本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，尤其是涉及一種dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著當(dāng)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)信息的含量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，目前人們使用的存儲(chǔ)方式主要包括磁性存儲(chǔ)器(例如磁帶或硬盤驅(qū)動(dòng)器)、光學(xué)存儲(chǔ)器(例如藍(lán)光存儲(chǔ)器)和固態(tài)存儲(chǔ)器(例如閃存)，然而這些存儲(chǔ)體系的弊端已逐漸暴露，如存儲(chǔ)能力有限、有效存儲(chǔ)時(shí)間短、數(shù)據(jù)易受環(huán)境影響丟失缺損、生產(chǎn)設(shè)備能耗高以及污染環(huán)境等。

2、脫氧核糖核酸(dna)作為一種天然的信息存儲(chǔ)介質(zhì)，由于其對(duì)世界上幾乎所有生物有機(jī)體的海量遺傳信息具有超常的安全存儲(chǔ)能力而受到人們的關(guān)注。作為已知最密集、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，dna具有存儲(chǔ)密度高、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、并行存取性好、兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)。相關(guān)技術(shù)中，已有相應(yīng)研究報(bào)道了通過(guò)將dna特異性結(jié)合在存儲(chǔ)條帶上完成寫入，并且可以在一定的外部條件進(jìn)行讀取或直接擦除，然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于寫入過(guò)程是在索引柱之間的區(qū)域無(wú)差別地寫入文件，存在信息分辨率低的問(wèn)題，在后續(xù)的讀取過(guò)程中難以控制特定的dna文件從存儲(chǔ)條帶上釋放出來(lái)。

3、基于此，亟需尋求一種有助于提高信息分辨率的dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法及其應(yīng)用，以便于提高dna存儲(chǔ)條帶的后續(xù)數(shù)據(jù)提取效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提出了dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法及其應(yīng)用。采用該方法進(jìn)行信息存儲(chǔ)有助于增加次級(jí)分區(qū)，進(jìn)而提高信息分辨率，且在后續(xù)的信息提取時(shí)，能夠通過(guò)溫度調(diào)控對(duì)相應(yīng)的具有不同頂點(diǎn)序列的信息存儲(chǔ)單元進(jìn)行精確分批提取。

2、本發(fā)明的第一方面，提供了dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法，包括以下步驟：

3、s1、將待存儲(chǔ)的核苷酸序列與帶有頂點(diǎn)序列的dna納米結(jié)構(gòu)結(jié)合，得到信息存儲(chǔ)單元；

4、s2、利用橋連序列將所述信息存儲(chǔ)單元的頂點(diǎn)序列與固定于存儲(chǔ)條帶基底上對(duì)應(yīng)的探針序列連接，即可實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)；

5、其中，所述待存儲(chǔ)的核苷酸序列與所述dna納米結(jié)構(gòu)的錨定序列通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)連接；所述頂點(diǎn)序列與所述橋連序列通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)連接；

6、在所述存儲(chǔ)條帶基底上連接至少1條探針序列，當(dāng)存在1個(gè)以上所述信息存儲(chǔ)單元時(shí)，不同的信息存儲(chǔ)單元的所述頂點(diǎn)序列與所述橋連序列的結(jié)合能相同或不同。

7、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的信息存儲(chǔ)方法，至少具有如下有益效果：

8、采用本發(fā)明的信息存儲(chǔ)方法進(jìn)行dna信息存儲(chǔ)有助于增加次級(jí)分區(qū)，進(jìn)而提高信息分辨率，且在后續(xù)的信息提取時(shí)，能夠通過(guò)溫度調(diào)控對(duì)相應(yīng)的具有不同頂點(diǎn)序列的信息存儲(chǔ)單元進(jìn)行精確分批提取。此外，本發(fā)明dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法簡(jiǎn)單，且由于采用了dna納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，有助于提高dna信息存儲(chǔ)密度。

9、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述dna納米結(jié)構(gòu)是由核苷酸序列通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)組裝而成的多面體框架結(jié)構(gòu)。

10、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述多面體框架結(jié)構(gòu)的至少一條邊上向內(nèi)或向外延伸出所述錨點(diǎn)序列，用于與所述待存儲(chǔ)的核苷酸序列結(jié)合。

11、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述探針序列與所述存儲(chǔ)條帶基底通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合。

12、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述化學(xué)鍵結(jié)合的方式選自氨基與羧基成鍵、金屬與巰基成鍵、氨基與醛基成鍵、金屬與核酸形成的配位鍵中的至少一種。

13、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述探針序列可以是經(jīng)化學(xué)修飾的核酸分子和/或未經(jīng)化學(xué)修飾的核酸分子。其中，未經(jīng)化學(xué)修飾的核酸分子直接與條帶基底通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合，經(jīng)修飾的核酸分子可以通過(guò)修飾到其上的基團(tuán)或原子等與條帶基底通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合。

14、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述存儲(chǔ)條帶基底上可以連接一條1個(gè)以上的所述探針序列。

15、本發(fā)明的第二方面，提供了一種從dna存儲(chǔ)條帶上釋放dna納米結(jié)構(gòu)的方法，對(duì)采用如第一方面任一項(xiàng)所述dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法獲得的dna存儲(chǔ)條帶進(jìn)行熱處理，使對(duì)應(yīng)的含所述dna納米結(jié)構(gòu)的信息存儲(chǔ)單元釋放，即可。

16、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法，至少具有如下有益效果：采用本發(fā)明的方法能夠通過(guò)溫度調(diào)控對(duì)相應(yīng)的具有不同頂點(diǎn)序列的信息存儲(chǔ)單元進(jìn)行精確分批釋放，有助于增加次級(jí)分區(qū)，進(jìn)而提高信息分辨率。

17、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述熱處理的溫度根據(jù)所述橋連序列與所述信息存儲(chǔ)單元中的所述頂點(diǎn)序列之間的變性臨界溫度確定。

18、本發(fā)明的第三方面，提供了讀取方法，包括：對(duì)采用如第一方面任一項(xiàng)所述dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法獲得的dna存儲(chǔ)條帶進(jìn)行熱處理，使對(duì)應(yīng)的信息存儲(chǔ)單元釋放，然后將所述信息存儲(chǔ)單元與變性液接觸反應(yīng)，回收所述變性液，測(cè)序。

19、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述測(cè)序的方法包括將回收的變性液與dntps、緩沖成分、引物和聚合酶混合，復(fù)原變性液中的游離片段后測(cè)序。

20、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述讀取還包括將測(cè)序結(jié)果的堿基序列解碼為存儲(chǔ)文件進(jìn)行讀取。

21、本發(fā)明的第四方面，提供了擦除方法，包括：提供采用如第一方面任一項(xiàng)所述dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法獲得的dna存儲(chǔ)條帶，將所述信息存儲(chǔ)單元與變性液接觸反應(yīng)，洗脫，即可。

22、本發(fā)明的第五方面，提供了存儲(chǔ)裝置，包括存儲(chǔ)單元和讀取單元，其中所述存儲(chǔ)單元運(yùn)行第一方面任一項(xiàng)所述的dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法；

23、所述讀取單元運(yùn)行第二方面所述的從dna存儲(chǔ)條帶上釋放dna納米結(jié)構(gòu)的方法。

24、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述存儲(chǔ)單元還包括反應(yīng)槽。能夠理解的是所述反應(yīng)槽用于容納與dna存儲(chǔ)條帶進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)液，具體包括但不限于待存儲(chǔ)的核酸片段的溶液、變性液、洗滌溶液、限制性內(nèi)切酶液等。

25、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述讀取單元還包括讀寫調(diào)節(jié)組件，讀寫調(diào)節(jié)組件用于調(diào)節(jié)dna存儲(chǔ)條帶與反應(yīng)槽中的反應(yīng)液的相對(duì)位置，使存儲(chǔ)條帶可以浸入反應(yīng)液或與反應(yīng)液相互分離。

26、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述讀取單元還包括識(shí)別器，通過(guò)識(shí)別器對(duì)dna存儲(chǔ)條帶上的索引圖案進(jìn)行識(shí)別，從而控制dna存儲(chǔ)條帶上的特定區(qū)域與反應(yīng)液反應(yīng)從而完成寫入、讀取、擦除等操作。

27、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述儲(chǔ)裝置還設(shè)有殼體，所述反應(yīng)槽、dna存儲(chǔ)條帶以及讀寫調(diào)節(jié)組件都設(shè)置在殼體內(nèi)。

28、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述。

技術(shù)特征：

1.dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述信息存儲(chǔ)方法，其特征在于，所述dna納米結(jié)構(gòu)是由核苷酸序列通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)組裝而成的多面體框架結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述信息存儲(chǔ)方法，其特征在于，所述多面體框架結(jié)構(gòu)的至少一條邊上向內(nèi)或向外延伸出所述錨點(diǎn)序列，用于與所述待存儲(chǔ)的核苷酸序列結(jié)合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述信息存儲(chǔ)方法，其特征在于，所述探針序列與所述存儲(chǔ)條帶基底通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述信息存儲(chǔ)方法，其特征在于，所述化學(xué)鍵結(jié)合的方式選自氨基與羧基成鍵、金屬與巰基成鍵、氨基與醛基成鍵、金屬與核酸形成的配位鍵中的至少一種。

6.一種從dna存儲(chǔ)條帶上釋放dna納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括：對(duì)采用如權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法獲得的dna存儲(chǔ)條帶進(jìn)行熱處理，使對(duì)應(yīng)的含所述dna納米結(jié)構(gòu)的信息存儲(chǔ)單元釋放，即可。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的釋放dna納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述熱處理的溫度根據(jù)所述橋連序列與所述信息存儲(chǔ)單元中的所述頂點(diǎn)序列之間的變性臨界溫度確定。

8.讀取方法，其特征在于，包括：對(duì)采用如權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法獲得的dna存儲(chǔ)條帶進(jìn)行熱處理，使對(duì)應(yīng)的信息存儲(chǔ)單元釋放，然后將所述信息存儲(chǔ)單元與變性液接觸反應(yīng)，回收所述變性液，測(cè)序。

9.擦除方法，其特征在于，包括：提供采用如權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法獲得的dna存儲(chǔ)條帶，將所述信息存儲(chǔ)單元與變性液接觸反應(yīng)，洗脫，即可。

10.存儲(chǔ)裝置，其特征在于，包括存儲(chǔ)單元和讀取單元，其中所述存儲(chǔ)單元運(yùn)行如權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的dna存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了DNA存儲(chǔ)條帶的信息存儲(chǔ)方法及其應(yīng)用。該信息存儲(chǔ)方法包括以下步驟：首先將待存儲(chǔ)的核苷酸序列與帶有頂點(diǎn)序列的DNA納米結(jié)構(gòu)結(jié)合，得到信息存儲(chǔ)單元；然后利用橋連序列將信息存儲(chǔ)單元的頂點(diǎn)序列與固定于存儲(chǔ)條帶基底上對(duì)應(yīng)的探針序列連接，即可實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)；其中，所述頂點(diǎn)序列與所述橋連序列通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)連接；在存儲(chǔ)條帶基底上連接至少1條探針序列，當(dāng)存在1個(gè)以上信息存儲(chǔ)單元時(shí)，不同的信息存儲(chǔ)單元的頂點(diǎn)序列與橋連序列的結(jié)合能相同或不同。采用本發(fā)明的方法有助于提高信息分辨率，且在后續(xù)的信息提取時(shí)，能夠通過(guò)溫度調(diào)控對(duì)相應(yīng)的具有不同頂點(diǎn)序列的信息存儲(chǔ)單元進(jìn)行精確分批提取。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣興宇,李健愷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南方科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21