机械系生物制造团队合作构建基于喷墨打印的可多次读写“引物盘”DNA存储系统

清华新闻网6月11日电 在数据存储领域，dna存储技术凭借其高密度、长寿命、低能耗和高安全性等优点受到广泛关注。近日，清华大学机械工程系生物制造团队提出了一种基于“引物盘”（primer disk）的新型数据存储系统，实现了数据的追加写入、索引以及多次读取等功能（record-many-read-many features, rmrm），为实现大规模dna数据存档提供了创新性思路。

图1. 基于“引物盘”的可多次读写DNA存储系统

传统DNA存储方法通常需要将索引信息保存在其他介质中，并且难以对已存储的数据进行持续操作（如添加、删除或重写）。机械系生物制造团队采用寡核苷酸链作为原材料，并通过共价键将其固定在经过表面处理的盘片上，随后利用喷墨技术和酶促反应对DNA进行操控，成功构建了具备多次读写能力的“引物盘”存储系统。该微盘系统不仅支持数据的追加写入，提升了DNA存储系统的操作灵活性，还可通过荧光点阵实现信息索引，并借助固相PCR技术实现信息的随机多次读取。实验结果显示，该系统在经历10次追加写入和20次读取后仍能保持较高的数据保真度。此外，研究还展示了荧光索引阵列的可重写特性，通过T4 DNA连接酶与限制性内切酶Sma I的协同作用，实现对荧光阵列的重复编辑，有效缓解了荧光显微镜通道数量受限带来的问题。

这项研究首次开发出兼具多次写入、多次读取及随机索引功能的DNA盘式存储系统，有望推动DNA存储技术从实验室走向实际应用，为未来海量档案数据的存储提供更灵活高效的解决方案。

图2. 荧光“引物盘”工作流程

相关研究成果以“基于引物盘的信息索引、多次读写功能的DNA数据存储系统”（Primer-Disk-enabled DNA Data Storage System with Index and Record-Many-Read-Many Features）为题，于6月4日在线发表于《先进科学》（Advanced Science）。

清华大学机械系副教授欧阳礼亮、教授熊卓，以及清华大学深圳国际研究生院教授弥胜利担任论文通讯作者，清华大学深圳国际研究生院2021级硕士生马嘉翔为论文第一作者。其他合作作者还包括清华大学机械系博士后杨宇及机械系2025届博士毕业生裴犇。