本发明专利技术公开了负载了DNA存储数据的数据存储装置、制备方法和读数方法。该装置包括保护罩、DNA和DNA载体，DNA负载在DNA载体上，并置于保护罩内，保护罩内填充惰性气体。计算机数据通过转码转换得碱基序列，合成碱基序列，负载到载体上，置于保护罩中并填充惰性气体。该装置具有信息存储密度高、存储时间长等优点，可用于个性化的物品定制、产品防伪和信息加密等应用。应用。应用。
【技术实现步骤摘要】
负载了DNA存储数据的数据存储装置、制备方法和读数方法
[0001]本专利技术涉及生物
，特别涉及负载了DNA存储数据的数据存储装置、制备方法和读数方法。
技术介绍
[0002]随着信息技术的发展，越来越多的物品上负载了各种各样的信息，如各种条形码、二维码、电子标签等。这种负载了信息的物品已被广泛应用于物联网、个性化的物品定制、产品防伪和信息加密等应用。但现有的数据存储技术有信息密度低、保存时间短等缺点，而将数据信息保存于DNA碱基序列中，可以解决以上问题，是未来的发展趋势。
[0003]DNA数据存储技术，依赖于DNA合成、测序以及数据转换和纠错算法。近三十年来主流的DNA序列人工合成方法是亚磷酰胺化学法，其他如基于TdT等聚合酶的合成方法暂时还不能用于制备大阵列DNA序列。亚磷酰胺化学法最核心的脱保护步骤是通过使用含氢离子的三氯乙酸，对当前DNA单链末端的二甲氧三苯甲基进行脱保护，以便于下一核苷酸的链上共价键聚合。由此衍生出一系列阵列式生成氢离子的DNA合成技术，如美国Rosetta公司的喷墨打印液滴微阵列法，麻省理工学院的光电化学法，以CustomArray公司的电化学脱保护法。
[0004]另一方面，伴随着人类基因组计划，DNA测序技术得到了迅猛的发展，主要包括以Sanger双脱氧链终止法和454焦磷酸测序为代表的第一代测序、以Illumina基于桥式PCR荧光检测和Ion Torrent基于乳化液PCR半导体电学检测为代表的第二代测序、以及Pacific Bioscience基于零模波导单分子实时测序和Oxford Nanopore Technology基于纳米孔测序为代表的第三代测序。第二代测序中通过检测配对脱氧核苷酸聚合释放氢离子的电学检测方法，主要分为基于表面陷阱机制的离子响应场效应管(ISFET)检测和基于感应电荷的微电极检测这两种合成测序法，在器件小型化和集成化方面有着明显优势。
[0005]除了DNA合成和测序技术，其数据转换和针对合成和测序步骤中固有错误率的纠错算法也得到了很大的发展。将二进制的计算机数据转换为DNA序列的方案有二进制模型，三进制模型，以及四进制模型。其中四进制模型的存储效率最高，但由该模型得到的DNA序列会出现GC含量远偏于50％，均聚物过多等问题，给合成和测序带来困难。二进制模型存储效率最低，但其转换得到的序列合成和测序困难最小。三进制模型的存储效率及序列合成和测序难度介于二进制和四进制模型之间。近些年也有学者提出将以上三种模型进行混合，建立混合进制的模型(如三进制和四进制的组合)，以在降低合成和测序难度的同时保证较高的存储效率。不论化学合成法、生物合成法、合成测序法或者纳米孔测序过程中，现在技术都难以保证长序列的正确性达到信息
可用的接受范围。因此在对数据进行编码时需要对序列加上纠错方案，可用于DNA存储的纠错方案有线性码、循环码、BCH码、里德所罗门码、卷积码、异或码和喷泉码、Goldman法、LDPC码等。均是借由信息通信领域以成熟的纠错算法，应用在DNA存储领域。
技术实现思路
[0006]专利技术目的：本专利技术目的是提供一种数据存储时间长、存储密度高的负载了DNA存储数据的数据存储装置。将数据(如姓名、产地、防伪、加密信息等)通过DNA负载在物品中，可用于个性化的物品定制、产品防伪和信息加密等。
[0007]本专利技术另一目的是提供所述负载了DNA存储数据的数据存储装置的制备方法。
[0008]本专利技术最后一目的是提供数据读取方法。
[0009]技术方案：本专利技术提供一种负载了DNA存储数据的数据存储装置，包括保护罩、DNA和DNA载体，DNA负载在DNA载体上，并置于保护罩内，保护罩内填充惰性气体。DNA负载在DNA载体上，便于微量DNA的提取。保护罩内填充惰性气体，保护罩防止水蒸气、光照以及氧气等环境因素对DNA分子的破坏。
[0010]进一步地，所述DNA的碱基序列的设计是将编码存储的数据首先转化成二进制，再添加地址码、纠错码和引物信息，最后通过多进制算法转换成碱基编码。
[0011]进一步地，所述DNA通过基于亚磷酰胺核苷酸的DNA化学合成方法合成或通过基于脱氧核苷末端转移酶的DNA酶法合成方法合成。化学合成方法可以通过酸性试剂脱去亚磷酰胺核苷酸上的酸不稳定保护基团循环合成DNA，或者通过光照脱去亚磷酰胺核苷酸上的光不稳定保护基团循环合成DNA。
[0012]进一步地，所述DNA通过第二代测序的合成测序技术或者第三代测序的纳米孔测序技术进行碱基序列的读取。合成测序技术基于边合成边测序的策略，当带有荧光基团的脱氧核苷酸分子和其他试剂进入溶液时，互补的脱氧核苷酸被连接到链上产生荧光信号，推测相应的DNA序列信息。纳米孔测序技术是基于DNA分子上四种碱基在通过纳米孔时会产生不同电流，通过分析电流信号判断碱基。最终通过测序步骤能够得到DNA的序列信息。
[0013]所述的负载了DNA存储数据的数据存储装置的制备方法，包括如下步骤：
[0014](1)将所要存储的计算机数据通过转码转换为DNA碱基序列；首先将中文、英文、语音、视频或者其他数据格式通过ASCII、Unicode、UTF或者GBK转化成二进制，再添加地址码、纠错码和引物信息，纠错码可选自线性码、循环码、BCH码、里德所罗门码、卷积码、异或码和喷泉码，最后通过二进制、三进制、四进制或者混合进制算法转换成碱基编码。
[0015](2)合成步骤(1)中的DNA碱基序列；合成具有这种碱基序列的DNA使用亚磷酰胺合成方法，在可控多孔玻璃基底上循环合成具有存储信息的DNA分子，洗脱并通过高效液相色谱纯化，根据DNA分子两端的引物对DNA分子进行PCR扩增，并得到DNA分子溶液；DNA合成还可通过酶法，DNA分子的提取还可通过磁珠吸附法。
[0016](3)将合成的DNA碱基序列负载在DNA载体上。将这种DNA负载在DNA载体上，DNA载体可以是氨基修饰的粒径为几百纳米的二氧化硅微球，DNA分子溶液与二氧化硅微球孵育，通过离心纯化、超纯水洗涤后，载有DNA分子的二氧化硅微球使用正硅酸乙酯与氨水还原在表面形成二氧化硅保护层，随后离心纯化、超纯水洗涤。
[0017](4)将负载有DNA碱基序列的载体放到保护罩中，并填充惰性气体。如氮气、氦气或氖气保护。
[0018]上述工艺可概括为：编码、合成、提取、封装等。
[0019]所述的负载了DNA存储数据的数据读取方法，包括如下步骤：
[0020](1)将DNA和载体从保护罩中取出；
[0021](2)将载有DNA分子的载体使用超纯水洗涤，使用DNA提取试剂盒提取DNA分子，通过荧光定量PCR初步评估DNA提取效果并扩增所需序列；
[0022](3)将样品进行DNA测序得到其碱基序列。可使用Illumina或其他合成测序技术进行测序，DNA分子首先连接在用于扩增和固定的引物序列，随后进入流动池，运行测序仪器，得到测序数据。也可使用Oxford或其他纳本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种负载了DNA存储数据的数据存储装置，其特征在于：包括保护罩(1)、DNA(2)和DNA载体(3)，DNA(2)负载在DNA载体(3)上，并置于保护罩(1)内，保护罩(1)内填充惰性气体。2.根据权利要求1所述的负载了DNA存储数据的数据存储装置，其特征在于：所述DNA(2)的碱基序列的设计是将编码存储的数据首先转化成二进制，再添加地址码、纠错码和引物信息，最后通过多进制算法转换成碱基编码。3.根据权利要求1所述的负载了DNA存储数据的数据存储装置，其特征在于：所述DNA(2)通过基于亚磷酰胺核苷酸的化学合成方法合成或通过基于脱氧核苷末端转移酶的酶法合成方法合成。4.根据权利要求1所述的负载了DNA存储数据的数据存储装置，其特征在于：所述DNA(2)通过第二代测序的合成测序技术或者第三代测序的纳米孔测序技术进行碱基序列的读取。5...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏，赵超，许成韬，高中莉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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