数字信息的爆炸式增长对信息存储的方式提出了更高的要求，将数据存储在更为稳定和高密度的分子结构中逐渐被认为是一种可行的解决方案。天然大分子如DNA，通过将核苷酸进行二进制编码，已被证明是极具发展潜力的数据存储介质。随着高通量微阵列（DNA Microarray）技术的发展，大量数据可以编码成 DNA 串并通过 DNA 测序进行解码。受此启发，化学家证明序列精确的合成高分子同样可以用于信息存储，称为数字高分子。通过采用两种不同的单体，分别编码为二进制代码“0”和“1”，二进制数字信息可以通过迭代增长合成策略在高分子链中写入，并通过基质辅助激光解吸附电离飞行时间串联质谱 (MALDI-ToF MS/MS) 或纳米孔测序等技术进行信息读取。与 DNA 相比，数字高分子具有更高的化学稳定性，更好的相容性，和更广泛的结构可设计性，从而提高了存储容量，并推动了信息读取过程以及实际应用的发展。然而，目前的研究都聚焦于数字高分子的新颖结构和应用设计上，很少有人关注实现数字高分子的基本功能，即设计一种实用的数字高分子存储装置或载体，并实现以可靠的方式任意读写信息。

基于此，国重室张正彪教授团队受DNA微阵列技术的启发，设计了在MALDI-ToF质谱靶的二维平面阵列的可编程信息写入和读取，结合级联巯基-马来酰亚胺迈克尔加成偶联（CTMMC）反应与迭代增长策略合成了4位数字信息的二硫代琥珀酰亚胺（DTS）序列编码的低聚物库，序列编码的低聚物由自动机械手臂以编程的方式映射到二维微阵列的确定位置，MS/MS图谱由质谱解码软件进一步自动读取以输出信息，为数字高分子的可编程信息读写提供了一种新的方式。相关成果以“Fabrication and Decryption of a Microarray of Digital Dithiosuccinimide Oligomers”为题发表在国际学术期刊Macromolecular Rapid Communications（Macromol. Rapid Commun. 2022, 43, 2200029; DOI: 10.1002/Marc.202200029）上。

图1 用于序列编码低聚数字高分子信息存储的微阵列技术示意图

该研究结果显示，通过CTMMC反应可以有效构建序列编码的低聚DTS数字高分子库，采用微阵列技术，16种不同的序列编码低聚物通过有序排列在二维质谱靶板上存储字符信息，避免了制造数百种长链高分子的重复工作。编码信息通过MALDI-ToF MS/MS进行测序，并通过利用 DTS 单元独特的协同裂解特性，设计计算机软件进行自动化识别解码。文本、图像、条码等各种信息都可以成功存储和读出，信息存储保真度好，解码精度高，使得该信息存储方式在工程学角度具有潜在的应用价值。

18新利体育 材料与化学化工学部博士生施秋楠为论文第一作者，国重室张正彪教授、材化部黄智豪副研究员和计算机科学与技术学院朴明浩教授为论文的共同通讯作者。该工作得到国家杰出青年基金（21925107）、科技部重点研发计划（2020YFA0710700）等基金的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.202200029