亚利桑那州立大学的研究人员与合作伙伴报告了一个意想不到的解决方案：两项新研究表明，DNA（携带遗传信息的相同分子）可用于可靠地存储大量数据，同时还能实现强大的加密。这些研究发表在《先进功能材料》和《自然·通讯》上，提出了一种受生物学启发的传统硅基技术替代方案，为未来微电子和分子信息系统的发展开辟了新的可能性。第一项研究介绍了一种基于DNA的存储策略，不依赖于读取基因序列，而是利用分子的物理形态来表示信息。科学家创建了纳米级DNA结构，作为有形的符号，每个结构代表一个信息单位。当这些结构通过一个微型传感器时，机器学习算法捕获并解释由其形状产生的细微电信号，系统以高精度重建可读文本和短消息。这种方法提供了一种替代传统DNA数据存储技术（依赖于DNA测序，通常缓慢且昂贵）的方案，旨在更快、更便宜且更容易扩展。第二项研究探讨了DNA纳米结构如何也能通过加密来帮助保护信息。研究人员设计了复杂的DNA折纸结构，信息被编码在这些纳米级结构的排列和模式中，创建了一种没有正确工具和参考模式就很难解释的分子代码。为了读取加密信息，团队使用先进形式的超分辨率显微镜，机器学习软件分析数千个分子图像，将相似模式分组并将其翻译回原始信息。这种方法大大增加了可以创建的分子代码的数量，使未经授权的解码更加困难，并允许将信息打包到三维DNA结构中，为每个分子密钥增加了更多的复杂性和安全性。研究团队指出，这些研究展示了将DNA纳米技术、超分辨率光学成像、高速电子读数和机器学习等互补方法结合起来，在多个空间和时间尺度上探究DNA纳米结构，有助于更好地理解DNA纳米结构的行为和功能。这是半导体技术与生物学交叉研究的一个很好的例子。

参考文献

Wisna, G. B. M., Hariadi, R. F., Yan, H. et al. (2025). High-speed 3D DNA PAINT and unsupervised clustering for unlocking 3D DNA origami cryptography. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-025-66338-y

Xia, P., Wang, C., Yan, H. et al. (2025). DNA Helix Bundle-Encoded Multi-Bit Information Readout by Sapphire-Supported Nanopores. Advanced Functional Materials. DOI: 10.1002/adfm.202523998

这两项研究展示了基于DNA纳米结构的新型信息存储与加密技术。前者利用DNA折纸的三维结构形态进行超分辨成像编码（DNA-PAINT），通过机器学习聚类实现高密度信息加密与解码；后者则通过蓝宝石支撑的固态纳米孔阵列，读取DNA螺旋束（DNA helix bundle）编码的多比特信息，实现了高通量的电子式数据读出。研究团队来自亚利桑那州立大学等机构。