研究人员探索可重写DNA“硬盘” 或成高密度、低能耗信息存储新路径

一支来自美国密苏里大学的跨学科研究团队近日提出了一种全新的生物学存储方案，宣称有望将 DNA 分子“改造”成一种可重写的数字硬盘，用于保存各类数字文件。尽管距离实际商用仍有多年之遥，但这一研究被认为是 DNA 数据存储领域向前迈出的重要一步。

论文共同作者、研究人员顾立群（Li‑Qun Gu）指出，DNA 是一种极为紧凑且高度稳定的信息载体，天然 DNA 链记录着地球上所有生命的遗传蓝图，而团队的目标则是将这种分子体系重新设计为面向计算机世界的通用存储介质。为此，他们提出了一种基于“移码编码”（frameshift encoding）的写入方法，这一概念来自病毒中广泛存在的核糖体移码机制：单条 mRNA 链可以通过偏移阅读框来生成多种蛋白，从而在有限序列中“挤出”更高的信息密度。

研究团队认为，这一原理同样可以转化为数字写入流程，即通过对 DNA 碱基序列的精细设计，将 0 和 1 编码进分子结构之中，实现快速、成本可控且高度并行化的数据写入。这一方法的技术细节已发表于期刊 PNAS Nexus，作者在文中提出，这种受核糖体移码启发的编码策略有潜力支撑可扩展的分子级数据写入体系，但要走向工程化与商业化，仍存在大量生物化学与系统工程层面的挑战。

在读出端，研究人员开发了一套紧凑型电子装置配合分子检测器使用：当合成 DNA 链通过检测器时，其引发的细微电荷变化会被采集并转译为二进制序列，最终重构为数字文件。顾立群称，与以往 DNA 存储方案相比，这一新方法在速度、操作简便性和环境友好性方面具有优势。不过，目前装置的体积仍然偏大，距离做到类似 U 盘那样的便携形态，还需要进一步小型化与集成化设计。

在潜在应用方面，研究团队给出了颇具想象空间的愿景：DNA 存储有望被用来保护从个人记忆、重要文件到科学数据与企业档案在内的各类信息，并且不依赖传统网络基础设施，从而在一定程度上规避现有数字系统所面临的网络攻击与网络安全风险。“可以把它想象成一间极为安全的数字保险箱。”顾立群表示。

从物理特性看，DNA 的双螺旋是微观尺度上的三维生物结构，这一分子架构赋予其远高于二维半导体芯片或传统磁记录盘片的理论存储密度。同时，离线、分子级的存储形态也被部分研究者视为对某些类型网络入侵具有天然“隔离”优势。不过，如何在超高密度、长时间保存和快速随机读写之间取得工程平衡，仍是该领域的核心难题之一。

全球范围内，基于 DNA 的信息存储技术已被持续探索多年，研究重点包括提升设备实用性、降低合成与测序成本，以及加速数据编码与解码过程等。此前的相关工作包括提出“DNA 盒带”概念以存储海量音频内容，以及借助人工智能大幅提升 DNA 数据检索效率等。密苏里大学团队此次提出的可重写 DNA“硬盘”方案，则是在这一研究脉络上，尝试用全新的编码方式与读写架构推动技术向前再走一步。