人類社會已進入信息爆炸時代，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲媒介即將無法滿足目前指數(shù)式增長的數(shù)據(jù)存儲需求，因此亟需探索新一代數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。DNA作為一種新型的數(shù)據(jù)存儲媒介憑借其在存儲密度、存儲時間、維護成本等方面的優(yōu)勢，受到世界范圍內(nèi)學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

目前DNA數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)仍處于發(fā)展的初期階段，無法滿足數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用的實際需求。主要的限制因素在于其在數(shù)據(jù)讀寫過程中成本與時耗均遠高于常規(guī)的硬盤存儲系統(tǒng)，此外目前已報道的DNA數(shù)據(jù)存儲平臺在系統(tǒng)集成化、自動化、小型化等關(guān)鍵需求上仍舊十分欠缺。

微流控技術(shù)具備了對微小尺度的流體樣品實現(xiàn)大規(guī)模平行化以及高度集成化操作的關(guān)鍵能力，可為解決以上DNA存儲領(lǐng)域的技術(shù)難題提供有力的支持。首先，實施DNA數(shù)據(jù)存儲的關(guān)鍵功能模塊，包括DNA合成與測序，核酸樣品擴增、分離、純化、建庫等關(guān)鍵步驟，已經(jīng)通過微流控技術(shù)獲得巨大發(fā)展。另一方面，面向數(shù)據(jù)存儲的應(yīng)用要求在樣品處理效率、材料與時間消耗以及系統(tǒng)集成方面具有極高的性能要求，因此也將為當前微流控技術(shù)領(lǐng)域的進一步發(fā)展與突破提供了目標與動力。 近日，中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所副研究員羅源，浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院學(xué)院副教授曹臻，上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院研究員劉一凡于Lab on a Chip期刊聯(lián)合發(fā)表了題為“The emerging landscape of microfluidic applications in DNA data storage” (《微流控技術(shù)在DNA數(shù)據(jù)存儲中的應(yīng)用前景》)的綜述文章，詳細介紹了近期通過應(yīng)用微流控技術(shù)推動DNA數(shù)據(jù)存儲發(fā)展的相關(guān)研究工作。

DNA數(shù)據(jù)存儲工作流程示意圖

該文全面總結(jié)了微流控技術(shù)應(yīng)用于DNA數(shù)據(jù)存儲工作流程中的關(guān)鍵功能模塊的最新進展，顯示了微流控技術(shù)在這一領(lǐng)域的巨大潛力；并且展望了未來如何繼續(xù)深入探索，進一步促進微流控技術(shù)與DNA數(shù)據(jù)存儲相融合，推動DNA數(shù)據(jù)存儲真正邁向應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化。



DNA存儲中DNA數(shù)據(jù)寫入的微流控平臺



所提出的DNA數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)統(tǒng)一框架的示意圖 總之，對寡核苷酸在水環(huán)境中正常工作的內(nèi)在要求以及對數(shù)字數(shù)據(jù)存儲平臺的系統(tǒng)集成、自動化和小型化的不可避免的需求使微流控成為DNA數(shù)據(jù)存儲最重要的技術(shù)之一。然而，實現(xiàn)真正的DNA數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的最終目標要求在多個技術(shù)前沿的性能水平方面超出當前研究進展。

這些挑戰(zhàn)為創(chuàng)新理念和技術(shù)突破提供了堅定不移的動力，通過微觀尺度系統(tǒng)的宏偉設(shè)計，包括微流控、MEMS、大規(guī)模集成電路和片上光學(xué)，以解決生產(chǎn)真正的DNA數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)存在的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

審核編輯：劉清