[發明專利]負載了DNA存儲數據的數據存儲裝置、制備方法和讀數方法

在審

• 申請號: 202010747572.1
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN114058471A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 劉宏;趙超;許成韜;高中莉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/34;C12Q1/6869;G16B30/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 冒艷

本發明公開了負載了DNA存儲數據的數據存儲裝置、制備方法和讀數方法。該裝置包括保護罩、DNA和DNA載體，DNA負載在DNA載體上，并置于保護罩內，保護罩內填充惰性氣體。計算機數據通過轉碼轉換得堿基序列，合成堿基序列，負載到載體上，置于保護罩中并填充惰性氣體。該裝置具有信息存儲密度高、存儲時間長等優點，可用于個性化的物品定制、產品防偽和信息加密等應用。

技術領域

本發明涉及生物技術領域，特別涉及負載了DNA存儲數據的數據存儲裝置、制備方法和讀數方法。

背景技術

隨著信息技術的發展，越來越多的物品上負載了各種各樣的信息，如各種條形碼、二維碼、電子標簽等。這種負載了信息的物品已被廣泛應用于物聯網、個性化的物品定制、產品防偽和信息加密等應用。但現有的數據存儲技術有信息密度低、保存時間短等缺點，而將數據信息保存于DNA堿基序列中，可以解決以上問題，是未來的發展趨勢。

DNA數據存儲技術，依賴于DNA合成、測序以及數據轉換和糾錯算法。近三十年來主流的DNA序列人工合成方法是亞磷酰胺化學法，其他如基于TdT等聚合酶的合成方法暫時還不能用于制備大陣列DNA序列。亞磷酰胺化學法最核心的脫保護步驟是通過使用含氫離子的三氯乙酸，對當前DNA單鏈末端的二甲氧三苯甲基進行脫保護，以便于下一核苷酸的鏈上共價鍵聚合。由此衍生出一系列陣列式生成氫離子的DNA合成技術，如美國Rosetta公司的噴墨打印液滴微陣列法，麻省理工學院的光電化學法，以CustomArray公司的電化學脫保護法。

另一方面，伴隨著人類基因組計劃，DNA測序技術得到了迅猛的發展，主要包括以Sanger雙脫氧鏈終止法和454焦磷酸測序為代表的第一代測序、以Illumina基于橋式PCR熒光檢測和Ion Torrent基于乳化液PCR半導體電學檢測為代表的第二代測序、以及PacificBioscience基于零模波導單分子實時測序和Oxford Nanopore Technology基于納米孔測序為代表的第三代測序。第二代測序中通過檢測配對脫氧核苷酸聚合釋放氫離子的電學檢測方法，主要分為基于表面陷阱機制的離子響應場效應管(ISFET)檢測和基于感應電荷的微電極檢測這兩種合成測序法，在器件小型化和集成化方面有著明顯優勢。

除了DNA合成和測序技術，其數據轉換和針對合成和測序步驟中固有錯誤率的糾錯算法也得到了很大的發展。將二進制的計算機數據轉換為DNA序列的方案有二進制模型，三進制模型，以及四進制模型。其中四進制模型的存儲效率最高，但由該模型得到的DNA序列會出現GC含量遠偏于50％，均聚物過多等問題，給合成和測序帶來困難。二進制模型存儲效率最低，但其轉換得到的序列合成和測序困難最小。三進制模型的存儲效率及序列合成和測序難度介于二進制和四進制模型之間。近些年也有學者提出將以上三種模型進行混合，建立混合進制的模型(如三進制和四進制的組合)，以在降低合成和測序難度的同時保證較高的存儲效率。不論化學合成法、生物合成法、合成測序法或者納米孔測序過程中，現在技術都難以保證長序列的正確性達到信息技術領域可用的接受范圍。因此在對數據進行編碼時需要對序列加上糾錯方案，可用于DNA存儲的糾錯方案有線性碼、循環碼、BCH碼、里德所羅門碼、卷積碼、異或碼和噴泉碼、Goldman法、LDPC碼等。均是借由信息通信領域以成熟的糾錯算法，應用在DNA存儲領域。

發明內容

發明目的：本發明目的是提供一種數據存儲時間長、存儲密度高的負載了DNA存儲數據的數據存儲裝置。將數據(如姓名、產地、防偽、加密信息等)通過DNA負載在物品中，可用于個性化的物品定制、產品防偽和信息加密等。

本發明另一目的是提供所述負載了DNA存儲數據的數據存儲裝置的制備方法。

本發明最后一目的是提供數據讀取方法。