DNA 데이터 저장 프로세스 SoC 시연

과학자들이 단일 전극 DNA 합성 및 시퀀싱을 통한 새로운 정보 저장 기술을 시연했다.

DNA를 저장 매체로 사용하는 것은 새로운 일이 아니다. Richard B. Feynman은 처음 1959년에 그것을 제안했다. 처음부터 DNA를 그토록 매력적으로 만든 것은 이미 그 자체로 저장 장치로 기능하고 엄청난 메모리 밀도를 가진 저장 장치로 기능하기 때문이다. DNA는 그램당 455엑사바이트의 밀도로 정보를 저장할 수 있다. 대략적으로 말하자면, 평균 720g, 20TB HDD는 그램당 0,027TB의 저장 밀도로 제공된다.

Science에 최근 발표된 연구 논문에서 중국 Southeast University 팀은 단일 전극을 사용하는 DNA 합성 및 시퀀싱 기술을 시연했다. 이를 통해 과학자들은 그 공정을 크게 단순화하고 가속화할 수 있었다.

이를 위해 과학자들은 DNA 처리를 처리하는 완전히 새로운 방법을 개발했다. 이들이 개발한 슬립칩(SlipChip)은 DNA 합성 및 시퀀싱에 필요한 다양한 화학 화합물 간의 제어된 상호 작용을 허용하는 미세 유체 경로, 트랩 및 챔버가 있는 작은 교환 챔버다. 필요한 경우 상판을 재구성하여 DNA 조작 프로세스를 다음 단계로 이동할 수 있다.

여기에 기술의 전극 비트가 들어간다. SlipChip도 단일 금 전극을 감싼다. 그것은 본질적으로 두 가지 상태를 정의한다. 하나는 DNA 접촉이 없는 상태(0)이고 다른 하나는 단순히 DNA 시퀀스의 존재를 식별하는 상태(1) 프로세스 중에 스파이크가 발생하는 잠재 전류에서 발생한다.

연구원들에 따르면 이는 전체 프로세스에서 중요한 단순화와 보안 강화에 기여한다. 현재의 DNA 저장 방법은 일반적으로 각 단계에서 복잡한 액체 조작과 그 사이에 수동 작업이 필요하다. 합성 단계에서 하나의 포스포르아미다이트 뉴클레오티드 단량체를 추가하려면 일반적으로 말할 것도 없이 적어도 4가지 종류의 액체 용액의 도입이 필요하다. 이는 이 기술의 확장 능력을 제한하고 오류 확률을 높인다.

새로운 기술로 DNA 저장에 대한 몇 가지 장애물이 이제 해결됐다. 이전의 DNA 처리 방법(대형 및 비실용적)에 사용된 장비는 더 이상 필요하지 않습다. 단계가 단순화됐다. 이제 수동 개입 없이 수행할 수 있으므로 오류가 줄어든다. 또한 전체 프로세스는 슬립칩(DNA 합성 저장 및 검색 System-On-a-Chip)으로 압축된다.

이 실험을 위해 연구원들은 ATCG(4차) DNA 염기서열로 인코딩된 바이너리 데이터에 사우스이스턴 대학교의 모토(“최고의 우수성에서 휴식을 취하라”)를 작성했다. 이 과정에서 DNA로 합성된다. 결과 DNA를 시퀀싱(판독)하여 팀은 먼저 87.22%의 상당한 정확도를 달성했다. 인코딩 단계에서 데이터 중복성을 통해 오류 수정 기능을 추가하면 100% 정확도를 얻을 수 있다.

연구원들은 단일 전극으로 시간당 약 0.5바이트를 쓰고 읽을 수 있었다. 그 수치는 터무니 없이 느리지만 프로세스는 현재 설계된 대로 확장할 수 있다. 전극의 수를 4개로 늘리면서 연구원들은 평균 1.43바이트/시간 동안 20바이트의 데이터를 쓰고 읽는 데 약 14시간이 걸렸다는 사실을 발견했다. 이는 이미 느린 프로세스에서 불완전한 확장이다. 그러나 여기에서 수행할 확장 및 개선 기술도 있다. Intel의 Pentium은 1993년에 60MHz에서 시작했다.