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近日，東南大學生物科學與醫學工程學院、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了單電極上數據寫入和讀取的一體化，為實現未來的高通量自動化DNA存儲系統打下基礎。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發表。

隨著大數據時代的到來，全球數據產生量正以指數形式激增，而以DNA分子為基礎的數據存儲系統被認為是解決未來“數據危機”的一個可行方案。目前，DNA存儲系統大多基于“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技術人員的參與。為了DNA存儲系統的微型化、集成化和自動化，劉宏團隊發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亞磷酰胺化學合成方法，并基于電荷振蕩現象對電極表面的DNA分子進行測序，借助多次測量和統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數據存儲系統流程圖 

此外，劉宏團隊還探索了現有體系向高通量自動化系統發展的潛力。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，通過滑動芯片向電極高效地輸送反應試劑，成功實現了四電極上的數據存儲（“DNA stores Future World”），為之后高通量集成化自動化DNA存儲系統的開發打下基礎。

本工作的第一作者為東南大學生物科學與醫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