用DNA存數(shù)據(jù)，福建科研團隊獲重要突破

來源:福建日報 2024-08-20 11:31 http://www.xbkwei.com/

　　記者從嘉庚創(chuàng)新實驗室獲悉，該實驗室楊朝勇教授和張惠敏副研究員團隊在DNA信息存儲領(lǐng)域取得重要突破，近日，相關(guān)成果發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》。

　　信息化浪潮帶動了數(shù)字經(jīng)濟和人工智能等新興技術(shù)的高速發(fā)展，隨之而來的是全球數(shù)據(jù)產(chǎn)出量的爆炸式增長。全球數(shù)據(jù)量的增加，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)前主流存儲技術(shù)（包括磁性、光學(xué)和固態(tài)存儲）的容量。尋求全新的存儲介質(zhì)與模式成為一個亟待解決的關(guān)鍵問題。

　　據(jù)介紹，脫氧核糖核酸（DNA）因其具有更高的存儲密度、更長的保存時間和更低的功耗需求，已經(jīng)逐漸成為一個備受矚目的“候選者”。目前，DNA信息存儲已初步實現(xiàn)信息的寫入、存儲和解碼的完備流程。然而，當(dāng)前大多數(shù)工作依賴于大型DNA商業(yè)化的服務(wù)或儀器以實現(xiàn)信息寫入與讀出，這種非連續(xù)且非專用的模式使DNA信息存儲在更廣的實際應(yīng)用中面臨諸多挑戰(zhàn)。例如：難以系統(tǒng)性自動化所造成的高讀寫延時，復(fù)雜且昂貴的服務(wù)或儀器所帶來的高準(zhǔn)入門檻，以及閉源性分布式處理所導(dǎo)致的高信息安全風(fēng)險等。

　　針對當(dāng)前DNA信息存儲領(lǐng)域面臨的“寫入—存儲—讀取”一體化難題，該實驗室項目團隊成功開發(fā)了一種基于數(shù)字微流控技術(shù)（Digital Microfluidics, DMF）的全自動化DNA信息存儲解決方案，即DNA-DISK平臺。這一創(chuàng)新平臺實現(xiàn)了DNA信息存儲全流程的集成化、自動化和小型化。

　　DNA-DISK平臺首次采用單堿基酶促合成技術(shù)進(jìn)行信息寫入，有效降低了信息編譯的冗余度，為數(shù)據(jù)寫入提供了一種環(huán)保且經(jīng)濟的方法；利用焦磷酸測序技術(shù)對DNA進(jìn)行片上測序，實現(xiàn)了信息的原位解碼。此外，通過熱響應(yīng)凝膠封裝技術(shù)，DNA信息得以在芯片上實現(xiàn)原位封裝，不僅提升了芯片的便攜性，還可以防止DNA的降解。項目團隊設(shè)計了配套的桌面式儀器，使得DNA信息存儲操作變得像使用U盤一樣便捷，能夠在多種通用場景下完成信息的寫入、存儲和讀取全流程操作。

　　為了驗證DNA-DISK平臺的實用性和有效性，團隊利用該平臺對廈門大學(xué)校訓(xùn)“自強不息，止于至善”以及《茉莉花》樂譜文件（共228比特，讀寫延時4.4分鐘/比特）進(jìn)行了編碼和存儲，并成功實現(xiàn)了信息的準(zhǔn)確解碼。這一成果不僅證明了DNA-DISK平臺的可行性，更展示了其在未來發(fā)展成為“DNA硬盤”的巨大潛力，為DNA信息存儲帶來了新思路。

　　該工作在嘉庚創(chuàng)新實驗室楊朝勇教授和張惠敏副研究員的指導(dǎo)下完成。廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2021級博士生李堃杰為論文的第一作者。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金以及嘉庚創(chuàng)新實驗室科技項目等資助。（福建日報記者李珂）

原標(biāo)題：用DNA存數(shù)據(jù)，福建科研團隊獲重要突破

責(zé)任編輯：方迪