清華新聞網(wǎng)6月11日電 在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域，DNA存儲(chǔ)技術(shù)因其高密度、長(zhǎng)壽命、低能耗和高安全性等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。近期，清華大學(xué)機(jī)械工程系生物制造團(tuán)隊(duì)提出了一種基于引物盤(pán)（Primer Disk）的新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)追加寫(xiě)入、索引、多次讀取等功能（Record-Many-Read-Many Features,RMRM），為大規(guī)模DNA數(shù)據(jù)存檔提供了新的解決方案。
圖1.基于“引物盤(pán)”的可多次讀寫(xiě)DNA存儲(chǔ)系統(tǒng)
傳統(tǒng)的DNA存儲(chǔ)方案需要將索引信息存儲(chǔ)在其他介質(zhì)中，并且無(wú)法對(duì)存入的數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)操作（如追加寫(xiě)入、刪除、重寫(xiě)等）。機(jī)械系生物制造團(tuán)隊(duì)將寡核苷酸鏈作為材料，并將其共價(jià)連接到表面處理的盤(pán)片上，隨后通過(guò)噴墨、酶對(duì)DNA進(jìn)行操作，成功構(gòu)建了基于“引物盤(pán)”的可多次讀寫(xiě)DNA存儲(chǔ)系統(tǒng)。這種微盤(pán)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的追加寫(xiě)入，提高了DNA存儲(chǔ)系統(tǒng)的可操作性，還能夠通過(guò)熒光點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)信息的索引，通過(guò)固相PCR實(shí)現(xiàn)信息的多次隨機(jī)讀取。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證實(shí)了其多次追加寫(xiě)入（10次）、多次讀取（20次）后的數(shù)據(jù)的保真性，此外，還展示了索引信息陣列的可重寫(xiě)特征，借助T4 DNA連接酶和限制性?xún)?nèi)切酶Sma I，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熒光陣列的可重寫(xiě)操作，在多次追加寫(xiě)入過(guò)程中，解決了熒光顯微鏡讀取時(shí)通道數(shù)有限的問(wèn)題。
該研究首次構(gòu)建了兼具多次寫(xiě)入、多次讀取和隨機(jī)索引功能的DNA盤(pán)片信息存儲(chǔ)系統(tǒng)，有望推動(dòng)DNA存儲(chǔ)技術(shù)從理論走向應(yīng)用，為未來(lái)大規(guī)模檔案數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供靈活、高效的解決方案。
圖2.熒光“引物盤(pán)”工作流程
相關(guān)研究成果以“基于引物盤(pán)的信息索引、多次讀寫(xiě)功能的DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)”（Primer-Disk-enabled DNA Data Storage System with Index and Record-Many-Read-Many Features）為題，于6月4日在線(xiàn)發(fā)表于《先進(jìn)科學(xué)》（Advanced Science）。
清華大學(xué)機(jī)械系副教授歐陽(yáng)禮亮、教授熊卓，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院教授彌勝利為論文通訊作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2021級(jí)碩士生馬嘉翔為論文第一作者。論文其他合作者包括清華大學(xué)機(jī)械系博士后楊宇和機(jī)械系2025屆博士畢業(yè)生裴犇。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/advs.202502367
供稿：機(jī)械系
編輯：李華山
審核：郭玲
