在数据存储领域，DNA 存储技术因其高密度、长命命、低能耗和高安全性等优势而备受关注。近期，清华大学机械工程系熊卓教授团队提出了一种基于工程化活体存储微球（Engineered Living Memory Microspheroids，简称 ELMM）的新型 DNA 数据存储系统，为大规模数据存储提供了新的解决方案。这种活体存储微球携带彩色荧光标记，被形象的称为“细菌彩珠硬盘”。

图1 基于 “细菌彩珠硬盘”的DNA存储系统

传统 DNA 存储方法面临数据检索效率低、存储成本高以及数据稳定性不足等挑战。熊卓教授团队将编码后的DNA信息插入带有荧光表达功能的质粒中，并将其转化至细菌内部，随后利用微流控技术将这些细菌封装于水凝胶微球中，成功构建了“细菌彩珠硬盘”。这种微球不仅能有效保护基因改性细菌免受外界环境干扰，防止泄漏，还能通过细菌发生荧光作为标记，实现数据的快速检索和分类。团队进一步证实了ELMM在室温下的持久稳定性，通过多次冻干和复水实验，证明其在多轮循环后仍能保持功能。此外，他们展示了 ELMM 系统的高检索效率，借助荧光辅助分选（FAS）技术，实现了对特定DNA数据的快速检索，即使在数据拷贝量极少（每种文件约10个拷贝）的情况下，数据也能被准确检索，并通过细菌扩增实现快速廉价信息拷贝，理论检索速度可达 196.72MB/s。该系统有望以一个普通家庭冰箱的体积（1.5 m³）存储约260,700 PB的信息。

该研究突破了现有DNA存储的技术瓶颈，有望推动DNA存储技术走向应用，为未来大规模数据存储提供高效、稳定且可持续的解决方案。

图2 传统DNA存储系统（a）和“细菌彩珠硬盘”DNA存储系统（b）的工作流程

相关研究成果以“基于工程化活体存储微球的档案文件系统用于随机可访问的体内DNA存储”（Engineered Living Memory Microspheroid-Based Archival File System for Random Accessible In Vivo DNA Storage）为题，于2月21日在线发表于《先进材料》（Advanced Materials）。

清华大学机械系熊卓教授为论文通讯作者，清华大学机械系2021级博士生骆浩为第一作者。论文的其他合作者包括清华大学机械系原科研助理黄文、清华大学生命科2020级本科生贺忠辉、清华大学机械系助理教授方永聪，以及清华大学机械系博士后田月明。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202415358

撰稿：骆浩

编辑：张琪琪