一种DNA信息存储方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种DNA信息存储方法及系统，包括如下步骤：将存储的目标文件经过转换成为DNA碱基序列；将所述DNA碱基序列合成为携带信息的DNA分子；对所述携带信息的DNA分子进行保存。本发明专利技术以DNA作为信息存储介质，对图片、文本、音频、视频等形式的数据信息进行保存、复制和读取，信息存储密度高，信息存储寿命长，由于DNA其具备作为信息存储介质的众多优异特性，存在取代当前存储介质成为新型存储介质的巨大潜力。大潜力。大潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种DNA信息存储方法及系统


[0001]本专利技术涉及信息储存
，尤其涉及一种DNA信息存储方法及系统。

技术介绍

[0002]如今对信息储存的方式包括如下步骤：生产单晶硅；制造光学或半导体存储介质(如磁带、软盘、CD、磁盘、闪存)；将编码后的数据信息存储到介质中；在介质中读取已有信息。
[0003]传统存储方式如优盘、硬盘等不能满足存储要求。目前随着人类获取知识与产生数据的能力不断提升，社交网络与云计算技术的进步推动了全球范围内的数据爆炸，人类一切社会活动产生的海量数据给数据存储带来了极大的挑战。目前全球的数字信息总量达4.4ZB(3.52
×
10
22
bits)，并且仍在飞速增长。按照当下增长势头，全球的存储需求将在2040年达到惊人的3
×
10
24
比特。现代数据存储系统主要依靠光学和半导体介质实现大量数据的存储、检索、访问和复制。如果以目前的存储手段对该数据量进行存储，制造商需要大约109千克硅片，然而根据预估届时全球硅片供应量预计仅有107‑
108千克，远无法满足存储需求。
[0004]此外，基于半导体与电磁的存储技术有着诸多难以应对这一趋势的缺陷—储密度有限，寿命短暂且大规模长期维护费用高昂。而单晶硅的生产过程带来的环境污染与能源消耗也是不可忽视的。硅片的制备工业流程中应用了大量有害的化学物品，包括四氯化硅、氰化物、二氯乙烷、三氯乙烷等。更重要的是，硅和其他生产原料的储量均不是无限的。因此，我们迫切需要寻找一种可以高密度、低功耗、长期稳定地存储数字信息的解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种DNA信息存储方法及系统，信息存储密度高，信息存储寿命长。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案予以实现：
[0007]一种DNA信息存储方法，其特征在于，包括如下步骤：a.将存储的目标文件经过转换成为DNA碱基序列；b.将所述DNA碱基序列合成为携带信息的DNA分子；c.对所述携带信息的DNA分子进行保存。
[0008]根据上述技术方案，优选地，步骤a使用编码方式完成。
[0009]根据上述技术方案，优选地，所述编码方式包括Huffman编码或Raptor码编码。
[0010]根据上述技术方案，优选地，步骤b使用人工合成完成。
[0011]根据上述技术方案，优选地，所述人工合成包括如下步骤：合成目的基因；构建基因表达载体；PCR扩增；通过酶切法对目的基因进行鉴定。
[0012]根据上述技术方案，优选地，步骤c在无机环境下进行体外保存，或借助生物手段将其引入活体细胞内进行保存。
[0013]根据上述技术方案，优选地，还包括对所述携带信息的DNA分子进行复制扩增备份。
[0014]本专利还公开了一种DNA信息存储系统，使用上述一种DNA信息存储方法，其特征在于，包括：DNA编码模块，用于将存储的目标文件经过转换成为DNA碱基序列；DNA合成模块，用于将所述DNA碱基序列合成为携带信息的DNA分子；储存模块，用于对所述携带信息的DNA分子进行保存；备份模块，用于对所述携带信息的DNA分子进行复制扩增备份。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]本专利技术以DNA作为信息存储介质，对图片、文本、音频、视频等形式的数据信息进行保存、复制和读取。就单位质量下的存储潜力而言，一克DNA大约含2.1
×
10
21
个DNA碱基，因此每一克DNA的二进制存储潜力约为4.2
×
10
21
比特，传统的基于半导体与电磁的存储手段存储潜力为每克109比特，DNA分子单位质量的数字信息储存潜力是其4200亿倍，在单位体积的存储潜力方面，DNA分子形态并没有限制在一个平面，因此其在单位体积内的二进制信息存储潜力是硬盘的100万倍，是闪存的1000倍。除此之外，DNA作为自然界中最稳定的生物分子之一，对高温或低温环境、尘土、震荡等情况的抗性要优于硬盘，在保证数据质量的前提下，DNA分子的数据存储寿命为数百年。综上所述，由于DNA其具备作为信息存储介质的众多优异特性，存在取代当前存储介质成为新型存储介质的巨大潜力。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的系统流程示意图。
具体实施方式
[0018]为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0019]如图所示，本专利技术包括如下步骤：a.将存储的目标文件经过转换成为DNA碱基序列；b.将所述DNA碱基序列合成为携带信息的DNA分子；c.对所述携带信息的DNA分子进行保存。DNA即脱氧核糖核酸，又被称为去氧核糖核酸，是存在于生物细胞中的生物大分子，它是染色体的主要组成部分，也是几乎所有的地球生物的主要遗传物质，是存储生物遗传信息的“硬盘”。DNA分子的构成单位是脱氧核苷酸，脱氧核苷酸根据其含氮碱基的不同，可以分为腺嘌呤脱氧核苷酸(腺苷酸，AMP)、鸟嘌呤脱氧核苷酸(鸟苷酸，GMP)、胞嘧啶脱氧核苷酸(胞苷酸，CMP)、胸腺嘧啶脱氧核苷酸(胸苷酸，TMP)，这四种含氮碱基我们简称为A、G、C、T四种碱基。在DNA双链结构中，该四种碱基是相互互补配对的，具体互补配对关系为：A与T配对，C与G配对。含有不同碱基的脱氧核糖核苷酸聚合成为链状螺旋的DNA分子，A、T、C、G四种碱基以不同的顺序排列组合，便可以存储生物的遗传信息。因此，与通过二进制存储信息的硬盘类似，我们可以将DNA看做四进制的存储模型。本专利技术以DNA作为信息存储介质，对图片、文本、音频、视频等形式的数据信息进行保存、复制和读取。就单位质量下的存储潜力而言，一克DNA大约含2.1
×
10
21
个DNA碱基，因此每一克DNA的二进制存储潜力约为4.2
×
10
21
比特，传统的基于半导体与电磁的存储手段存储潜力为每克109比特，DNA分子单位质量的数字信息储存潜力是其4200亿倍，在单位体积的存储潜力方面，DNA分子形态并没有限制在一个平面，因此其在单位体积内的二进制信息存储潜力是硬盘的100万倍，是闪存的1000倍。除此之外，DNA作为自然界中最稳定的生物分子之一，对高温或低温环境、尘土、震荡等情况的抗性要优于硬盘，在保证数据质量的前提下，DNA分子的数据存储寿命为数百年。综
上所述，由于DNA其具备作为信息存储介质的众多优异特性，存在取代当前存储介质成为新型存储介质的巨大潜力。
[0020]根据上述实施例，优选地，DNA编码指的是通过一定的对应和转换规则，将存储的目标文件转换为相应的DNA碱基序列，该编码过程是DNA信息存储过程的核心之一。不同的DNA信息存储模型中，由文件内容到DNA碱基序列的编码方式也各有异同，针对的存储文件格式也有一定差异，有的经典编码模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DNA信息存储方法，其特征在于，包括如下步骤：a.将存储的目标文件经过转换成为DNA碱基序列；b.将所述DNA碱基序列合成为携带信息的DNA分子；c.对所述携带信息的DNA分子进行保存。2.根据权利要求1所述一种DNA信息存储方法，其特征在于，步骤a使用编码方式完成。3.根据权利要求2所述一种DNA信息存储方法，其特征在于，所述编码方式包括Huffman编码或Raptor码编码。4.根据权利要求1所述一种DNA信息存储方法，其特征在于，步骤b使用人工合成完成。5.根据权利要求4所述一种DNA信息存储方法，其特征在于，所述人工合成包括如下步骤：合成目的基因；构建基因表达载体；PCR扩增；通过酶切法对目...

【专利技术属性】
技术研发人员：马伊萌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：