بیچلین انجین و تیمی از دانشمندان در مرکز تحقیقات مایکروسافت و علوم و مهندسی کامپیوتر در دانشگاه واشنگتن، اولین ذخیره‌کننده DNA در مقیاس نانو را توسعه دادند. این تیم قصد داشت دانسیته نگارش DNA را به ۲۵ در ۱۰۶ توالی در سانتی‌متر مربع کاهش دهد که ظرفیت ذخیره‌سازی در مقایسه با آرایه‌های سنتز DNA رایج بهبود یافته است. دانشمندان با موفقیت پیامی را در DNA نوشتند و رمزگشایی کردند تا یک سیستم ذخیره سازی داده‌های DNA عملی ایجاد کنند. نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در Science Advances منتشر شده است.
گامی دیگر در مسیر ذخیره‌سازی اطلاعات روی DNA
متخصصان ژنتیک به دلایل مختلف نظیر سهولت نسخه‌برداری، ماندگاری و پایداری، می‌توانند داده‌ها را در DNA مصنوعی به عنوان ابزاری برای ذخیره‌سازی طولانی مدت، نگهداری کنند. تحقیقات در این زمینه اخیراً با الگوریتم‌های رمزگذاری جدید، اتوماسیون و توالی‌یابی‌یابی پیشرفت کرده است. با این وجود، چالش برانگیزترین مانع در استقرار ذخیره سازی DNA، توان نوشتن است که می‌تواند ظرفیت ذخیره‌سازی داده‌ها را محدود کند.
سرعت فعلی تولید داده به گونه‌ای است که به زودی تولید داده از ظرفیت‌های ذخیره‌سازی موجود فراتر می‌رود، DNA راه‌حلی امیدوارکننده برای این مشکل ارائه می‌کند که دانسیته مورد انتظار در آن بیش از ۶۰ پتابایت بر سانتی‌متر مکعب است. این ماده در طیف وسیعی از شرایط دوام دارد و نسخه‌برداری از آن بسیار آسان است، بنابراین برای استفاده تجاری به منظور ساخت حافظه مناسب است.
داده‌های دیجیتال به شکل دنباله‌ای از بیت‌ها را می‌توان در توالی‌هایی از چهار باز DNA یعنی گوانین، آدنین، تیمین و سیتوزین کدگذاری کرد، اگرچه بازهای اضافی نیز می‌توان وارد این ساختار کرد. سپس می‌توان توالی‌ها را از طریق سنتز اولیگونوکلئوتید DNA به شکل مولکولی نوشت. الیگونوکلئوتیدهای حاصل را می‌توان پس از سنتز نگهداری و ذخیره کرد. برای دسترسی به داده‌ها، ذخیره‌سازی DNA را می‌توان با استفاده از واکنش‌های زنجیره‌ای پلیمراز تکثیر و سپس توالی‌یابی کرد تا توالی‌های باز DNA را به اطلاعات دیجیتال تبدیل کرد.
در این مطالعه، محققان یک آرایه الکترود تولید کردند که کنترل سنتز DNA را برای رسیدن به تراکم سنتز ۲۵ میلیون الیگونوکلئوتید در هر سانتی‌متر مربع دارد. این الکترودها امکان دستیابی به سرعت حداقل هدف کیلوبایت در ثانیه ذخیره داده در DNA را داراست. این تیم یک کنترل‌کننده مولکولی را روی تراشه ایجاد کردند تا ذخیره‌سازی اطلاعات روی DNA را انجام دهند. این تراشه می‌تواند سنتز DNA را در ۳ برابر نسبت به قبل افزایش داده تا توان نگارش روی DNA بیشتر شود. برای ذخیره اطلاعات در DNA در مقیاسی که برای استفاده تجاری لازم است، دو فرآیند حیاتی لازم است. ابتدا باید بیت‌های دیجیتال (یک و صفر) را در رشته‌هایی از DNA مصنوعی، ترجمه کنند. سپس آن‌ها باید بتوانند اطلاعات را بخوانند.
در طول سنتز با روش‌های مرسوم زنجیره‌های DNA، دانشمندان از روشی چند مرحله‌ای به‌نام شیمی فسفورامیدیت استفاده می‌کنند که در آن یک زنجیره DNA می‌تواند به‌صورت متوالی با افزودن بازهای DNA رشد کند. هر باز DNA حاوی یک گروه مسدودکننده برای جلوگیری از افزایش چندگانه است. این در حالی است که در طول سنتز DNA به روش الکتروشیمیایی، هر نقطه در آرایه حاوی یک الکترود است و هنگامی که ولتاژ اعمال می‌شود، اسید در الکترود کار (آند) تولید می شود تا مانع از مسدود شدن زنجیره‌های DNA در حال رشد شود، در حالی که یک باز مکمل در الکترود دیگر (کاتد) تولید می‌شود. این تیم با طراحی یک آرایه الکترود، این کار را انجام داده و موفق شدند DNA مصنوعی سنتز کنند که حاوی اطلاعات مورد نظر است.
دانشمندان یک توالی DNA منفرد با ۱۸۰ نوکلئوتید و محصولاتی با طول‌های مختلف از الیگونوکلئوتیدها ایجاد کردند.
