在这个信息爆炸的时代，传统的存储方式已经越来越吃力了，于是，一种新的存储技术——DNA存储应运而生。这种技术利用DNA分子来存储数据，每克DNA可以存储数百艾字节的数据，并且在没有电力的情况下能保存数千年。尤其是在生物医学领域，DNA存储的潜力更是巨大——它不仅能高分辨率地存储图片数据，还能长时间保存，非常适合处理复杂的医学影像和基因组数据。

近日，我国科研人员在DNA存储领域取得新突破，研发了一种全新的DNA存储系统——HELIX，该系统专门用于存储生物医学数据，并成功实现了60MB的时空组学图像的存储与恢复。

这一科研成果由天津大学应用数学中心吴华明教授团队取得，相关论文《使用HELIX进行生物医学图像的DNA数据存储》发表在国际期刊《自然—计算科学》上。

（HELIX系统架构。图源：天津大学新闻网）

HELIX系统的创新之处

1.图像压缩、纠错编码和复原技术详解

天津大学研究团队开发的HELIX系统包含3个核心模块：图像压缩、图像纠错编码和图像复原。针对DNA存储过程中可能出现的碱基错误，HELIX对现有压缩算法进行了优化，大幅增强了系统的容错能力。同时，为了提高图像解码的成功率，团队还引入了深度学习技术，在图像修复过程中显著提升了信息恢复的能力。

2.深度学习在图像修复中的应用

在实际实验中，团队成功将两张60MB的时空组学图像编码为13万条、每条183个碱基的DNA序列，并通过DNA合成与测序技术，成功恢复了图像数据。实验结果表明，HELIX系统非常强大，只需要约5.8倍的测序深度，就能恢复图像的绝大部分信息。

吴华明表示，该研究表明，针对特定数据类型量身定制的DNA存储系统，不仅在存储效率上表现卓越，还在可靠性方面展现出更大的优势，为DNA信息存储技术的广泛应用奠定了坚实的基础。

DNA存储技术的优势与挑战

DNA存储技术凭借其惊人的存储密度和超长的保存寿命，成为应对数据爆炸问题的革命性方案。1克DNA可以容纳215PB的数据（相当于1000万小时的高清视频），理论上一吨DNA就可以存储全球现有的所有数据。而且，在低温干燥条件下，DNA可以稳定保存数千年甚至更久。相比之下，传统的硬盘或磁带只能保存几十年。

然而，这项技术也面临一些挑战。首先是成本高昂，目前合成2MB数据需要约7000美元，读取还需要额外2000美元，商业化成本远超传统介质。其次，读写效率低下，化学合成速度仅为0.1秒/碱基，存储一首MP3需要一个月的时间，测序速度也落后于硬盘几个数量级。此外，合成和测序过程中的错误率也不容忽视，需要依赖纠错编码来保障可靠性。最后，技术标准化缺失，编码规则和存储格式尚未统一，与现有信息系统兼容性不足。

近年来，研究人员在酶促合成和并行写入技术方面取得了重要进展。例如，北大“活字印刷”技术将通量提升至27.5万比特/次。这些技术的突破有望大幅降低成本并提高存储速度，从而推动DNA存储技术向实用化迈进。未来，随着技术的不断进步，DNA存储可能会成为解决数据存储难题的关键技术之一。

新闻来源：新华社

记    者：叶家余

编    辑：卢婷婷

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