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近日，東南大學生物科學與醫(yī)學工程學院、生物電子學國家重點實驗室劉宏教授團隊報道了集成化DNA存儲系統(tǒng)方面的研究進展，通過電極表面合成DNA分子及原位測序實現(xiàn)了單電極上數(shù)據寫入和讀取的一體化，為實現(xiàn)未來的高通量自動化DNA存儲系統(tǒng)打下基礎。相關成果以“Electrochemical DNA synthesis and sequencing on a single electrode with scalability for integrated data storage”為題在國際著名期刊Science Advances發(fā)表。

隨著大數(shù)據時代的到來，全球數(shù)據產生量正以指數(shù)形式激增，而以DNA分子為基礎的數(shù)據存儲系統(tǒng)被認為是解決未來“數(shù)據危機”的一個可行方案。目前，DNA存儲系統(tǒng)大多基于“編碼-合成-儲存-測序-解碼”的操作流程，涉及到大型儀器和專業(yè)技術人員的參與。為了DNA存儲系統(tǒng)的微型化、集成化和自動化，劉宏團隊發(fā)展了一種基于電化學的單電極DNA合成和測序方法，通過電化學脫保護技術改進了傳統(tǒng)亞磷酰胺化學合成方法，并基于電荷振蕩現(xiàn)象對電極表面的DNA分子進行測序，借助多次測量和統(tǒng)計學方法降低測量誤差，最終成功將校訓（止于至善——“Rest in the highest excellence!”）以DNA分子形式存儲在電極表面并讀取出來。

圖1 基于電化學DNA合成與測序的DNA數(shù)據存儲系統(tǒng)流程圖 

此外，劉宏團隊還探索了現(xiàn)有體系向高通量自動化系統(tǒng)發(fā)展的潛力。研究人員利用微流控滑動芯片技術設計了單片四電極系統(tǒng)，通過滑動芯片向電極高效地輸送反應試劑，成功實現(xiàn)了四電極上的數(shù)據存儲（“DNA stores Future World”），為之后高通量集成化自動化DNA存儲系統(tǒng)的開發(fā)打下基礎。

本工作的第一作者為東南大學生物科學與醫(yī)學工程學院博士生許成韜，通訊作者為東南大學生物科學與醫(yī)學工程學院、生物電子學國家重點實驗室劉宏教授，趙超副教授及東南大學至善博士后馬標、董興博士和高中莉同學參與了本研究。該工作得到了國家自然科學基金、東南大學生物電子學國家重點實驗室研究基金的資助。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk0100