人類社會已進入信息爆炸時代，傳統的數據存儲媒介即將無法滿足目前指數式增長的數據存儲需求，因此亟需探索新一代數據存儲技術。DNA作為一種新型的數據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勢，受到世界范圍內學術界與工業界的廣泛關注。

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

微流控技術具備了對微小尺度的流體樣品實現大規模平行化以及高度集成化操作的關鍵能力，可為解決以上DNA存儲領域的技術難題提供有力的支持。首先，實施DNA數據存儲的關鍵功能模塊，包括DNA合成與測序，核酸樣品擴增、分離、純化、建庫等關鍵步驟，已經通過微流控技術獲得巨大發展。另一方面，面向數據存儲的應用要求在樣品處理效率、材料與時間消耗以及系統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領域的進一步發展與突破提供了目標與動力。 近日，中科院上海微系統與信息技術研究所副研究員羅源，浙江大學信息與電子工程學院學院副教授曹臻，上海科技大學物質科學與技術學院研究員劉一凡于Lab on a Chip期刊聯合發表了題為“The emerging landscape of microfluidic applications in DNA data storage” (《微流控技術在DNA數據存儲中的應用前景》)的綜述文章，詳細介紹了近期通過應用微流控技術推動DNA數據存儲發展的相關研究工作。

DNA數據存儲工作流程示意圖

該文全面總結了微流控技術應用于DNA數據存儲工作流程中的關鍵功能模塊的最新進展，顯示了微流控技術在這一領域的巨大潛力；并且展望了未來如何繼續深入探索，進一步促進微流控技術與DNA數據存儲相融合，推動DNA數據存儲真正邁向應用產業化。



DNA存儲中DNA數據寫入的微流控平臺



所提出的DNA數據存儲系統統一框架的示意圖 總之，對寡核苷酸在水環境中正常工作的內在要求以及對數字數據存儲平臺的系統集成、自動化和小型化的不可避免的需求使微流控成為DNA數據存儲最重要的技術之一。然而，實現真正的DNA數據存儲系統的最終目標要求在多個技術前沿的性能水平方面超出當前研究進展。

這些挑戰為創新理念和技術突破提供了堅定不移的動力，通過微觀尺度系統的宏偉設計，包括微流控、MEMS、大規模集成電路和片上光學，以解決生產真正的DNA數據存儲系統存在的重大技術挑戰。

審核編輯：劉清