[发明专利]负载了DNA存储数据的数据存储装置、制备方法和读数方法

说明书

本发明公开了负载了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。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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PacificBioscience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。

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技术领域可用的接受范围。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。

发明内容

发明目的：本发明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。

本发明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。

本发明最后一目的是提供数据读取方法。