本地科研人员研发出全球首台“生物相机”,可通过活细胞的生物机制来编码和存储更多数据,突破目前利用脱氧核糖核酸存储数据的限制,为数据存储业带来颠覆性的改变。
这个名为“BacCam”的系统将生物科技和数码技术融合,用生物细胞模拟数码相机的功能来存储数据。新加坡国立大学设计与工程学院、国大合成生物学创新研究项目副教授傅觉鲁介绍,团队将细胞内的脱氧核糖核酸(DNA)当成未冲洗的胶片,利用光遗传学将光信号印到DNA上,以便存储数据。
使用条形码和机器学习演算法 方便检索图片
他说:“系统使用可以感知光,然后利用光来改变DNA的细菌。我们之后添加另一个记录光位置的独特DNA片段,来保存这些变化。这个过程会被多次复制,每个细胞群体就会像是一台相机的像素,负责记录不同的变化,从而形成一张图片。”
相机可以使用不同光色,来同时捕捉和存储多个图像。研究人员也使用条形码(barcode)技术和采用机器学习的演算法来组织、排序和重组图像,让研究人员也能通过系统来检索图片。
傅觉鲁指出,团队是从数码相机捕获和存储数字图像数据的方式得到启发,从而研发出这套系统。虽然他们很早就提出这个设想,但是一共花了约两年的时间才研发出成果。
一克DNA可含21.5万太字节数据 以各形式储存数世纪
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使用DNA存储图像和视频数据的概念近年来引起关注,这是因为DNA具有卓越存储量和稳定性,也可在室温下以各种形式维持几个世纪的存储。一克DNA可容纳超过21万5000太字节(TB)数据,相当于4500万张DVD光碟的容量。
目前DNA数据存储方法的研究重点,在于合成细胞外的DNA链,但是整个过程的成本相当昂贵,必须使用非常复杂的仪器,而且容易出错。新方法则可让活细胞取代合成遗传物质充当数据库,更易于复制和扩展,因此可以将成本降低一半或更多,编码所需时间也可从几周缩短到几天。
这种新颖方法目前仍处于研究阶段中,傅觉鲁预计需至少三年到五年后才能实现商业化。
傅觉鲁说:“我们的方法是生物系统与数码设备的重要里程碑,因为通过DNA和光遗传学的力量,我们创造第一台活体数码相机,提供高效的DNA数据存储方法。不仅探索DNA数据存储进一步应用,我们还将现有的捕获技术,重新设计成生物框架,奠定记录和存储信息持续创新的基础。”