数码合成高分子的数据储存应用及展望

近日，英国皇家化学会旗下国际权威期刊《Chemical Society Reviews》（IF = 60.615）在线发表了上海交通大学系统生物医学研究院董瑞蛟研究团队撰写的综述论文，题目为“Digital synthetic polymers for information storage”。该综述论文系统性评述了近十年数码合成高分子在信息储存领域的研究进展，并根据聚合物的种类对数码合成高分子进行分类，并从编码、解码、编辑、擦除、加密和修复等方面概述了这类高分子材料的显著特征。

因具有均一的链长和可控的单体序列，数码合成高分子在信息储存领域受到越来越多的关注，其逐渐成为传统硅基信息储存器件和DNA等天然生物大分子的优质替代物。合成高分子所特有的结构多样性，不仅使其具有更小的占用空间，而且赋予了数字合成高分子优异的稳定性和更高的信息存储密度。通过巧妙地设计每个单元的编码结构，信息可以通过更经济且更易于解码的方式被编码到数字合成高分子中，这为具有高度安全性的分子数字信息存储开辟了全新的道路。

在这个飞速发展的信息时代，人们对信息的写入、读取和存储的高通量技术的要求越来越高。随着传统硅基信息器件局限性的显现，人们开始密切关注并寻找数据存储的替代品。如前所述，数码合成高分子在高效编码、解码、编辑、擦除、加密和修复数据等各个方面都表现出更优越的性能，无疑将成为新型分子数据存储设备的绝佳替代品。同时，由于数码合成高分子的化学结构易于改变并适应不同类型的应用，其相关研究已经取得了较大进展，比如数据存储、分子信息学、分子识别、编码产品标签和防伪技术。此外，上述应用不一定需要超高分子量的高分子，例如包含一组序列编码低聚物的二维分子条形码可以被应用于产品防伪识别，以规避在高分子中写入和读取数据的困难。因此，序列编码的低聚物或高分子可用于标记高价值产品，以区别于假冒产品。

尽管数码合成高分子的发展如火如荼，但与成熟的电、光和磁存储设备相比，其仍处于初级阶段，在写入或读取机制方面仍有许多技术难关需要攻克。数码合成高分子的制备通常耗时且难以大规模生产，因此导致其成本相对较高。廉价的商业化合物可以作为编码单元用于构建高分子信息载体，而数码合成高分子的大规模合成可通过人工智能AI技术和流动化学相结合的自动化合成平台来实现，从而可以显著减少在序列编码高分子中编码信息的成本。此外，数码合成高分子的解码在很大程度上依赖于质谱技术，这些测序仪器往往体积庞大且造价昂贵。同时，在MS/MS测序过程中高分子不可避免地会被破坏，且质谱分析需要耗费大量时间。为了弥补这些缺陷，亟待开发一种新型、小巧的无损解码设备，如纳米孔测序仪。此外，还应考虑廉价手持测序仪的开发。可以设想，随着分析化学家和合成化学家的不懈努力，这些挑战终将被克服，从而为数码合成高分子的实际应用翻开新的一页。

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