原题：把校训写进DNA里，这位东大教授成果还登上Science Advances!

 

江苏80后教授

成果被美国永久收藏

登上Science Advances

近日又把校训写进DNA

随我们一起走近

东南大学刘宏教授

 

随着大数据时代的到来，全球数据产生量正以指数形式激增，而以DNA分子为基础的数据存储系统被认为是解决未来“数据危机”的一个可行方案。

近日，东南大学生物科学与医学工程学院、生物电子学国家重点实验室刘宏教授团队报道了集成化DNA存储系统方面的研究进展，通过电极表面合成DNA分子及原位测序实现了单电极上数据写入和读取的一体化，为实现未来的高通量自动化DNA存储系统打下基础。

相关成果以“Electrochemical DNA synthesis and sequencing on a single electrode with scalability for integrated data storage”为题在国际著名期刊Science Advances发表。

*本工作的第一作者为东南大学生物科学与医学工程学院博士生许成韬，通讯作者为东南大学生物科学与医学工程学院、生物电子学国家重点实验室刘宏教授，赵超副教授及东南大学至善博士后马标、董兴博士和高中莉同学参与了本研究。

 

 

 

DNA存储系统大多基于“编码-合成-储存-测序-解码”的操作流程，涉及到大型仪器和专业技术人员的参与。

 

为了DNA存储系统的微型化、集成化和自动化，刘宏团队发展了一种基于电化学的单电极DNA合成和测序方法，通过电化学脱保护技术改进了传统亚磷酰胺化学合成方法，并基于电荷振荡现象对电极表面的DNA分子进行测序，借助多次测量和统计学方法降低测量误差，最终成功将校训（止于至善——“Rest in the highest excellence!”）以DNA分子形式存储在电极表面并读取出来。

 

 

此外，刘宏团队还探索了现有体系向高通量自动化系统发展的潜力。研究人员利用微流控滑动芯片技术设计了单片四电极系统，通过滑动芯片向电极高效地输送反应试剂，成功实现了四电极上的数据存储（“DNA stores Future World”），为之后高通量集成化自动化DNA存储系统的开发打下基础。

 

 

基于电化学的单电极DNA合成和测序方法

 

为了DNA存储系统的微型化、集成化和自动化，刘宏团队发展了一种，通过电化学脱保护技术改进了传统亚磷酰胺化学合成方法，并基于电荷振荡现象对电极表面的DNA分子进行测序，借助多次测量和统计学方法降低测量误差。

 

 

现有体系向高通量自动化系统发展的潜力

 

此外，刘宏团队还探索了。研究人员利用微流控滑动芯片技术设计了单片四电极系统，通过滑动芯片向电极高效地输送反应试剂，成功实现了四电极上的数据存储(“DNA stores Future World”)，为之后高通量集成化自动化DNA存储系统的开发打下基础。

 

作为80后青年教授，刘宏始终秉持的理念，他将一篇篇科研论文转化成一个个实际应用的样机，让科研走出实验室，成为“有用”的科研成果——“做有用的科研”

 

“便宜又好用”的科研成果

2011年10月，刘宏以第一作者身份在JACS(美国化学会志)发表了一篇科研论文，提出了“折纸芯片”概念，发明出了3-D纸微流控芯片，不仅简单巧妙地解决了微流控芯片的成本问题，还通过“折纸”实现了诸多复杂的功能。从此，基于折纸分析芯片的分析诊断产品被生产制造，广泛应用于科研和临床应用领域，成了真正的“便宜又好用”的科研成果。

刘宏发明的折纸分析芯片被美国NIH的历史博物馆永久收藏

 

截至目前，全球有超过200家科研机构正在从事纸微流控芯片的相关研究。而作为微流控领域一个里程碑式的发明，刘宏发明的折纸分析芯片被美国NIH的历史博物馆永久收藏，被美国化学会周刊C&En News多次报道。

 

POCT(现场快速检验)领域“卡脖子”问题

以“健康中国”战略需求为导向，他着眼于，主要集中在材料和器件两方面，带领团队开展基础研究解决问题，——

 

了解到一种广泛应用的硝酸纤维素膜层析试纸材料大多依赖进口，国内缺乏相应的材料制备的核心技术和工艺，一度处于“被垄断”状态。刘宏便申请了国家重大仪器项目，指导团队研发出一种具有可控有序微纳结构的硝酸纤维素膜，并成功应用于高效免疫层析及核酸定量检测，填补了国内有序结构类纸材料的空白;

 

目前，中国糖尿病POCT有几百亿的市场，针对中国患者中1/3的人处于糖尿病早期，且50%得不到及时诊断这一国情，刘宏指导课题组学生研发出了一种“无创测血糖”的可穿戴传感器，不需要繁琐的抽血化验，通过检测汗液、唾液里面的葡萄糖含量，可间接得出血糖含量，无创、普适且准确性高。

如今，该可穿戴传感器还与便携的移动终端连接，人们通过移动设备便能掌握自己的血糖信息，这些信息也可作为医生诊疗的指标，为智慧医疗和移动医疗“添砖加瓦”。

成为学生心目中一位真正的良师益友——

在学生培养上，他孜孜不倦，精心指导学生“做有用的科研”，为学生点亮一盏盏“科研之灯”，

他恪守“传道、授业、解惑”这一古训，把培养学生成才视为自己的使命，注重将最新的科研成果转化为教学资源。

 

目前，刘宏已经将团队的可视化纸芯片成果转化成本科生的一项课程教学内容，丰富了教学内容，有效促进学生实践能力和创新能力的培养。

 

不仅把“止于至善”写在DNA里，

刘宏教授更是秉承东大人

勇攀科学高峰的科研精神，

坚守初心，

在“健康中国”建设中，

宏伟蓝图

继续书写着属于自己的!

 

 

 动感生物电子学 ：面向未来的100项颠覆性技术创新之第41项

 

面向未来的100项颠覆性技术创新

 

 生物电子学（Bioelectronics）

生物电子学是利用生物材料或生物体系结构来设计和制造信息处理机械和相关设备的技术。这一领域利用生物燃料电池、仿生学和用于信息处理、信息存储、电子元件和执行器的生物材料。该研究领域的重要方向是生物材料和小型电子设备之间的互补性和相互作用。

研究人员开发受生物启发的材料和硬件架构，以用于新型传感器、执行器和信息处理系统。该领域的其他用途包括原子尺度的分子制造、生物器官与电子设备之间更好的连接，这可能推动人类在假肢、人机集成、仿生学等领域的进展。也将为健康建模、监测和细胞发育研究开辟新的前景。

合成DNA作为一种存储介质，比大多数当代尖端替代品要紧凑数百万倍。另一方面，活体存储系统不仅可以用来存储数据，还可以用来记录人类细胞、组织或工程器官中的事件和过程。