Molecular Memory Architect Simulator

这是什么？

🎯 模拟器提示

📚 术语表

DNA Data Storage

将数字信息（二进制数据）编码为四种 DNA 核苷酸碱基（A、T、G、C）序列的过程，用于长期、超密集的数据存档。

DNA Fountain

Yaniv Erlich 和 Dina Zielinski (2017) 开发的一种编码方法，接近 DNA 的理论最大信息容量（每个核苷酸 1.98 位）。

Oligonucleotide

一条短的合成 DNA 链，通常长 100-200 个核苷酸，用作 DNA 存储系统中数据存储的基本单位。

DNA Synthesis

从单个核苷酸构建 DNA 链的化学或酶促过程； DNA 数据存储中的“写入”操作。

DNA Sequencing

读取 DNA 链中核苷酸顺序的过程； DNA 数据存储中的“读取”操作，使用 Illumina 或纳米孔测序等技术。

Error-Correcting Code

将数学算法（如 Reed-Solomon 或喷泉码）添加到 DNA 存储的数据中，以检测和纠正在合成、存储或测序过程中引入的错误。

Silica Encapsulation

苏黎世联邦理工学院的罗伯特·格拉斯 (Robert Grass) 开发了一种保存方法，将 DNA 密封在纳米二氧化硅珠内，使数据能够保存数千年。

DNA-of-Things (DoT)

Erlich 和 Grass (2019) 提出的一种存储架构，可将 DNA 数据嵌入到物理对象中，例如包含自己数字蓝图的 3D 打印兔子。

Random Access

使用 PCR 引物作为“文件地址”，能够从 DNA 存储系统检索特定数据，而无需读取所有存储的数据。

Homopolymer Run

相同的连续 DNA 碱基序列（例如 AAAA）会增加合成和测序错误，需要编码限制。

GC Content

DNA 序列中鸟嘌呤 (G) 和胞嘧啶 (C) 碱基的比例；最佳存储需要平衡的 GC 含量（约 50%）以确保稳定性。

Information Density

每单位物理空间可存储的数据量； DNA 的密度约为每立方毫米 10^17 字节，比闪存密度高数百万倍。

Enzymatic Synthesis

一种使用酶代替化学品的新型 DNA 合成方法，对于数据存储应用来说可能更快、更便宜。

🏆 关键人物

George M. Church (2012)

哈佛大学遗传学家通过将 650 KB 的书籍编码为合成 DNA 展示了第一个高容量 DNA 数据存储，大规模证明了这一概念

Yaniv Erlich (2017-2019)

开发 DNA Fountain，实现接近理论最大的存储密度 1.98 位/核苷酸，并共同发明了用于将数据嵌入物理对象的 DNA-of-Things (DoT)

Dina Zielinski (2017)

与纽约基因组中心共同开发DNA Fountain编码方法，将操作系统、电影等文件完美存储在DNA中

Robert N. Grass (2015-2019)

在苏黎世联邦理工学院开发了二氧化硅封装，用于将 DNA 数据保存数千年，并与 Erlich 共同发明了事物 DNA

Nick Goldman (2013)

领导 EMBL-EBI 团队，使用具有冗余的三元编码方案对 DNA 中的 739 KB 数据进行编码，发表在《自然》杂志上（2013 年）

Richard Feynman (1959)

在 1959 年著名的演讲“There’s Plenty of Room at the Bottom”中首次提出了使用分子进行数据存储的想法

Luis Ceze & Karin Strauss (2018)

领导微软与华盛顿大学在随机访问 DNA 存储和自动化端到端 DNA 数据存储系统方面的合作

🎓 学习资源

DNA Fountain enables a robust and efficient storage architecture
2017 年 Science 论文展示了近乎最佳的 DNA 存储密度和完美的数据恢复
Next-generation digital information storage in DNA
2012 年《科学》杂志上的开创性论文开创了现代 DNA 数据存储的先河
DNA Data Storage Alliance
行业联盟推进 DNA 存储标准和商业化
Columbia Magazine - The Future of Data Storage
埃利希和齐林斯基突破性工作的无障碍概述

💬 给学习者的话

地球上的每个活细胞都已经使用了分子记忆——DNA 在比针头还小的空间中存储了构建和运行人体的完整指令。分子记忆研究的非凡之处在于，科学家们现在正在为我们的数字世界重新利用大自然自己的存储介质。一克 DNA 就可以取代整个数据中心。虽然我们仍在努力使其速度足够快、价格足够适合日常使用，但根本性的突破已经取得：我们知道如何使用相同的分子来写入、存储和完美地读回数字数据，该分子已经可靠地保存了 38 亿年的生命故事。