华盛顿大学 华盛顿大学和微软的研究人员开发了一种基于DNA的分子标记系统
这个GIF解释了这个过程
学分:凯瑟琳·多罗舍克/华盛顿大学 许多人都有过在商店试穿衣服时被塑料标签戳到后背的经历
这只是射频识别技术的一个例子，它不仅在零售业，而且在制造业、物流、运输、医疗保健等领域都已成为主流
其他标签系统包括可扫描条形码和二维码
尽管它们几乎无处不在，但是这些对象标记系统有它们的缺点:它们对于某些应用来说可能太大或不灵活，它们容易被损坏或移除，并且它们可能不适合大量应用
但是最近在基于脱氧核糖核酸的数据存储和计算方面的进展为创建一个比传统方法更小更轻的标记系统提供了新的可能性
这就是豪猪的观点，豪猪是由华盛顿大学和微软研究人员引入的一种新的分子标记系统
使用便携式纳米孔设备，这些标签可以在几秒钟内被编程和读取
在11月发表的一篇新论文中
在《自然通讯》中，该团队描述了脱水的合成脱氧核糖核酸链如何取代笨重的塑料或印刷条形码
基于DNA测序技术和原始信号处理工具的最新发展，该团队的廉价和用户友好的设计放弃了对专业实验室和设备的需求
“分子标记并不是一个新的想法，但是现有的方法仍然很复杂，需要进入实验室，这就排除了许多现实世界的可能性，”主要作者凯瑟琳·多罗沙克说，她是UW大学的博士生
艾伦计算机科学与工程学院
“我们设计了第一个便携式、端到端的分子标记系统，能够实现快速、按需的大规模编码和解码，并且比现有的分子标记方法更容易访问
" 取代无线电波或印刷线路，豪猪标记方案依赖于一组不同的脱氧核糖核酸链，称为分子位，简称“分子位”，它结合了高度可分离的纳米孔信号，以便于以后的读出
每个单独的分子包括96个独特的条形码序列中的一个，与从一组预定序列长度中选择的较长的脱氧核糖核酸片段相结合
在豪猪系统下，数字标签的二进制0和1由96个摩尔位中每一个的存在与否来表示
“我们希望在实现高准确率的同时证明这一概念，因此最初的条形码是96码，但我们有意将我们的系统设计成模块化和可扩展的，”合著者卡琳·斯特劳斯(Karin Strauss)说，她是微软研究院的高级首席研究经理，也是艾伦学院的附属教授
“有了这些最初的条形码，豪猪可以生产大约4种
20亿个独特的标签，使用基本的实验室设备，读出时不影响可靠性
" 虽然脱氧核糖核酸的读写成本众所周知，但豪猪通过预制脱氧核糖核酸片段来解决这个问题
除了降低成本之外，这种方法还有一个额外的优势，即用户可以任意混合现有的链，快速轻松地创建新标签
在最初的标签组装过程中，准备好分子以供读出，然后脱水以延长标签的保存期限
这种方法可以防止环境中其他脱氧核糖核酸的污染，同时减少以后的读出时间
豪猪系统的另一个优点是摩尔比特非常小，只有几百纳米长
实际上，这意味着每个分子标签足够小，可以在物体表面一平方毫米的范围内容纳超过10亿个拷贝
这使得它们非常适合于对不适合传统标记方法的小物件或柔性表面进行标记
与传统标签相比，肉眼看不见的纳米级外形还增加了另一层安全性
“与现有的库存控制方法不同，脱氧核糖核酸标签不能通过视觉或触摸来检测
实际上，这意味着它们很难篡改，”资深作者杰夫·尼瓦拉说，他是艾伦学院的一名研究科学家
“这使得它们成为追踪高价值物品、区分合法商品和伪造商品的理想选择
像豪猪这样的系统也可以用来追踪重要文件
例如，你可以设想用分子标签来跟踪选民的选票，防止未来选举中的篡改
" 为了读取豪猪标签中的数据，用户将标签重新水合，并通过便携式纳米孔设备运行
为了证明，研究人员使用豪猪系统在几秒钟内可靠地编码并解码了他们的实验室首字母缩略词“M-I-S-L”
随着纳米孔技术的进步使它们变得越来越便宜，研究小组认为分子标记在各种现实环境中可能会成为越来越有吸引力的选择
“豪猪是混合分子电子系统的一个更令人兴奋的例子，它结合了分子工程、新的传感技术和机器学习来实现新的应用，”合著者路易斯·塞泽说，他是艾伦学院的教授
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