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DNA：新型分子信息材料　　

文章来源：中化新网更新时间：2023-05-09 14:03:59

脱氧核糖核酸(DNA)作为“生命的密码”，已经成为我们最熟知的科学名词之一。然而在中国科学院院士、上海交通大学化学化工学院院长樊春海近期的研究中，DNA不再只是遗传物质的载体，而是依据“框架核酸”的概念，通过人工设计，成为尺寸、形貌和力学特性可控的新型分子信息材料，提供生命分析化学的新工具。日前，樊春海院士这一研究成果获得2022年度京博科技创新奖。

　　为生命分析化学提供新工具

　　DNA固有的双螺旋结构广为人知，通过核苷酸ATCG碱基的精密配对与无限排列组合承载了庞大的生命遗传信息。在DNA结构里，A和T配对，G和C配对，利用DNA碱基互补的特性，两条配对的DNA链可以像拉链一样形成双链，并进一步扭曲成双螺旋结构。

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　　樊春海率先在国际上提出了“框架核酸”的概念，通过对氢键配对、碱基堆积和形状匹配等化学自组装过程的设计、调控与剪裁，构建了一系列框架核酸组装体。

　　通过DNA编程自组装的框架核酸具有结构精确、尺寸形貌可控、力学特性可调等特点，成为一种新的分子信息材料，成功实现了高灵敏的生物分子传感检测和活细胞生物成像分析，可为生命分析化学提供新工具。

　　和传统的DNA相比，DNA框架核酸具有更稳定的结构，不容易被体内的外切酶降解，能更加准确高效地进入细胞，向人体内递送靶向药物。“此外，我们还可以利用不同形式的DNA结构，实现动植物体内的检测、成像和基因编辑。在不远的未来，框架核酸有望在生物医学、基因育种、精准农业、信息存储等多个领域发挥重要作用。”樊春海表示。

　　为信息存储提供变革材料

　　目前，全球信息数据总量呈现爆炸式增长，从人力、物力、能源等角度来看，现有基于硅的计算机储存结构未来难以满足数据日益增长的趋势。2020年全世界的数据量是44ZB。随着互联网、人工智能、5G等技术的发展和普及，这一数字还在不断增长，到2025年预计达175ZB。

　　樊春海表示，DNA可以储存生命信息，同样可以储存数据信息。由核苷酸ATCG的长链组成的DNA，是生命世界的信息存储材料。数据可以存储在上述字母的序列中，从而把DNA变成一种新的信息技术形式。简单来说，DNA存储原理就是将DNA分子中的碱基序列与存储信息编码一一对应，将文字、图片、声音等信息转化为DNA序列进行存储。

　　DNA存储信息具有存储密度高、稳健性强的特性。与传统的电子存储技术相比，DNA存储技术有望把数据存储的极限提高7个数量级，在我国“十四五”科技规划中，DNA存储入围2035前沿技术。樊春海表示：“在未来5~15年，中国科学家可以拿着一管DNA告诉全世界，我们这里面记录的是全世界所有的数据。”

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