随着信息时代的到来，人工智能(AI)、生物技术和物联网等领域的数据呈指数级增长，发展高保真、高密度和低能耗的存储技术是满足目前“大数据”存储需求的关键。DNA因其编码密度高、冷藏寿命长和存储能耗低等优点，被认为是下一代数据存储介质的理想候选者。然而，DNA片上存储工作站的访问速度、集成度以及扩展能力方面的技术瓶颈成为制约DNA存储发展的主要限制因素，因此要实现高保真、全集成和低成本的DNA存储系统仍面临挑战。

近日，南京理工大学邓盛元教授团队发展了一种基于数字微流控的紧凑型DNA数据存储流水线，完成了从DNA合成到测序的整个过程。这种新方案在可扩展和一体式DNA数据存储方面具有巨大潜力。

如图1所示，DNA数据的写入是通过在片DNA合成来实现的，作者利用磁珠载体和磁铁在数字微流控芯片中完成了亚磷酰胺化学合成方法中的偶联、氧化和脱保护等操作。基于电润湿的数字微流控能够通过覆盖有疏水绝缘体的可单独寻址电极来操纵离散液滴(微升或皮升级)。通过编程方式在电极上施加电压可以完成样品液滴的分配、合并和混合等复杂操作，从而适应灵活的样品反应条件。因此数字微流控芯片不需要额外的微泵、微阀等辅助装置或结构，有利于实现集成化的DNA存储平台。

如图2所示，作者采用亚磷酰胺化学合成法在磁珠上合成了一段DNA序列(8 nt)用来对数字微流控芯片DNA合成的可行性进行验证。他们利用荧光标记互补DNA序列和聚丙烯酰胺凝胶电泳对合成产物进行了表征，结果表明每增加一个合成循环都会稳定增加一个碱基。

DNA数据的读取是通过焦磷酸测序来实现的(图3)。该方法通过检测互补链上增加一个碱基后经过一系列酶催化级联反应产生的化学发光信号来确定DNA序列上的碱基种类。作者首先构建了集成化的化学发光检测模块，并验证了该模块对于探测焦磷酸测序中极弱光信号的性能，结果表明错配碱基和外界光源产生的背景干扰是可以忽略的。最后，他们利用数字微流控芯片对磁珠上的一段DNA序列(27 nt)进行了原位焦磷酸测序，证明该方案的DNA测序准确度达到了100%。

最后，作者利用霍夫曼编码和旋转编码算法将南京理工大学的校训“进德修业，至道鼎新”(英译作“Advancement for Virtue Cultivation for Learning, Aspiration for Innovation”)转换成了DNA序列。结果表明，在数字微流控芯片中进行DNA合成和三重测序后的准确率达到了95.28%，进一步通过Reed−Solomon纠错算法可以100%地恢复原始信息(图4)。利用该方案写入和读取8字节数据共花费了约6.5小时，相当于49分钟/字节的存储速度。

综上，该工作为解决DNA存储研究中的关键问题提供了一种新策略，有望作为一种无人值守的操作平台，实现高通量、全封装、精准且精巧的DNA数据存储。