数据正在呈指数级增长，信息生产率的增长速度超过了磁带存储密度的增长速度，磁带存储密度只能再跟上几年的数据洪流。研究公司 Gartner 预测，到 2030 年，仅企业存储容量的缺口就可能达到需求的近三分之二。
遗传物质 DNA 作为数字信息存储介质正在引起广泛关注，因其密度和耐用性优于现有的硅基存储介质。例如，DNA 的密度至少是最紧凑的固态硬盘的 1000 倍，耐用性至少是最稳定的磁带的 300 倍。此外，DNA 的四字母核苷酸代码提供了一个合适的编码环境，可以像计算机和其他电子设备使用的二进制数字代码一样用来表示任何字母、数字或其他字符。理论上，一个装满 DNA 的咖啡杯可以存储世界上所有的数据。
但目前大多数储存 DNA 的方法都需要在冰冻温度下进行，因此会消耗大量能源，在世界许多地方都不可行。
在电影《侏罗纪公园》中，科学家提取了在琥珀中保存了数百万年的 DNA，利用其创造了一群早已灭绝的恐龙。
受该影片启发，麻省理工学院的研究人员开发出一种玻璃状、琥珀状的聚合物，可用于长期存储 DNA，无论是整个人类基因组还是照片等数字文件。相关文章发表于 Journal of the American Chemical Society 期刊，题为“Reversible Nucleic Acid Storage in Deconstructable Glassy Polymer Networks”。麻省理工学院前博士后James Banal和麻省理工学院 Jeremiah Johnson 教授是这项研究的通讯作者。
研究人员表示，他们可以利用这种聚合物来存储编码侏罗纪公园主题曲的 DNA 序列，以及整个人类基因组。他们还证明，DNA 可以很容易地从聚合物中去除，而不会损坏聚合物。此外，这种新型琥珀状聚合物可以在室温下储存 DNA，同时保护分子免受热或水的损害。
“冷冻 DNA 是保存 DNA 的首选方法，但成本非常高，而且不可扩展”，James Banal 表示，“我认为我们的新保存方法将成为一种技术，可能推动 DNA 存储数字信息的未来。”他还是 Cache DNA 的联合创始人，Cache DNA 是一家旨在提高DNA数据读取速度和精度的创业公司。
2021 年，Banal 和他的博士后导师、麻省理工学院生物工程学教授 Mark Bathe 开发了一种将 DNA 存储在二氧化硅颗粒中的方法，并标有与其内容相对应的“条形码”，来实现精准储存，只需用匹配的引物“扫描”条形码，即可轻松提取特定的数据。
这项工作促成了 Cache DNA 的成立。Johnson 是该公司的科学顾问委员会成员，该公司目前正在进一步开发 DNA 存储技术。他们设想的最早应用是存储基因组用于个性化医疗，他们还预计，随着未来技术的发展，这些存储的基因组可以接受进一步分析。
这种存储系统的一个缺点是需要几天时间才能将 DNA 嵌入二氧化硅颗粒中。此外，从颗粒中去除 DNA 需要氢氟酸，这对处理 DNA 的人员来说可能是危险的。
为了找到替代的存储材料，James Banal 开始与 Jeremiah Johnson 及其实验室成员合作。他们的想法是使用一种称为可降解热固性聚合物的聚合物，这种聚合物由加热后会形成固体的聚合物组成。这种材料还包括可轻易断裂的可裂解链，从而使聚合物能够以可控的方式降解。
对于这个项目，研究人员决定用苯乙烯和交联剂来制造热固性聚合物，它们一起形成一种琥珀色的热固性聚合物，称为交联聚苯乙烯。这种热固性聚合物还非常疏水，因此可以防止水分进入并损坏 DNA。为了使热固性聚合物可降解，苯乙烯单体和交联剂与称为硫代内酯的单体共聚。这些连接可以通过用一种称为半胱胺的分子处理来破坏。
由于苯乙烯的疏水性很强，研究人员必须想出一种方法来将 DNA（一种亲水性、带负电荷的分子）吸引到苯乙烯中。
为了实现这一目标，他们确定了三种单体的组合，它们可以转化为聚合物，通过帮助 DNA 与苯乙烯相互作用来溶解 DNA。每种单体都有不同的特性，可以协同将 DNA 从水中分离出来并进入苯乙烯。在那里，DNA 形成球形复合物，带电 DNA 位于中心，疏水基团形成与苯乙烯相互作用的外层。加热后，该溶液变成固体玻璃状块，嵌入 DNA 复合物。
（来源：上述论文）
研究人员将他们的方法命名为 T-REX(Thermoset-REinforced Xeropreservation，热固性增强干燥保存)。研究人员表示，将 DNA 嵌入聚合物网络的过程需要几个小时，但随着进一步优化，这个过程可能会变得更短。
为了释放 DNA，研究人员首先添加半胱胺，它可以切断聚苯乙烯热固性塑料的键，将其分解成更小的碎片。然后，可以添加一种名为 SDS 的洗涤剂，以在不损坏聚苯乙烯的情况下从聚苯乙烯中去除 DNA。
研究人员利用这些聚合物，发现它们可以封装不同长度的 DNA，从数十个核苷酸到整个人类基因组（超过 50,000 个碱基对）。除了《侏罗纪公园》主题曲外，还能够存储编码《解放奴隶宣言》和麻省理工学院徽标的 DNA。
在存储 DNA 并将其取出后，研究人员对其进行了测序，发现没有引入任何错误，这是任何数字数据存储系统的关键特性。
研究人员还发现，这种热固性聚合物可在高达 75 ℃（167 华氏度）的高温下保护 DNA。他们目前正在研究如何简化聚合物的制造过程，并将其制成胶囊以供长期储存。
参考链接：
1.https://spectrum.ieee.org/dna-data-storage
2.https://wyss.harvard.edu/technology/dna-data-storage/
3.https://doi.org/10.1021/jacs.4c01925
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