GIST开发下一代DNA存储技术：“梦想中的存储技术正加速成为现实”

by Kim Jonghwa

Published 25 Feb.2025 08:20(KST)

实现数据中心级存储效率与可扩展性
无需引物即可自由访问超4000亿个DNA文件

韩国国内研究团队开发出一种以“脱氧核糖核酸（Deoxyribo Nucleic Acid·DNA）”为基础的存储方式，具有近乎半永久性且维护成本低，正作为下一代存储器技术备受关注。

DNA是一种承载大多数生物（部分病毒除外）遗传信息的化学物质，全球范围内围绕DNA应用技术的研究正积极展开。

从左起为 Gwangju Institute of Science and Technology 新材料工程系教授 Choi Youngjae、硕博连读课程学生 Kim Woojin。Gwangju Institute of Science and Technology 提供

光州科学技术院（Gwangju Institute of Science and Technology，GIST）25日表示，新材料工程系Choi Youngjae教授研究团队与首尔大学Kwon Seonghun教授、ATG Lifetech股份公司研究团队共同开发出了“循环式DNA合成与选择”方法。

循环式DNA合成与选择（Cyclic DNA Synthesis and Selection）方法，是为选择特定DNA序列而反复执行DNA合成和选择过程的一种技术。通过该方法，无需在DNA复制或扩增过程中依赖帮助寻找特定片段的引物，也可以只选择并保留所需的特定DNA序列。

以往的聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，PCR）、杂交捕获（Hybridization Capture）等DNA文件访问技术，为了扩增或物理分离特定DNA，需要分别设计不同的引物，引物的设计和合成成本呈指数式增加。

研究团队开发的“循环式DNA合成与选择”技术，利用单碱基水平的条形码进行设计，即使没有引物也能以层级结构（分层选择方式）检索DNA文件。

这一概念与计算机的文件夹检索方式类似，与传统PCR方式相比，成本降低了10倍，访问效率提升了3倍以上。可区分的DNA文件数量至少增加了7400万倍，并且可以实现删除特定DNA文件、插入新的DNA文件等文件替换操作。

循环DNA合成与筛选技术概览。GIST提供

在传统PCR方式中，需要为每个DNA文件分别设计并合成一对引物（至少20个碱基），而该技术仅通过4个碱基就能访问特定DNA文件。

利用这一技术，可以更精确地在DNA数据中检索特定文件，并进行自由操控。因此有望突破现有硅基半导体存储器的局限，将数据集成度大幅提升至“数据中心”级别。

Choi Youngjae教授表示：“本次研究提出了一种无需引物即可访问特定DNA文件的新方法，通过应用分层条形码系统，克服了传统PCR方式的局限。今后如果与条形码设计优化及自动化系统相结合，有望成为下一代DNA文件访问技术，为DNA基础存储系统的商业化提供重要突破口。”

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本次研究由GIST新材料工程系Choi Youngjae教授指导，博士与硕士一体化课程学生Kim Woojin和硕士课程学生Ko Yunhye共同参与完成，并获得科学技术信息通信部STEAM研究项目（未来有望融合技术先锋）的资助。研究结果已于本月12日在线发表于国际学术期刊《Nature Communications》。

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。