使用核酸分子进行数据存储的系统和方法技术方案

本文公开了用于存储关于核酸分子的数据和/或信息、存储核酸分子以及检索数据和/或信息的方法和系统。这些方法和系统广泛应用于数据存储，包括提高检索数据的效率和准确性。包括提高检索数据的效率和准确性。包括提高检索数据的效率和准确性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用核酸分子进行数据存储的系统和方法
交叉引用
[0001]本申请要求于2019年8月27日提交的第62/892,176号美国临时申请的权益，该临时申请的全部内容通过引用并入本文。

技术介绍

[0002]世界大数据面临的挑战和问题的规模和复杂性正在迅速增长。应对这些挑战带来了巨大的技术和财政障碍。例如，艾字节规模的数据存储中心耗费大量资源，且负担沉重。目前艾字节规模的数据存储需要大型仓库，消耗数兆瓦的电力，而且花费数十亿美元来建造、运营和维护。这种资源密集型模式无法为未来的规模扩展提供切实可行或易处理的途径。

技术实现思路

[0003]本公开提供了核酸介导的数据存储方法，该方法是可扩展的，并且与传统存储技术有关的物理空间、功率和成本要求相比，该方法提供了更少的资源占用。本文所述的方法和系统可提供核酸存储的优势，其中1)可以易于读取的方式生成阵列，其中在测序/读取之前没有核酸序列的扩增，以及2)编码数据信息的核酸可以其中一个或多个核酸分子之间的距离低于光的衍射极限的密度存储在高密度阵列上。
[0004]本文描述的本公开的一个方面提供了一种用于存储数据的方法，包括：将所述数据编码在核酸序列中；生成一个或多个核酸分子，其中所述一个或多个核酸分子中的核酸分子包含所述核酸序列的至少一部分和头序列，其中所述头序列包含特异于所述核酸序列的所述至少所述部分的序列，并且其中，所述头序列被配置为允许启动用于鉴定所述核酸序列的所述至少所述部分的核酸鉴定反应；以及将所述一个或多个核酸分子或其衍生物存储在设置于基板上的阵列中。在一些实施方式中，所述核酸鉴定反应是测序反应。在一些实施方式中，所述一个或多个核酸分子或其衍生物是线性的。在一些实施方式中，该方法还包括保存所述一个或多个核酸分子或其衍生物。在一些实施方式中，所述保存包括冻干法或冷冻干燥。在一些实施方式中，(b)还包括扩增所述核酸序列的所述至少所述部分以形成一个或多个扩增产物，其中所述一个或多个核酸分子包含所述一个或多个扩增产物。在一些实施方式中，所述扩增包括执行滚环扩增。在一些实施方式中，所述扩增包括执行桥式扩增。在一些实施方式中，所述一个或多个核酸分子或其衍生物包含多联核酸分子。在一些实施方式中，所述一个或多个核酸分子或其衍生物以其中所述一个或多个核酸分子或其衍生物的核酸分子或其衍生物与相邻核酸分子或其衍生物之间的距离小于500nm的密度设置于所述基板上。在一些实施方式中，所述距离包括中心到中心的距离。在一些实施方式中，所述一个或多个核酸分子或其衍生物以每平方微米约4至约25个核酸分子或其衍生物的密度设置于所述基板上。在一些实施方式中，该方法还包括检索所述数据。在一些实施方式中，所述检索包括对所述一个或多个核酸分子或其衍生物进行测序。在一些实施方式中，所述测序包括使用检测系统检测一个或多个并入的核酸。在一些实施方式中，所述检测系统包
括电气检测系统。在一些实施方式中，所述电气检测系统包括晶体管。在一些实施方式中，所述检测系统包括光学检测系统。在一些实施方式中，所述光学检测系统包括光学扫描系统。在一些实施方式中，在所述光学检测系统上检测到的所述一个或多个并入的核酸生成的信号的波长大于所述光学检测系统像素的两倍。在一些实施方式中，所述阵列是有序的。在一些实施方式中，所述阵列是无序的。在一些实施方式中，所述起始位点包含与核酸引物互补的核酸序列。在一些实施方式中，所述扩增发生在所述存储之前。
[0005]本文描述的本公开的另一方面提供了一种用于存储数据的方法，包括：将所述数据编码在核酸序列中；生成包含所述核酸序列的一个或多个核酸分子；以及将所述一个或多个核酸分子存储在设置于基板上的阵列中，以提供所述阵列，其中当使用光学扫描系统对所述阵列成像时，由所述一个或多个核酸分子或其衍生物生成的信号的波长大于所述光学扫描系统像素大小的两倍。在一些实施方式中，所述一个或多个核酸分子是线性的。在一些实施方式中，(b)包括生成一个或多个线性核酸分子，其包含所述核酸序列的至少一部分，并使所述一个或多个线性核酸分子环化，并通过滚环扩增进行扩增，以生成一个或多个多联核酸分子。在一些实施方式中，(b)包括生成一个或多个线性核酸分子，其包含所述核酸序列、第一衔接子序列和第二衔接子序列，其中所述第一和所述第二衔接子序列能够形成一个或多个环状核酸分子；并扩增所述一个或多个环状核酸分子。在一些实施方式中，所述线性核酸分子包含一个或多个功能序列。在一些实施方式中，所述一个或多个多联核酸分子通过滚环扩增生成。在一些实施方式中，(c)包括在所述基板上设置所述多联核酸分子。在一些实施方式中，所述一个或多个多联核酸分子以其中两个或更多个核酸分子之间的平均距离小于λ/(2*NA)的度量的密度设置。在一些实施方式中，该方法还包括保存所述基板。在一些实施方式中，所述保存包括冻干法或冷冻干燥。在一些实施方式中，所述基板包括硅。在一些实施方式中，所述基板包括玻璃。在一些实施方式中，所述基板包括两片玻璃。在一些实施方式中，该方法还包括从所述一个或多个核酸分子检索所述数据，而无需在所述检索之前进行扩增。在一些实施方式中，所述阵列是有序的。在一些实施方式中，所述阵列是无序的。在一些实施方式中，所述顺序是随机的。
[0006]本文所述的本公开的另一方面提供了一种用于存储数据的方法，包括将核酸分子设置到基板，其中所述核酸分子或其衍生物编码所述数据。在一些实施方式中，所述核酸分子或其衍生物包含核酸多联体。在一些实施方式中，所述核酸分子或其衍生物以其中当使用光学扫描系统对所述基板成像时，从所述核酸分子或其衍生物生成的信号的波长大于所述光学扫描系统的像素大小的两倍的密度设置。在一些实施方式中，所述基板包括硅。在一些实施方式中，所述基板包括玻璃。在一些实施方式中，所述基板包括两片玻璃。在一些实施方式中，从所述核酸分子中检索所述数据，而无需在测序之前进行扩增。
[0007]本文所述的本公开的另一方面提供了一种存储一个或多个信息位的方法，所述方法包括：在多个核苷酸中编码所述一个或多个信息位；将所述多个核苷酸偶联至一个或多个引物；将所述多个核苷酸合成至约300至约1,000个核苷酸的长度；使所述多个核苷酸环化；通过滚环扩增来扩增所述多个环状分子，以生成一个或多个核酸分子；以及将所述一个或多个核酸分子设置于基板上。
[0008]本文所述的本公开的另一方面提供了一种存储一个或多个信息位的方法，所述方法包括：合成编码所述一个或多个信息位的线性核酸分子，其中所述线性核酸分子包括：编
码所述一个或多个信息位的核酸序列、5'衔接子序列、3'衔接子序列和任选的一个或多个附加功能序列，从所述线性核酸分子生成环状核酸分子，扩增所述环状核酸分子以生成包含多于一个拷贝的所述环状核酸分子的扩增的核酸分子，将所述扩增的核酸分子设置于基板上。在一些实施方式中，所述基板是图案化的。在一些实施方式中，所述基板是未图案化的。在一些实施方式中，该方法还包括保存所述一个或多个基板。在一些实施方式中，所述保存包括冻干法或冷冻干燥。在一些实施方式中，该方法还包括从所述一个或多个核本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种存储数据的方法，包括：a.在核酸序列中编码所述数据；b.生成一个或多个核酸分子，其中所述一个或多个核酸分子中的核酸分子包含所述核酸序列的至少一部分和头序列，其中所述头序列包含特异于所述核酸序列的所述至少一部分的序列，并且其中所述头序列被配置为允许启动用于鉴定所述核酸序列的所述至少一部分的核酸鉴定反应；c.将所述一个或多个核酸分子或其衍生物存储在设置于基板上的阵列中。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述核酸鉴定反应为测序反应。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个核酸分子或其衍生物是线性的。4.根据权利要求1所述的方法，还包括保存所述一个或多个核酸分子或其衍生物。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述保存包括冻干法或冷冻干燥。6.根据权利要求1所述的方法，其中(b)还包括扩增所述核酸序列的所述至少所述部分以形成一个或多个扩增产物，其中所述一个或多个核酸分子包含所述一个或多个扩增产物。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述扩增包括执行滚环扩增。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述扩增包括执行桥式扩增。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个核酸分子或其衍生物包含多联核酸分子。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个核酸分子或其衍生物以其中所述一个或多个核酸分子或其衍生物中的核酸分子或其衍生物与相邻核酸分子或其衍生物之间的距离小于500nm的密度设置于所述基板上。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述距离包括中心到中心的距离。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个核酸分子或其衍生物以每平方微米约4至约25个核酸分子或其衍生物的密度设置于所述基板上。13.根据权利要求1所述的方法，还包括检索所述数据。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述检索包括对所述一个或多个核酸分子或其衍生物进行测序。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述测序包括使用检测系统检测一个或多个并入的核酸。16.根据权利要求14所述的方法，其中所述检测系统包括电气检测系统。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述电气检测系统包括晶体管。18.根据权利要求14所述的方法，其中所述检测系统包括光学检测系统。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述光学检测系统包括光学扫描系统。20.根据权利要求18所述的方法，其中由在所述光学检测系统上检测到的所述一个或多个并入的核酸所生成的信号的波长大于所述光学检测系统像素的两倍。21.根据权利要求1所述的方法，其中所述阵列是有序的。22.根据权利要求1所述的方法，其中所述阵列是无序的。23.根据权利要求1所述的方法，其中所述起始位点包含与核酸引物互补的核酸序列。24.根据权利要求6所述的方法，其中在所述存储之前进行所述扩增。
25.一种存储数据的方法，包括：(a)在核酸序列中编码所述数据；(b)生成包含所述核酸序列的一个或多个核酸分子；以及(c)将所述一个或多个核酸分子存储在设置于基板上的阵列中，以提供所述阵列，其中当使用光学扫描系统对所述阵列成像时，由所述一个或多个核酸分子或其衍生物生成的信号的波长大于所述光学扫描系统像素大小的两倍。26.根据权利要求25所述的方法，其中所述一个或多个核酸分子是线性的。27.根据权利要求25所述的方法，其中(b)包括生成一个或多个线性核酸分子，其包含所述核酸序列的至少一部分，并使所述一个或多个线性核酸分子环化，并通过滚环扩增进行扩增，以生成一个或多个多联核酸分子。28.根据权利要求25所述的方法，其中(b)包括：a.生成一个或多个线性核酸分子，其包含所述核酸序列、第一衔接子序列和第二衔接子序列，其中所述第一和所述第二衔接子序列能够形成一个或多个环状核酸分子；以及b.扩增所述一个或多个环状核酸分子。29.根据权利要求28所述的方法，其中所述线性核酸分子包含一个或多个功能序列。30.根据权利要求28所述的方法，其中所述一个或多个多联核酸分子通过滚环扩增生成。31.根据权利要求25所述的方法，其中(c)包括在所述基板上设置所述多联核酸分子。32.根据权利要求31所述的方法，其中所述一个或多个多联核酸分子以其中两个或更多个核酸分子之间的平均距离小于λ/(2*NA)的度量的密度设置。33.根据权利要求25所述的方法，其中所述方法还包括保存所述基板。34.根据权利要求33所述的方法，其中所述保存包括冻干法或冷冻干燥。35.根据权利要求25所述的方法，其中所述基板包含硅。36.根据权利要求25所述的方法，其中所述基板包含玻璃。37.根据权利要求36所述的方法，其中所述基板包含两片玻璃。38.根据权利要求25所述的方法，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩，
申请(专利权)人：雅普顿生物系统公司，
类型：发明
国别省市：