清華新聞網(wǎng)6月11日電 在數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域，DNA存儲技術(shù)因其高密度、長壽命、低能耗和高安全性等優(yōu)勢而備受關(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（Primer Disk）的新型數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)追加寫入、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”的可多次讀寫DNA存儲系統(tǒng)
傳統(tǒng)的DNA存儲方案需要將索引信息存儲在其他介質(zhì)中，并且無法對存入的數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)操作（如追加寫入、刪除、重寫等）。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片上，隨后通過噴墨、酶對DNA進(jìn)行操作，成功構(gòu)建了基于“引物盤”的可多次讀寫DNA存儲系統(tǒng)。這種微盤能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的追加寫入，提高了DNA存儲系統(tǒng)的可操作性，還能夠通過熒光點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)信息的索引，通過固相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特征，借助T4 DNA連接酶和限制性內(nèi)切酶Sma I，實(shí)現(xiàn)了對熒光陣列的可重寫操作，在多次追加寫入過程中，解決了熒光顯微鏡讀取時(shí)通道數(shù)有限的問題。
該研究首次構(gòu)建了兼具多次寫入、多次讀取和隨機(jī)索引功能的DNA盤片信息存儲系統(tǒng)，有望推動(dòng)DNA存儲技術(shù)從理論走向應(yīng)用，為未來大規(guī)模檔案數(shù)據(jù)存儲提供靈活、高效的解決方案。
圖2.熒光“引物盤”工作流程
相關(guān)研究成果以“基于引物盤的信息索引、多次讀寫功能的DNA數(shù)據(jù)存儲系統(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)械系副教授歐陽禮亮、教授熊卓，清華大學(xué)深圳國際研究生院教授彌勝利為論文通訊作者，清華大學(xué)深圳國際研究生院2021級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
