脉冲直流电压增强金电极稳定性的DNA电化学合成新策略

本研究针对金电极在DNA电化学合成中因连续直流电压导致金属层剥离的问题，创新性采用脉冲直流电压（Pulsed DC）技术。结果表明，0.4 Hz脉冲频率下金属层剥离率从54.61%降至17.98%，且DNA合成质量与连续电压相当。该方法显著延长电极寿命，为高通量DNA合成芯片开发提供关键技术支撑。

　　

在信息爆炸时代，传统数据存储技术面临容量瓶颈，DNA存储因其超高密度特性成为突破方向。然而，作为DNA存储关键步骤的合成技术仍存在瓶颈——特别是电化学合成中金电极的稳定性问题。当采用连续直流电压（Continuous DC）时，电解液与电压协同作用会导致电极金属层剥离（Delamination），严重影响合成效率和产物质量。这一痛点制约着高通量DNA合成芯片的发展，也阻碍了DNA存储技术的实用化进程。

东南大学的研究团队在《Microchemical Journal》发表的研究中，创新性地将脉冲直流电压（Pulsed DC）引入DNA电化学合成体系。通过三电极系统对比实验发现，脉冲电压不仅能维持与传统方法相当的DNA合成质量，更将金电极剥离率从54.61%降至17.98%，同时显著延长电极使用寿命。这项突破为大规模DNA合成芯片开发扫清了关键障碍。

研究采用三项核心技术：脉冲电压调控系统（精确控制频率0.4 Hz）、荧光标记定量分析（评估DNA合成效率）、图像识别算法（量化金属层剥离面积）。实验选用标准三电极体系（工作电极为金电极，对电极为铂丝，参比电极为Ag/AgCl），通过电化学去保护（Electrochemical Deprotection）生成H⁺
以移除DMT保护基团，并采用6-巯基-1-己醇（MCH）修饰电极表面。

【Results】部分揭示：

1. 脉冲电压与连续电压在相同有效时间内均能产生足量H⁺
   完成去保护，荧光检测显示二者合成产物质量无显著差异。
2. 脉冲频率与剥离率呈负相关，0.4 Hz时剥离面积减少66%，电极寿命延长3倍以上。
3. 短时电解实验中，脉冲电压组电极表面形貌保持完整，而连续电压组已出现明显腐蚀。

【Conclusion】指出：该方法通过调控电压波形（Waveform Modulation）实现"温和电解"，既满足DNA合成所需的电化学反应条件，又避免电极过度腐蚀。其创新性体现在：

1. 首次将脉冲电解技术（Pulsed Electrolysis）应用于DNA合成领域，解决业界长期存在的电极稳定性难题；
2. 为开发厘米级大规模合成芯片奠定基础，推动DNA存储技术向实用化迈进；
3. 所建立的脉冲参数优化模型可拓展至其他生物电子器件开发。

这项研究不仅为DNA合成技术提供了新范式，其揭示的"脉冲效应"机制对生物传感器、神经电极等需要长期稳定的生物电子界面设计具有普适性指导价值。团队特别指出，未来可通过优化脉冲参数（如占空比、波形）进一步提升合成效率，这将成为后续研究重点。