借用Catalog DNA存储技术，希捷打造“片上实验室”

希捷已经将Catalog的DNA存储技术引入其“片上实验室”（lab-on-a-chip）项目，希望用更小巧的设备快速读取存储在DNA中的数据。那么，“片上实验室”究竟是什么？希捷又为什么要力推这个概念？

片上实验室是一种利用微量流体进行化学反应，并记录反应结果的设备。研究人员开发出的片上实验室设备有着良好的成本效益，能够显著加快患者诊断测试。这些芯片能够涵盖从样品输入到结果输出的所有步骤，并把这种能力从诊断实验室扩展到医生办公室甚至是病患家中。该芯片能够检测出蛋白质标志物，由此识别心脏病和核酸标志物，进而确定是否罹患传染病。COVID快速侧向流动检测试剂盒就是这类片上实验室的早期体现，这种一次性、单功能方案可以快速检测流体样本中是否存在COVID病毒抗原。

片上实验室的功能可以灵活定制，微液体技术能够将液滴导引过设备，借此在测试前对样品做出预处理。预处理可以纯化，或者放大当前所需测试的生物标志物。

Catalog目前的Shannon技术已经能够使用DNA存储技术实现数据写入与读取，但相应设备只能布置在房间当中，用Catalog的话说其占地面积接近一个小厨房。希捷则希望能与Catalog开展联合研究，将Shannon的规模缩小至千分之一，同时提高Catalog平台的自动化与可扩展性。

希捷想干嘛？

目前还不清楚希捷为什么要参与这样一项研究。毕竟希捷可是硬盘驱动器巨头，跟片上化学实验室真的一点边都不沾。据了解，希捷这次提供的是流体技术，参考的正是磁盘驱动电机中的流体轴承——即使用粘性油代替金属滚珠轴承，用以支撑驱动轴。流体动力轴承电机中不涉及金属与金属的直接接触，所以比金属轴承更安静、能承受更大的冲击力，而且理论上可以永久使用。

但这种特殊的粘性流体，距离基于DNA的片上实验室成品还有很长的路要走。

Catalog公司在博客上提到了台式机及物联网设备的尺寸问题，表示“双方合作将努力使用希捷的「片上实验室」减少DNA存储与计算所需要的化学量。使用希捷平台，合成DNA的微小液滴能够将测试规模大大降低。这些液滴将通过希捷平台上的几十个储液器处理。来自各储液器的DNA将混合在一起，为一系列计算功能产生化学反应，包括搜索与分析、机器学习和流程优化。”

从这里的表述来看，片上实验室的侧重点应该在于计算、而非存储，提出的似乎也属于远期发展目标。

Catalog公司CEO Hyunjun Park在声明中表示，“与希捷的合作，将成为我们降低最终成本、削减存储系统复杂性的关键手段。”

希捷DNA存储背景

2021年12月，也就是9个月之前，希捷打算招聘一名研究工程师来从事片上实验室的开发。规范要求文件提到，“此职位面向片上实验室领域，将为您提供新思路/概念的原型设计、实验和基准测试的各种机会。”

“工程师将参与令人兴奋的片上实验室项目，包括实验设计到概念验证。通过筛选的候选人还将与希捷全球研究团队合作，工欲善其事设计并制造微流体设备、评估系统，分析并记录结果，以供内部和外部报告/演示文稿使用。”

职位要求候选人具备“DNA扩增技术（PCR、LAMP、滚环扩增等）的理论与实践知识”。

很明显，希捷公司当时正在研究DNA存储技术，而且之前就表现出对这项技术的持续关注。

希捷DNA存储与微流体专利

希捷的DNA存储与微流体研究工程已经持续了两年半，目前已知的专利申请有四项。希捷研究副总裁Ed Gage就是其中微流体专利的申请人：

• 用于片上实验室的微波加热设备——版号：20220048032
• 归档日期：2021年8月9日
• 发布日期：2022年2月17日
• 发明人: Tim Rausch, Edward Charles Gage, Walter R. Eppler, Gemma Mendonsa.

Tim Rausch目前已投身AWS，但2003年5月到2020年11月之间效力于希捷。Edward Charles Gage是希捷公司的研究副总裁。Walter Eppler是希捷技术专家，Gemma Mendonsa则是希捷的生物医学工程师。

Eppler与Mendonsa曾在2020年8月，为读取DNA存储基因的方法和系统申请过专利。

Rausch、Eppler和Mendonsa于2020年4月，为用于基因合成的微流控片上实验室申请了专利。专利摘要提到，“这是一种用于DNA基因组装的微流控片上实验室系统，此系统利用DNA符号库与DNA连接器库。片上实验室包含一套流体平台，其中具有多个接入电源源的可操作阵列、及用于电压源的控制器……”

另有文字内容介绍称，“DNA是一种新兴的数据存储技术。根据现有方法，可在14天内写入用于存储5 KB数据的DNA链或基因。相比之下，磁盘驱动器和磁带均能在约1小时内写入1 TB数据。单个DNA碱基对位置可以存储2个比特，因此要在写入速率上与磁盘驱动器或磁带相比肩，则需要在一小时内存储4000千兆个碱基对。目前的技术每小时只能写入15个碱基对，因此要让DNA数据存储真正具备可行性，速率还需要提升8到9个数量级。”申请中介绍了一种“在片上实验室中合成DNA基因的方法”，能够加快DNA的存储写入速度。

同月，三位研究人员又提交了第二份申请：基因组装方法及其在DNA数据存储中的应用。

我们已经联系希捷，希望了解其为何以及如何发展DNA数据存储技术。

相关补充

我们还采访了身在北爱尔兰的希捷科技电镀工艺工程师Gareth McClean，他提到面向医疗诊断领域、特别是日常护理场景下的基于荧光的免疫分析检测系统；另外还有面向医疗点需求的微流体诊断设备。这听起来都跟希捷目前的技术路线对得上。

2021年12月，中国DNA存储研究人员宣布开发出一种滑动芯片——这种微流体装置能够保存DNA化学物质及各种试剂。一个滑动芯片可以是一个电极，其电荷会随DNA序列的存在/不存在而改变。

我们认为，中国研发的这种滑动芯片也可以算作一种片上实验室。