东南大学生物电子学国家重点实验室刘宏教授：我们致力于将电子信息技术与生物学技术相融合

近日，东南大学师生团队成功将该校校训“止于至善”存入一段DNA序列，实现了DNA存储技术的新突破。相关成果发表在国际学术期刊《科学·进展》上。

据东南大学生物电子学国家重点实验室刘宏教授介绍，大数据时代对更大容量、更快速度的数据存储形式提出了更高要求，DNA存储技术就是将生物DNA分子进行编码，从而在DNA序列上存储信息。

图为东南大学生物电子学国家重点实验室刘宏教授(左)与学生观察DNA存储电极。(东南大学供图)

“目前，国外DNA存储技术路线多使用市面上成熟的技术和产品，DNA的合成与测序两个环节是分开的，需要大型仪器设备，操作相对复杂。”刘宏告诉记者，“我们团队立足自主开发，实现了DNA合成与测序环节的一体化，仪器设备也实现了小型化。”

刘宏介绍，团队改进传统的化学合成方法，运用电化学方法，将东南大学校训“止于至善”4个字“翻译”为DNA序列，并存储在电极上，随后又成功读取出来。

图为东南大学师生团队研发的DNA存储电极。(东南大学供图)

“国外主流DNA存储技术路线目前面临的一大障碍就是读取难，动辄要将整个DNA序列测一遍，难以直接从中间某处开始读取。而且操作过程需要液体试剂，其实并不方便。”刘宏表示，该团队将复杂的DNA序列分别固定在不同的电极上，需要读取某段信息，找到对应的电极即可。

下一步，刘宏团队打算彻底摆脱对液体试剂的依赖，研发全固态的DNA存储设备。“DNA存储和量子计算、量子通信都属于前沿技术。我们致力于将电子信息技术与生物学技术相融合，未来不仅在数据存储领域，在病毒核酸检测等方面也有可观的应用空间。”刘宏说。(记者陈席元)

动感生物电子学：生物电子学国家重点实验室 

（一）重点实验室简介

生物电子学是由信息科学与生命科学交叉融合所形成的前沿学科。生命可以看做复杂的信息系统，生物电子学就是运用信息科学原理和方法，通过发展新型的材料、器件和系统，研究生物系统中信息的获取、传感、存储、分析和处理方法及其应用，揭示生物信息的产生、转换、传输、控制、计算以及作用等规律，从信息工程的角度认识、利用和改造生命，把自然界长期进化形成的、具有优异特性的生物信息存储和计算原理应用于信息科学，丰富和发展信息科学的理论和方法。

生物电子学国家重点实验室始于1985年韦钰院士创建的“分子与生物分子电子学实验室”，1992年被批准为教育部开放研究实验室，同年被国际著名物理学家吴健雄博士授名为吴健雄实验室，1997年和2002年实验室二次参加国家重点实验室评估获优秀；2005年国家科技部批准建设国家重点实验室；2009年通过科技部验收正式成立生物电子学国家重点实验室。目前实验室拥有国家自然科学基金委员会信息科学部“分子电子学”和“血管信息工程”两个创新研究群体。生物电子学国家重点实验室拥有我国第一个“生物电子学”博士点（1993年）；实验室所支撑的东南大学“生物医学工程”一级学科在2007年和2012年全国学科评估中排名第一，2017年获评A+学科。

长期以来，生物电子学国家重点实验室在纳米生物组装、分子电子器件、纳米生物诊疗、生物芯片、高通量测序技术、人体器官芯片、生物计算、多模态分子影像、健康大数据分析等前沿研究方向上做出了大量重要的研究成果，获得国家自然科学奖二等奖、国家技术发明奖二等奖和国家科技进步奖二等奖共5项，在多个重要方向上引领了我国生物电子学学科的发展，并能够持续产出具有重要国际影响的研究成果。生物电子学国家重点实验室面向国家重大需求，在重大疾病防治、环境与食品安全、国家安全等方面承担了大量的重大重点科研任务，多次承担国家应急科研攻关，目前主持国家重点研发计划5项，为国家需求提供生物电子学的解决方案。

生物电子学国家重点实验室拥有一支高层次、多学科交叉的研究队伍，具有“分子电子学”和“血管信息工程”两个国家自然科学基金委员会信息学部的创新研究群体，具有教育部“**学者”特聘教授5人，国家自然科学基金委员会“杰出青年科学基金”获得者9人。实验室培养了一批活跃在学术前沿和高技术产业上的领军人才，6篇博士论文被评为“全国百篇优秀博士论文”，一批优秀的毕业生和博士后活跃在国内外生物电子学学术领域，或成为知名企业的技术高管，为国家生物电子学相关产业的发展做出了重要贡献。

生物电子学国家重点实验室建立了国际先进、国内领先的生物电子学研究设施和条件，拥有一批性能高端、特色明显的研究装置，具有大型仪器、实验装置和自制专用设备60余台套，价值3亿多元。实验室形成了“微纳加工与表征”、“电光磁特性分析”和“生物信息大数据”等3个通用性研究平台，以及“分子影像”、“器官芯片”、“基因分析”、“智能感知”等4个专业研究平台。

生物电子学国家重点实验室是我国生物电子学领域国际交流的窗口。目前实验室具有“器官芯片学科创新引智基地”、“东南大学-伯明翰大学生物医学工程联合研究中心”、“质谱新技术和创新应用国际合作基地”以及“东南大学-艾伦脑研究所联合研究中心”等4个高水平国际合作中心，在国际生物电子学领域具有重要学术影响。

（二）研究方向与研究内容

生物电子学国家重点实验室在信息科学和生命科学的交叉领域开展研究。实验室围绕生命系统中的信息活动过程及其物理化学机制开展定量研究，研究生物信息获取与处理的新原理和新方法，研制生物电子学相关的新材料和新器件，探索生物信息分析和加工的新机制，发展基于生物分子和（或）神经的计算系统和脑机混合智能技术，为“人口健康”、“生态环境”、“国家安全”等国家重大需求做出重要贡献。

实验室研究工作主要集中生物电子学相关的新材料、新器件、新方法和创新仪器装备及其相关的应用研究，形成“生物纳米材料与器件”、“生物信息获取与传感”以及“生物信息系统及应用”等三个研究方向，如下图所示。

       生物纳米材料与器件方向主要研究内容：①研究生物分子功能材料组装技术，发展具有生物电子学特性的纳米功能材料和器件；②研究生物界面上电荷传递和分子转移规律，提高生物材料和器件的生物相容性；③研究高特异性生物探针，发展多模态成像及诊疗一体化技术。

      生物信息获取与传感方向主要研究内容：①发展新型的高通量、高灵敏度生物分子传感原理，研究单分子DNA测序和单细胞组学技术；②研究生物信息的处理和分析方法，发展可穿戴和（或）可植入生物传感装置；③研究多细胞自组织的体外构建，发展器官芯片与多器官人体芯片系统。

生物信息系统及应用方向主要研究内容：①研究复杂生物系统建模，生物信息定量分析和知识挖掘；②研究DNA存储和计算原理，构建极高容量DNA信息存储及存算一体化系统；③研究神经信息处理原理，发展脑机混合智能及控制技术。