脫氧核糖核酸(DNA)作為“生命的密碼”，已經成為我們最熟知的科學名詞之一。然而在中國科學院院士、上海交通大學化學化工學院院長樊春海近期的研究中，DNA不再只是遺傳物質的載體，而是依據“框架核酸”的概念，通過人工設計，成為尺寸、形貌和力學特性可控的新型分子信息材料，提供生命分析化學的新工具。

　　為生命分析化學提供新工具

　　DNA固有的雙螺旋結構廣為人知，通過核苷酸ATCG堿基的精密配對與無限排列組合承載了龐大的生命遺傳信息。在DNA結構里，A和T配對，G和C配對，利用DNA堿基互補的特性，兩條配對的DNA鏈可以像拉鏈一樣形成雙鏈，并進一步扭曲成雙螺旋結構。

　　樊春海率先在國際上提出了“框架核酸”的概念，通過對氫鍵配對、堿基堆積和形狀匹配等化學自組裝過程的設計、調控與剪裁，構建了一系列框架核酸組裝體。

　　通過DNA編程自組裝的框架核酸具有結構精確、尺寸形貌可控、力學特性可調等特點，成為一種新的分子信息材料，成功實現了高靈敏的生物分子傳感檢測和活細胞生物成像分析，可為生命分析化學提供新工具。

　　和傳統的DNA相比，DNA框架核酸具有更穩定的結構，不容易被體內的外切酶降解，能更加準確高效地進入細胞，向人體內遞送靶向藥物。“此外，我們還可以利用不同形式的DNA結構，實現動植物體內的檢測、成像和基因編輯。在不遠的未來，框架核酸有望在生物醫學、基因育種、精準農業、信息存儲等多個領域發揮重要作用。”樊春海表示。

　　為信息存儲提供變革材料

　　目前，全球信息數據總量呈現爆炸式增長，從人力、物力、能源等角度來看，現有基于硅的計算機儲存結構未來難以滿足數據日益增長的趨勢。2020年全世界的數據量是44ZB。隨著互聯網、人工智能、5G等技術的發展和普及，這一數字還在不斷增長，到2025年預計達175ZB。

　　樊春海表示，DNA可以儲存生命信息，同樣可以儲存數據信息。由核苷酸ATCG的長鏈組成的DNA，是生命世界的信息存儲材料。數據可以存儲在上述字母的序列中，從而把DNA變成一種新的信息技術形式。簡單來說，DNA存儲原理就是將DNA分子中的堿基序列與存儲信息編碼一一對應，將文字、圖片、聲音等信息轉化為DNA序列進行存儲。

　　DNA存儲信息具有存儲密度高、穩健性強的特性。與傳統的電子存儲技術相比，DNA存儲技術有望把數據存儲的極限提高7個數量級，在我國“十四五”科技規劃中，DNA存儲入圍2035前沿技術。樊春海表示：“在未來5~15年，中國科學家可以拿著一管DNA告訴全世界，我們這里面記錄的是全世界所有的數據。”（張興剛）

　　 轉自：中國化工報