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新型编解码方案让DNA存储从容恢复高错误率数据

时间：2025-10-20 作者：陈曦通讯员赵晖【转载】来自：科技日报

记者10月17日从天津大学获悉，该校应用数学中心与合成生物学国家重点实验室吴华明教授团队在《自然·通讯》发表最新研究成果，提出名为“StairLoop”的新型DNA存储方案，显著提升了在高错误率合成环境下的数据恢复能力。

图为体外存储实验编码框架。

随着全球数据存储需求飞速增长，传统的存储介质逐渐面临瓶颈，DNA因其存储密度高、稳定性强、环境友好等优势，被视为下一代存储技术的重要方向。然而，DNA存储走向实际应用仍面临合成错误率高、数据恢复困难等挑战，尤其是在电化学合成等低成本、高通量的技术路径中，错误率和序列丢失问题更为突出。

图为阶梯形交织的编码结构。

吴华明介绍，该方案通过设计阶梯式交织结构和迭代式软判决解码机制，在不依赖复杂多序列比对的情况下，有效校正了插入、删除、替换等典型合成错误，同时具备并行解码能力，有助于实现大规模数据的高效检索。

图为基于置信度传播的行解码器。

在验证实验中，研究团队成功将代表早期人类文明的甲骨文图像通过电化学合成方式写入DNA链。实验结果显示，即使面对部分合成区块核苷酸错误率超过6%、序列丢失率超过30%的极端情况，StairLoop仍能准确解码并完整复原原始图像。

这一突破性进展，为DNA存储技术在高错误率合成环境下的可靠应用提供了可行路径，也推动了DNA存储从实验室研究向产业化迈出关键一步。

（天津大学供图）

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