随着数字化进程的加速推进，信息存储密度、数据保密性与加密灵活性正面临前所未有的挑战，因此发展新型信息载体与加密机制已成为信息技术领域的重要研究方向。DNA分子凭借其独特的序列可编程性和天然的分子多样性，正逐渐成为下一代信息存储与数据加密的潜力材料。然而，现有加密方法普遍存在模式单一、密钥随机性不足等缺陷，难以抵御日益复杂的暴力破解攻击，信息安全的保障需求变得尤为迫切。

近日，西安交通大学赵永席教授团队成功开发了一种基于DNA序列顺序合成的信息编码与加密策略，可按需生成文本、图像等多类型信息，动态生成符合高级加密标准（Advanced Encryption Standard, AES）的安全密钥，以支持灵活的授权访问需求。研究团队创新性地设计了茎环结构探针介导的引物交换反应机制（hairpin-mediated primer exchange reaction, HAMER），通过特异性引物触发精确的链延伸与置换反应，启动特定DNA合成路径的级联反应，精准调控长链DNA的合成顺序，通过DNA分子条形码的可编程顺序拼接，即可依据预设的解密规则完成目标信息的读取与还原。该策略不仅具备根据权限动态生成密钥或信息的能力，还支持高度灵活的加密路径配置，大幅提升了系统的随机性与模糊性，有效增强了加密数据的抗破解性能。这一工作为DNA分子在未来信息安全系统中的高密度存储与高度安全加密应用奠定了技术基础。

该研究工作以《基于DNA顺序编码的可编程信息加密策略》（Sequential DNA Coding for Programmable Information Encryption）为题在国际权威期刊《先进材料》（Advanced Materials）上在线发表。西安交大生命学院生物医学信息工程教育部重点实验室为论文第一作者单位和通讯作者单位，前沿科学技术研究院为共同通讯单位，赵永席教授和赵越副教授为共同通讯作者，博士研究生付文豪为第一作者。该研究工作得到了上海交通大学樊春海院士的悉心指导，获得国家自然科学基金、科技部重点研发计划、陕西省创新能力支撑计划等多个项目的联合资助，实验测试环节得到了西安交通大学分析测试中心的大力支持。上述工作是该团队在DNA编码分析与应用领域的又一重要成果，前期建立的系列DNA编码分析方法已发表在《自然-实验手册》（Nature Protocols）、《自然-通讯》（Nature Communications）、《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）、《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）、《核酸研究》（Nucleic Acids Research）等期刊。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202418688

赵永席教授研究团队主页链接：http://gr.xjtu.edu.cn/web/yxzhao