從嘉庚創新實驗室獲悉，該實驗室楊朝勇教授和張惠敏副研究員團隊在DNA信息存儲領域取得重要突破，近日，相關成果發表于《美國國家科學院院刊》。
信息化浪潮帶動了數字經濟和人工智能等新興技術的高速發展，隨之而來的是全球數據產出量的爆炸式增長。全球數據量的增加，將遠遠超出當前主流存儲技術（包括磁性、光學和固態存儲）的容量。尋求全新的存儲介質與模式成為一個亟待解決的關鍵問題。
據介紹，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信息的寫入、存儲和解碼的完備流程。然而，當前大多數工作依賴于大型DNA商業化的服務或儀器以實現信息寫入與讀出，這種非連續且非專用的模式使DNA信息存儲在更廣的實際應用中面臨諸多挑戰。例如：難以系統性自動化所造成的高讀寫延時，復雜且昂貴的服務或儀器所帶來的高準入門檻，以及閉源性分布式處理所導致的高信息安全風險等。
針對當前DNA信息存儲領域面臨的“寫入—存儲—讀取”一體化難題，該實驗室項目團隊成功開發了一種基于數字微流控技術（Digital Microfluidics, DMF）的全自動化DNA信息存儲解決方案，即DNA-DISK平臺。這一創新平臺實現了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進行信息寫入，有效降低了信息編譯的冗余度，為數據寫入提供了一種環保且經濟的方法；利用焦磷酸測序技術對DNA進行片上測序，實現了信息的原位解碼。此外，通過熱響應凝膠封裝技術，DNA信息得以在芯片上實現原位封裝，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校訓“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）進行了編碼和存儲，并成功實現了信息的準確解碼。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。
該工作在嘉庚創新實驗室楊朝勇教授和張惠敏副研究員的指導下完成。廈門大學化學化工學院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計劃、國家自然科學基金以及嘉庚創新實驗室科技項目等資助。
