把数据存进“水滴”里？中国科学家造出“液态DNA硬盘”，能反复擦写还能阅后即焚

想象一下，未来的绝密文件不是锁在保险柜里，也不是存在云端服务器上，而是藏在一滴看似普通的水珠中。更神奇的是，这滴水珠里的信息不仅能像用铅笔写字一样反复擦改，还能设定“阅后即焚”的倒计时，甚至只有当它遇到你身体里特定的细胞时，才会显示出真正的秘密。

这听起来像是科幻电影里的情节，但这正是中国科学院杭州医学研究所等机构的科学家们刚刚发表在《Nature Communications》上的一项突破性成果。他们开发出了一种基于“分级核-壳DNA凝聚体”的全新信息存储平台。简单来说，他们造出了一种微米级的“液态DNA硬盘”，不仅解决了传统DNA存储“只能写不能改”的痛点，还把信息安全提升到了谍战大片的高度。

1. 告别“刻石碑”时代：让DNA动起来

我们现有的硬盘、U盘，随着数据量的爆炸式增长，迟早会面临存储极限。科学家们早就盯上了DNA——这种生命原本的信息载体。理论上，一公斤DNA就能存下全世界所有的数据，而且能保存成千上万年。

但是，目前的DNA存储技术有一个巨大的缺陷：它太“死板”了。通常的做法是将信息编码进DNA序列里，这就像是在石碑上刻字，一旦刻好，想要修改或者删除其中的某一段，难度极大，成本极高。这就导致了传统DNA存储只能当“档案馆”，很难像我们日常使用的内存卡那样灵活操作。

为了解决这个问题，科学家们并没有把目光局限在DNA的长链条序列上，而是玩起了“乐高积木”。他们利用一种叫做“液-液相分离”的物理现象，让DNA分子自组装成一种微小的液滴状结构。如图[1]所示，这些微小的液滴并不是混成一团的浆糊，而是有着精致的内部结构——它们分成了“核”和“壳”两层，就像一个微型的鸡蛋，或者我们常吃的夹心糖。

在这个直径仅有几微米的“夹心糖”里，科学家们可以把不同的信息分别存放在“核心”和“外壳”中。通过给DNA打上红、绿、蓝三种不同颜色的荧光标签，这些微小的液滴就变成了会发光的“像素点”。通过排列组合这三种颜色的分布（比如红光在核里，绿光在壳上），每一个液滴都能代表一个特定的字母或指令。这种分层结构不仅让信息存储的空间翻倍，还让读取信息变得非常简单——用显微镜一看，就像看霓虹灯招牌一样清晰。

2. 像用铅笔一样：写错？擦掉重来！

既然有了“液态硬盘”，它的操作体验如何呢？如果说传统的DNA存储是在刻石头，那么这个新系统就像是用铅笔在纸上写字。

在研究中，科学家们引入了一种对光敏感的“分子开关”。当你想要擦除某段信息时，只需要用特定波长的紫外光照一下，原本结合在液滴上的携带信息的DNA链就会自动脱落，就像用橡皮擦把字迹擦掉一样，让液滴变回一张“白纸”。

如图[2]所示，研究人员演示了一个有趣的实验：他们先在这些DNA凝聚体上写下了月份“NOV”（11月）。接着，一道紫外光闪过，信息被瞬间擦除，液滴回到了空白状态。随后，他们又加入新的编码链，将信息重写为“AUG”（8月），之后再次擦除并改写为“FEB”（2月）。经过这样反复的“写入-擦除-重写”循环，信息的读取准确率依然接近100%。这意味着，DNA存储不再是一锤子买卖，而是真正具备了成为通用数据存储器的潜力。

3. 浴火重生：数据的复制与自我修复

除了能改写，这个系统还有两项绝活：复制和修复。在数字世界里，Ctrl+C（复制）和Ctrl+V（粘贴）是我们最常用的功能，但在分子世界里实现这一点却异常困难。科学家们发明了一种“擦除-扩散”策略，能让携带信息的DNA链从一个液滴“跳”到另一个空白液滴上，实现信息的完美克隆，就像生物细胞分裂一样神奇。

更令人惊叹的是它的“抗造”能力。我们知道，高温通常是DNA的杀手。实验发现，如果把这些存储了信息的液滴加热，它们原本精致的核-壳结构会崩塌，信息变得难以读取。这就像硬盘被火烧坏了一样。但是，如图[3]所示，尽管结构坏了，那些携带信息的DNA片段本身并没有消失。科学家们利用特殊的修复程序，竟然能把这些“散落的拼图”重新收集起来，转移到新的健康液滴上。经过这一番“浴火重生”，原本因为高温而乱码的信息“HELLO”被成功复原，准确率高达99%。这种在极端条件下保护数据的能力，是传统硬盘望尘莫及的。

4. 只有特定的人（或细胞）能看见：谍战级的加密技术

如果说存储和修改是基础功能，那么这套系统的加密能力简直就是为现代谍战片量身定做的。科学家们利用分子逻辑电路，设计出了一套让黑客看了都摇头的多重加密方案。

4.1 真假难辨的“逻辑锁”

传统的加密要么能看，要么是一堆乱码。但这个系统可以给你看“假消息”。

研究团队利用分子逻辑门技术，设计了一种巧妙的欺骗机制。如图[4]所示，在初始状态下，存储器对外显示的可能是一个诱饵信息“YES”。无论谁截获了这个样本，看到的都是这个具有误导性的单词。但是，如果你持有正确的“双重密钥”（比如特定的光照信号加上特定的DNA分子），系统内部就会发生一系列精密的分子加减法运算，瞬间将“YES”变成了完全相反的真实信息“NO”。这种“指鹿为马”的能力，极大地增加了信息破解的难度。

4.2 活体细胞当“钥匙”

更科幻的是，这套系统还能与生物体进行交互。想象一下，一种药物携带的加密信息，只有在遇到特定的癌细胞时才会解密并发挥作用，这对精准医疗意味着什么？

实验中，科学家设计了一种特殊的“锁”，它的钥匙不是密码，而是特定细胞表面的特征分子。如图[4]所示，当存储了加密信息的DNA液滴遇到目标癌细胞（如CEM细胞）时，细胞表面的分子会触发液滴上的感应器，释放出解密密钥，原本隐藏的信息“CEM”随之显现。而如果遇到的是普通细胞，液滴则无动于衷，信息继续保持锁定。这种“见人下菜碟”的本事，让生物体内的智能诊断和治疗成为了可能。

4.3 现实版“阅后即焚”

如果你看过《碟中谍》，一定对“本消息将在5秒后自动销毁”的经典桥段不陌生。现在，这也变成了现实。

科学家开发了两种时间驱动的加密模式。第一种是“限时阅读”：插入密钥后，信息会浮现出来，但大约1小时后，随着密钥被一种酶自然降解，信息又会自动消失并重新上锁，等待下一次读取。如图[5]所示，这种“瞬态加密”允许多次查看，但每次都有时间限制。

第二种则是真正的“自毁模式”。一旦密钥插入并读取了信息，系统就会触发一个不可逆的破坏程序。大约30分钟后，信息不仅会消失，连存储介质本身也会被永久破坏，任何人都无法再次读取。这对于传递那些绝不能留底的机密情报来说，简直是完美载体。

4.4 你的级别够吗？分级权限控制

在很多组织里，不同级别的人能看到的文件密级是不同的。这个DNA系统也能做到这一点。

如图[6]所示，研究人员将信息分成了三个等级：I级（普通）、II级（机密）、III级（绝密）。持有I级密钥的人只能看到最基础的单词“CELL”；持有II级密钥的人能多看到一个“B”；而只有持有最高级III级密钥的人，才能解锁全部信息，看到完整的单词组合“MEMORY”。这种细粒度的权限控制，是通过巧妙设计的密钥包含关系实现的——高级密钥里“套”着低级密钥，从而实现了对信息访问权限的精准分层。

5. 结语：分子信息时代的无限可能

这项研究不仅仅是造出了一个能存数据的“水珠”，它实际上开启了一种全新的信息处理范式。它告诉我们，DNA不只是静态的生命密码，更可以是动态的、可编程的智能材料。

虽然目前这项技术还处于实验室阶段，存一个莎士比亚的句子可能需要用到显微镜和一整块微孔板，但它的潜力是巨大的。未来，随着微流控芯片技术的发展，我们或许能在一个指甲盖大小的芯片上集成数百万个这样的“液态硬盘”，存储密度将达到惊人的量级。

更重要的是，这种能够“感知”、能够“计算”、甚至能够与生命体“对话”的存储系统，为未来的生物计算机、智能药物载体以及高度安全的信息存储提供了无限的想象空间。也许在不远的将来，你身体里流淌的某一滴液体，就在默默地守护着属于你的健康密码。

论文信息

• 标题：Hierarchical core-shell DNA condensates enable programmable information storage and encryption.
• 论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67093-w
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• 发表时间：2025-12-10
• 期刊/会议：Nature communications
• 作者：Likang Chu, Liqi Wan, Haixia Wang, ..., Da Han

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本文由超能文献“资讯AI智能体”基于4000万篇Pubmed文献自主选题与撰写，并经AI核查及编辑团队二次人工审校。内容仅供学术交流参考，不代表任何医学建议。