微流控技術(shù)在DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的應(yīng)用前景

人類社會(huì)已進(jìn)入信息爆炸時(shí)代，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒介即將無(wú)法滿足目前指數(shù)式增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求，因此亟需探索新一代數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。DNA作為一種新型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒介憑借其在存儲(chǔ)密度、存儲(chǔ)時(shí)間、維護(hù)成本等方面的優(yōu)勢(shì)，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(chǔ)系統(tǒng)仍處于發(fā)展的初期階段，無(wú)法滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用的實(shí)際需求。主要的限制因素在于其在數(shù)據(jù)讀寫(xiě)過(guò)程中成本與時(shí)耗均遠(yuǎn)高于常規(guī)的硬盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)，此外目前已報(bào)道的DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)在系統(tǒng)集成化、自動(dòng)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(duì)微小尺度的流體樣品實(shí)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(chǔ)領(lǐng)域的技術(shù)難題提供有力的支持。首先，實(shí)施DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的關(guān)鍵功能模塊，包括DNA合成與測(cè)序，核酸樣品擴(kuò)增、分離、純化、建庫(kù)等關(guān)鍵步驟，已經(jīng)通過(guò)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(chǔ)的應(yīng)用要求在樣品處理效率、材料與時(shí)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(dāng)前微流控技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展與突破提供了目標(biāo)與動(dòng)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(chǔ)中的應(yīng)用前景》)的綜述文章，詳細(xì)介紹了近期通過(guò)應(yīng)用微流控技術(shù)推動(dòng)DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)發(fā)展的相關(guān)研究工作。

DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)工作流程中的關(guān)鍵功能模塊的最新進(jìn)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(lái)如何繼續(xù)深入探索，進(jìn)一步促進(jìn)微流控技術(shù)與DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)相融合，推動(dòng)DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)真正邁向應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化。



DNA存儲(chǔ)中DNA數(shù)據(jù)寫(xiě)入的微流控平臺(tái)



所提出的DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)統(tǒng)一框架的示意圖 總之，對(duì)寡核苷酸在水環(huán)境中正常工作的內(nèi)在要求以及對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)的系統(tǒng)集成、自動(dòng)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(chǔ)最重要的技術(shù)之一。然而，實(shí)現(xiàn)真正的DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的最終目標(biāo)要求在多個(gè)技術(shù)前沿的性能水平方面超出當(dāng)前研究進(jìn)展。

這些挑戰(zhàn)為創(chuàng)新理念和技術(shù)突破提供了堅(jiān)定不移的動(dòng)力，通過(guò)微觀尺度系統(tǒng)的宏偉設(shè)計(jì)，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(chǔ)系統(tǒng)存在的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

審核編輯：劉清