexDNA序列编码算法生成每段DNA存储单元的IndexDNA序列；
步骤c：使用DateDNA算法将每段DNA存储单元转换为DateDNA序列；
步骤d：将每段DNA存储单元对应的IndexDNA序列与DateDNA序列相加，得到每段DNA存储单元对应的DNA序列文件，并将每一段DNA序列文件合成到一个DNA文件中，生成完整的DNA存储文件。


2.根据权利要求1所述的DNA存储方法，其特征在于，所述步骤a还包括：对不同格式的存储文件进行预处理，导入到DNA存储系统中；所述预处理包括文件格式定义、数据压缩及删冗；对于常见的文件格式，根据不同的系统下打开不同的文件导入窗口，选择需要导入的存储文件，根据所述存储文件的后缀名选择读取的格式；对于不常用的文件格式，提供压缩算法，导入存储文件前对所述存储文件进行压缩后再导入到系统中。


3.根据权利要求2所述的DNA存储方法，其特征在于，在所述步骤a中，所述编码模块通过编码算法将存储文件转换成二进制，并划分成固定大小的DNA存储单元具体包括：将所述存储文件转换为以字节为单位的二进制序列，一个字节对应固定位数的二进制序列；再将二进制数序列划分为固定长度的二进制DNA存储单元。


4.根据权利要求1所述的DNA存储方法，其特征在于，所述步骤b还包括：将所述DNA存储单元的IndexDNA序列转换为固定位数的三进制的ATCG序列，再使用IndexDNA序列转换规则将生成的三进制序列转换为碱基序列。


5.根据权利要求4所述的DNA存储方法，其特征在于，在所述步骤c中，所述使用DateDNA算法将每段DNA存储单元转换为DateDNA序列具体包括：首先将整个存储文件转换成为二进制序列，再根据二进制数与DateDNA序列的转换要求，选择转化规则将二进制数转换为DateDNA序列，并根据设定的类四进制编码转换算法将整个存储文件完全转换成DateDNA碱基序列。


6.根据权利要求1至5任一项所述的DNA存储方法，其特征在于，所述步骤c之后还包括：IndexDNA序列还原；将需要还原的DNA存储文件导入到系统中，系统读取该存储文件时，确定每一段DNA存储单元的序列的序号，固定每一段DN...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖焯，姜青山，陈会，车丹丹，李正强，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44