近日，东南大学生物科学与医学工程学院、生物电子学国家重点实验室刘宏教授团队报道了集成化DNA存储系统方面的研究进展，通过电极表面合成DNA分子及原位测序实现了单电极上数据写入和读取的一体化，为实现未来的高通量自动化DNA存储系统打下基础。相关成果以“Electrochemical DNA synthesis and sequencing on a single electrode with scalability for integrated data storage”为题在国际著名期刊Science Advances发表。
随着大数据时代的到来，全球数据产生量正以指数形式激增，而以DNA分子为基础的数据存储系统被认为是解决未来“数据危机”的一个可行方案。目前，DNA存储系统大多基于“编码-合成-储存-测序-解码”的操作流程，涉及到大型仪器和专业技术人员的参与。为了DNA存储系统的微型化、集成化和自动化，刘宏团队发展了一种基于电化学的单电极DNA合成和测序方法，通过电化学脱保护技术改进了传统亚磷酰胺化学合成方法，并基于电荷振荡现象对电极表面的DNA分子进行测序，借助多次测量和统计学方法降低测量误差，最终成功将校训（止于至善——“Rest in the highest excellence!”）以DNA分子形式存储在电极表面并读取出来。
图1 基于电化学DNA合成与测序的DNA数据存储系统流程图
此外，刘宏团队还探索了现有体系向高通量自动化系统发展的潜力。研究人员利用微流控滑动芯片技术设计了单片四电极系统，通过滑动芯片向电极高效地输送反应试剂，成功实现了四电极上的数据存储（“DNA stores Future World”），为之后高通量集成化自动化DNA存储系统的开发打下基础。
本工作的第一作者为东南大学生物科学与医学工程学院博士生许成韬，通讯作者为东南大学生物科学与医学工程学院、生物电子学国家重点实验室刘宏教授，赵超副教授及东南大学至善博士后马标、董兴博士和高中莉同学参与了本研究。该工作得到了国家自然科学基金、东南大学生物电子学国家重点实验室研究基金的资助。
论文信息：C. Xu, B. Ma, X. Dong, Z. Gao, C. Zhao, H. Liu, Electrochemical DNA synthesis and sequencing on a single electrode with scalability for integrated data storage. Sci. Adv. 7, 46 (2021).
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk0100