[發(fā)明專利]一種基于DNA短鏈雜交的信息存儲方法

有效

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• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112768003B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設計）人: 成鵬飛;張翼飛;吳磊;張東裔;王海華;劉翟;周向紅
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: G16B25/20
• 分類號: G16B25/20;G16B30/00;G16B50/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 陳暉;譚武藝

本發(fā)明提供了一種基于DNA短鏈雜交的信息存儲方法，本發(fā)明寫入信息時將信息轉換為二進制代碼，以N位二進制對應一組N條DNA短鏈的2^N種組合狀態(tài)；根據(jù)DNA短鏈的組合狀態(tài)，將DNA短鏈與磁珠或固體表面進行交聯(lián)反應制備交聯(lián)鏈，從而將信息存儲在交聯(lián)的DNA短鏈組合狀態(tài)中；讀取存儲信息時，將互補的熒光標記探針與交聯(lián)的DNA短鏈雜交，洗滌后，經(jīng)熒光檢測探針的組合狀態(tài)，得到DNA短鏈組合，進而轉換為N位為一組的二進制代碼，將所有的二進制代碼按順序串聯(lián)組合后，還原為原始存儲信息。本發(fā)明不依賴于DNA合成技術和DNA測序技術，可以實現(xiàn)信息在DNA媒介的快速存儲和讀取，準確率高，具有高并行和高通量發(fā)展?jié)摿Α?/p>

技術領域

本發(fā)明屬于DNA存儲技術，具體涉及一種基于DNA短鏈雜交的信息存儲方法。

背景技術

當今世界，信息系統(tǒng)主要建立在電子計算機和互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，采用基于電子技術的存儲設備來實現(xiàn)的。但是，基于電子技術的存儲設備抗打擊能力差，信息安全難以保障。傳統(tǒng)電子信息存儲介質在數(shù)據(jù)保存時間、存儲容量、保存環(huán)境等方面均受物理限制。DNA存儲技術是生物技術在信息存儲領域的全新應用，DNA具有保存時間長、存儲信息容量大，且環(huán)境適應能力強等優(yōu)點，是數(shù)字信息存儲的理想介質，是美國等發(fā)達國家競相研發(fā)的熱點。

典型的基于DNA合成和測序的信息存儲技術，即以堿基作為信息編碼單元，將堿基位點的AGCT信息與二進制信息建立一一對應關系，具有抗電磁打擊能力強，數(shù)據(jù)密度高的優(yōu)勢。但該方案雖然信息存儲量大，但目前存在讀寫成本高、時間長等問題，DNA合成與測序耗時較長，成本高，并行性差，距實際應用還有很多技術問題需要解決。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是：針對上述的不足，本發(fā)明提供了一種DNA短鏈信息存儲方法及系統(tǒng)，不需要經(jīng)過DNA合成與測序，將信息以編碼鏈組合的方式存儲，利用熒光標記互補探針與編碼鏈的雜交實現(xiàn)信息讀取，本發(fā)明通過快速的交聯(lián)和雜交反應，高度并行，實現(xiàn)了存儲信息的快速存取，能夠充分發(fā)揮生物系統(tǒng)天然優(yōu)勢。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種基于DNA短鏈雜交的信息存儲方法，包括下述寫入信息步驟：

1)將寫入信息轉換為二進制代碼；

2)將二進制代碼以N位為一組轉換為DNA短鏈的組合狀態(tài)，其中N為自然數(shù)；

3)根據(jù)各組二進制代碼的DNA短鏈的組合狀態(tài)，將對應的DNA短鏈與磁珠或固體表面進行交聯(lián)反應，將DNA短鏈交聯(lián)在數(shù)據(jù)存儲微池，從而將寫入信息存儲在交聯(lián)的DNA短鏈組合中。

可選地，步驟1)中將寫入信息轉換為二進制代碼時，寫入信息為文本、圖片或語音。

可選地，步驟3)中將對應的DNA短鏈與磁珠或固體表面進行交聯(lián)反應，將DNA短鏈交聯(lián)在數(shù)據(jù)存儲微池的步驟包括：

3.1)在含有化學偶聯(lián)基團磁珠的數(shù)據(jù)存儲微池或固定有NHS基團的固體表面加入帶有末端修飾的DNA短鏈，和緩沖液，其中化學偶聯(lián)基團磁珠是指化學偶聯(lián)有羧基或NHS基團的磁珠；

3.2)控制DNA短鏈與加入數(shù)據(jù)存儲微池中的化學偶聯(lián)基團磁珠或固定有NHS基團的固體表面進行交聯(lián)反應；

3.3)在交聯(lián)反應完成后進行封閉和洗滌形成交聯(lián)鏈，從而完成存儲信息的寫入。

可選地，步驟3.1)中末端修飾的DNA短鏈為氨基修飾的DNA短鏈，且所述氨基修飾DNA短鏈的長度為16nt或20nt。

可選地，步驟3.1)中加入帶有末端修飾的DNA短鏈時，每10ul化學偶聯(lián)基團磁珠上交聯(lián)的末端修飾的DNA短鏈總量不超過3.2×10^-11mol。