世界上每一天都有海量数据产生，全球数据总量每两年翻一番，传统存储介质正面临密度、寿命与能耗的极限。我们急需一场存储革命。

解决之道可能就蕴藏在生命本身的密码中。从冰川中复苏的远古生物基因，证明了DNA作为信息载体的超凡耐久性。如今，科学家正学习大自然的智慧，将数字世界纷繁复杂的文本、图片与影像，编译成由A、T、C、G四个碱基书写的新密码。这不仅是技术的跨界融合，更可能是一场关乎文明传承与信息存续的深刻变革。

存储革命：生物技术的新篇章

进入数字时代，全球每天产生约2.5艾字节(EB)的数据——若刻录成DVD，这些光盘叠起来的高度足以绕地球两圈。

传统存储介质如硬盘、磁带和光盘却面临着瓶颈。它们不仅寿命有限，通常只有几年到十几年，而且存储密度接近物理极限。更重要的是，维持这些存储设备的运行需要消耗惊人的能源。

DNA存储的概念应运而生。DNA存储技术是利用人工合成脱氧核糖核酸（DNA）存储数字信息的划时代存储技术，具有高效、存储量大、保存周期长等特点。其核心是将二进制数据转换为DNA的A、T、C、G碱基序列编码，通过合成冗余片段确保数据容错性，并借助分子实验室设备进行解码读取。自20世纪60年代科学家首次提出“遗传记忆”构想，到1988年哈佛大学戴维斯教授首次实现DNA信息存储实验，这项技术已走过了半个多世纪的发展历程。

超越传统：为何DNA存储更胜一筹

与传统存储介质相比，DNA存储展现出压倒性优势。

• 一块标准的3.5英寸硬盘可存储约18TB数据，而同等体积的DNA理论上可存储约10亿TB数据，密度高出5000万倍。
• 云存储服务虽然方便，但数据中心的能源消耗占全球电力消耗的约2%，而DNA存储仅需在写入和读取时消耗能量，保存阶段几乎零能耗。
• 在耐久性方面，DNA更是完胜。传统硬盘寿命通常为3-5年，优质磁带最多保存30年，而DNA在适宜条件下可保存数千年甚至更久。这为解决长期数据保存问题提供了革命性方案。
• DNA存储还具有与生俱来的并行处理能力。不同于传统存储设备的串行读写，DNA分子可以同时进行大量化学反应，理论上可实现极高的数据吞吐量。

核心技术：编码与解码的生命密码

DNA存储的技术实现主要包括三大步骤：编码、合成与读取。

1.编码——将数据写入DNA

编码是DNA存储的首要步骤，负责将二进制数据转换为由A、T、C、G四个碱基组成的DNA序列。简单来说，就是将数字信息翻译成生命语言。科学家通常依据DNA核苷酸合成的限制和数据的存储需求进行设计。比如,规定每2个二进制位对应一种核苷酸组合,00对应A,01对应T,10对应G,11对应C等。

不过,将数字信息准确编码为DNA序列并非易事,需要设计合适的编码算法和方案。一方面要确保信息能够完整、准确地合成为DNA序列,另一方面还要考虑编码效率和冗余度等问题,以便在后续存储和读取过程中实现高效操作。

2.合成——合成DNA链

合成阶段则是根据编码结果，利用化学或生物方法合成对应的DNA链。目前常用的传统化学合成方法是基于磷酰胺的化学合成法,但其合成速度慢、成本高。而国家生物信息中心与中国科学院计算技术研究所团队开发的“DNA活字印刷”技术改变了这一局面[1]。

借鉴我国古代四大发明之“活字印刷术”逻辑，创新提出了一种经济高效的“DNA活字存储”设计思路，直接研发了名为“毕昇一号”的DNA活字喷墨打印机，将数字信息“打印”到DNA中，实现存储流程自动化。这种方法使用预制的“DNA活字”和长链模板，像活字印刷一样并行排列，大幅提高了写入速度和效率，使单次反应的信息写入通量达到传统方法的350倍。

毕昇一号[1]

3.存储与读取——保障数据的保存与恢复

DNA存储对环境条件要求比较宽泛,一般需将合成好的DNA保存在低温、干燥且避光的环境中。低温(通常零下20摄氏度甚至更低)和干燥能有效减缓DNA分子降解速度;避光则是为了防止光照引发DNA分子的损伤,从而保障存储数据准确性。而读取DNA存储数据的方法,就是DNA测序。需依靠DNA测序技术获取其核苷酸序列。目前主流的DNA测序技术有桑格测序法、NGS测序和纳米孔测序等。

天津大学团队开发的新技术，特别针对纳米孔测序的高出错率，设计了PNC-LDPC编码方法，将插入/删节错误转化为更易纠正的擦除错误，实现了分钟级快速读取，准确率也大幅提升[2]。

纳米孔测序进行实时读出的实验验证[2]

前沿动态：从实验室走向商业应用

在应用层面，DNA存储的商业化进程也迈出了关键一步。2024年12月7日，美国DNA存储技术初创公司Atlas Data Storage宣布推出全球首个可扩展的DNA数据存储解决方案——Atlas Eon 100[3]。

这家公司并非向大众市场推出DNA存储硬件，而是提供数据存储服务，并宣称其存储胶囊能够保存数据数千年而无需刷新，且在高达40摄氏度的环境下保持稳定。

该公司的技术已能够将个人珍贵回忆转化为DNA形式保存，让普通人也能够接触这项前沿科技。

未来，DNA存储可能在以下领域率先应用：

• 需要长期保存的国家档案和文化遗产；
• 航天领域的太空数据存储，因其高密度和低能耗特性；
• 生物医学中的基因数据和医疗记录保存；
• 高隐私要求的个人数据存储。

随着成本下降和技术成熟，DNA存储有望从特定领域逐步扩展到更广泛的应用场景，最终可能成为数据存储的重要方式之一。

泓迅生物一站式DNA存储解决方案

泓迅生物可提供“基因合成+DNA存储”一站式解决方案，正成为行业的重要参与者。

泓迅生物的核心优势在于其自主开发的DNA Studio^TM信息存储平台。这个平台实现了从中英文字符到A、T、C、G四个碱基的精准转换，将文字信息转化为可存储的DNA序列。

泓迅生物将合成生物学的前沿技术与信息科学深度结合，构建了从编码、合成到存储、读取的完整闭环。

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[1]Wang C, Wei D, Wei Z, et al. Cost-Effective DNA Storage System with DNA Movable Type. Adv Sci (Weinh). 2025 Mar;12(9):e2411354.

[2]Chen W, Qin R, Guo Q, Guo J, Ge Q, Yuan Y. Approaching single-molecule assembly-free readout from medium-length encoded DNA. Nat Commun. 2025 Nov 17;16(1):10059.

[3]美国公司推出全球首个可扩展DNA数据存储解决方案．IT之家．2025-12-07