微流控技术在DNA数据存储中的应用前景

人类社会已进入信息爆炸时代，传统的数据存储媒介即将无法满足目前指数式增长的数据存储需求，因此亟需探索新一代数据存储技术。DNA作为一种新型的数据存储媒介凭借其在存储密度、存储时间、维护成本等方面的优势，受到世界范围内学术界与工业界的广泛关注。

目前DNA数据存储系统仍处于发展的初期阶段，无法满足数据存储应用的实际需求。主要的限制因素在于其在数据读写过程中成本与时耗均远高于常规的硬盘存储系统，此外目前已报道的DNA数据存储平台在系统集成化、自动化、小型化等关键需求上仍旧十分欠缺。

微流控技术具备了对微小尺度的流体样品实现大规模平行化以及高度集成化操作的关键能力，可为解决以上DNA存储领域的技术难题提供有力的支持。首先，实施DNA数据存储的关键功能模块，包括DNA合成与测序，核酸样品扩增、分离、纯化、建库等关键步骤，已经通过微流控技术获得巨大发展。另一方面，面向数据存储的应用要求在样品处理效率、材料与时间消耗以及系统集成方面具有极高的性能要求，因此也将为当前微流控技术领域的进一步发展与突破提供了目标与动力。 近日，中科院上海微系统与信息技术研究所副研究员罗源，浙江大学信息与电子工程学院学院副教授曹臻，上海科技大学物质科学与技术学院研究员刘一凡于Lab on a Chip期刊联合发表了题为“The emerging landscape of microfluidic applications in DNA data storage” (《微流控技术在DNA数据存储中的应用前景》)的综述文章，详细介绍了近期通过应用微流控技术推动DNA数据存储发展的相关研究工作。

DNA数据存储工作流程示意图

该文全面总结了微流控技术应用于DNA数据存储工作流程中的关键功能模块的最新进展，显示了微流控技术在这一领域的巨大潜力；并且展望了未来如何继续深入探索，进一步促进微流控技术与DNA数据存储相融合，推动DNA数据存储真正迈向应用产业化。



DNA存储中DNA数据写入的微流控平台  



所提出的DNA数据存储系统统一框架的示意图   总之，对寡核苷酸在水环境中正常工作的内在要求以及对数字数据存储平台的系统集成、自动化和小型化的不可避免的需求使微流控成为DNA数据存储最重要的技术之一。然而，实现真正的DNA数据存储系统的最终目标要求在多个技术前沿的性能水平方面超出当前研究进展。

这些挑战为创新理念和技术突破提供了坚定不移的动力，通过微观尺度系统的宏伟设计，包括微流控、MEMS、大规模集成电路和片上光学，以解决生产真正的DNA数据存储系统存在的重大技术挑战。  

审核编辑：刘清