用DNA存储互联网？科学家：比你想象的更近

图示为一段人工设计的DNA穿过纳米传感器，其物理结构可被解码为数字信息。DNA纳米结构未来有望成为超高密度数字信息载体，并推动数据加密领域发展。图片来源：亚利桑那州立大学生物设计研究所 Jason Drees

科学家正在探索如何利用DNA的物理结构存储海量数据并对信息进行安全编码。

自计算机开始塑造现代社会以来，科研人员始终面临两大难题：如何存储飞速增长的数字信息，以及如何保证数据不被未授权访问。

亚利桑那州立大学生物设计研究所的研究团队及其合作者，如今提出了一个出人意料的解决方案。两项最新研究表明：承载遗传信息的DNA分子，不仅能可靠地存储海量数据，还能实现高强度加密。

相关成果分别发表于《先进功能材料》与《自然·通讯》，为传统硅基技术提供了受生物学启发的替代方案。这些发现将为未来多领域微电子与分子信息系统开辟全新可能。

“几十年来，信息技术几乎完全依赖硅基材料。”亚利桑那州立大学分子科学学院讲席教授、生物设计分子设计与仿生中心主任严浩（Hao Yan）表示，“我们的研究证明，生物分子——尤其是DNA——可以通过工程改造，以全新的方式存储和保护信息。把DNA当作信息平台，而不只是遗传物质，我们就能从纳米尺度重新思考数据的存储、读取与安全机制。”

严浩与电气计算机与能源工程学院副教授王超、物理系副教授里扎尔·哈里亚迪共同领导了这项研究。

大数据，极小分子

全球数字数据量持续爆发式增长，现有存储技术正逼近极限。第一项研究提出了不依赖基因测序的DNA存储策略，而是利用DNA分子的物理形态来表示信息。

DNA之所以成为理想存储材料，是因为它能在极小空间内编码海量数据，且能在极长时间内保持稳定。（2022年，研究人员曾从格陵兰沉积物中复原了约200万年前的DNA片段。）

在这项新方法中，科学家构建出纳米级DNA结构，将其作为可识别的“符号”，每种结构对应一个信息单元。当这些结构通过微型传感器时，机器学习算法会捕捉并解析其形状产生的微弱电信号，系统可高精度还原出可读文本与短信息。

该方法避开了传统DNA数据存储依赖的测序技术——通常速度慢、成本高。新系统更快、更便宜，也更易于规模化应用。

研究预示着一个未来：DNA可成为超高密度、高耐久、高安全的长期数据存储介质。这类系统可用于存档科学数据、文化资料等超大型数据集，且空间与能耗极低。研究同时凸显了合成生物学与半导体技术的融合趋势，有望诞生超越传统电子设备的分子信息系统。

分子级信息加密

第一项研究聚焦DNA高效存储，第二项则探索DNA纳米结构如何实现信息加密保护。

研究人员设计了精巧的DNA折纸结构——将DNA链折叠成精确的二维与三维形态。信息不再只是简单的比特或字符，而是编码在这些纳米结构的排布与图案中，形成一种分子密码，没有正确工具与参考图案几乎无法破解。

研究团队使用超高精度超分辨显微技术观测单个DNA结构，再由机器学习软件分析数千张分子图像，归类相似图案并还原原始信息。缺少正确解码框架，这些图案就毫无意义，自带一层安全屏障。

该方法大幅提升了可生成的分子密码数量，让非法破解难度剧增。同时，信息可被存入三维DNA结构，进一步提升分子密钥的复杂度与安全性。

“在这些研究中，我们团队整合了DNA纳米技术、超分辨光学成像、高速电子读取与机器学习等多种互补手段，从多时空尺度解析DNA纳米结构。”王超说，“这种整合策略让我们更深刻地理解DNA纳米结构的行为与功能。”

“这是半导体技术与生物学交叉研究的绝佳范例。在这个新兴领域，从高级生物传感到可编程纳米器件，还有更多应用等待探索。”

分子尺度：存储与安全合

两项研究共同证明：DNA不仅是紧凑的存储介质，更是纳米尺度下安全处理信息的平台。一项技术实现类电子的快速分子信息读取，另一项则让分子图案本身成为数据加密载体。

未来，基于DNA的系统有望实现科学数据、医疗档案、文化档案的超高密度存储。在极端温度、强辐射、需要长期保存等传统电子设备难以胜任的场景中，分子加密可为敏感信息提供全新安全方案。

这项研究凸显了生物学、材料科学、计算科学与电子学的深度融合。将DNA同时视为生物分子与信息平台，研究人员正在开辟全新的数据存储、保护与访问方式——其尺度远小于现有数字设备，耐久性也可能远超当下。

References: “High-speed 3D DNA PAINT and unsupervised clustering for unlocking 3D DNA origami cryptography” by Gde Bimananda Mahardika Wisna, Daria Sukhareva, Jonathan Zhao, Prathamesh Chopade, Deeksha Satyabola, Michael Matthies, Subhajit Roy, Chao Wang, Petr Šulc, Hao Yan and Rizal F. Hariadi, 13 December 2025, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-025-66338-y

“DNA Helix Bundle-Encoded Multi-Bit Information Readout by Sapphire-Supported Nanopores” by Pengkun Xia, Deeksha Satyabola, Nimarpreet Kaur Bamrah, Md Ashiqur Rahman Laskar, Abdulla Al Mamun, Xu Zhou, Gde Bimananda Mahardika Wisna, Yinan Zhang, Ashif Ikbal, Andrew Kemeklis, Alexandra E Krylova, Rizal F. Hariadi, Hao Yan and Chao Wang, 10 November 2025, Advanced Functional Materials.DOI: 10.1002/adfm.202523998