一种基于DNA Origami的DNA分子逻辑门及其构建方法技术

本发明专利技术属于分子计算领域，具体涉及一种基于DNA Origami的DNA分子逻辑门及其构建方法。本发明专利技术逻辑门包括输入信号、信号转化器和输出信号；所述信号转化器包括：DNAOrigami模板、位于DNA Origami模板上的helper链，以及可以和helper链识别并连接的DNA/AuNP结合物；所述输出信号为DNA/AuNP结合物从DNA Origami模板上释放。本发明专利技术在DNA origami上通过特定的DNA信号链来实现对金颗粒有选择性和动态的释放，从而实现逻辑门的运算，并且通过利用DNA链连接的金颗粒二聚物实现了同时输入3条输入链的逻辑门运算。本发明专利技术为构造复杂的分子电路和纳米器件提供思路；通过与各种纳米工程策略相结合，可用来组装大型的可编程的结构，也为各种分子构象的灵敏检测铺平了道路。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门及其构建方法
本专利技术属于分子计算领域，具体涉及一种基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门及其构建方法。
技术介绍
近年来，DNA自组装已经变成一种构建纳米结构的强大的工具，在构建各种各样的二维和三维结构方面有着广泛的应用，包括平面阵列，柱形管以及各种几何形状。DNAorigami首次被Rothemund发现，他通过一条长的DNA单链M13与几百条短的DNAhelper链杂交形成了初步的纳米结构，为研究人员提供了一种高效的能明确定义形状和大小的DNA纳米结构的方法。现在，DNAorigami已经被应用在分子信号传感和逻辑计算等各个领域。金颗粒具有独特的结构和光学特性，一种能充分控制金颗粒与DNA组装的方法吸引着许多生物传感和纳米设备领域人员的关注。Elbaz和他的同事们通过一个三元环链状的DNA结构构造了一个动态的用燃料驱动的金颗粒设备，然而，这种简单的DNA环只能提供有限的不是很精确的金颗粒结合位点。因此，实现复杂的可以空间寻址的金颗粒排列依然是一个大的挑战。HaoYan和他的同事们以DNAorigami(一种DNA自组装体)为模板，来控制金颗粒的组装。使用这种方法，不同大小的金颗粒可以被排列到想要的位置，粒子之间的方向和位置都可以被控制。这项研究用静态的方式向我们展示了纳米粒子能与DNAorigami组装，但是，设计一个具有动态操作特性的纳米粒子和DNAorigami结合的策略仍然是令人关注的。此外，在大多数先前的纳米粒子与DNAorigami组装的纳米系统中，实现同时多个输入的逻辑操作是非常困难的，这极大的阻碍了基于DNAorigami的传感系统的发展。纳米金颗粒(AuNPs)是指尺寸在1-100nm范围内的粒子，一般为分散在水中的水溶胶，故又称胶体金。由于纳米金颗粒具有与大小、形状和聚集程度相关的物理和化学特性，被广泛应用于各种生物分析和生物医学检测技术中以及一些生物传感器的检测中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门及其构建方法，具体技术方案如下：一种基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门包括：输入信号、信号转化器和输出信号；所述信号转化器包括：DNAOrigami模板、位于DNAOrigami模板上的helper链，以及和helper链识别并连接的DNA/AuNP结合物；所述helper链为DNA链；所述DNA/AuNP结合物包括DNA链和与之结合的AuNP；一条所述helper链与所述DNA/AuNP结合物中的一条DNA链杂交相连；所述输入信号为DNA输入链X-L；所述DNA输入链X-L与helper链杂交相连，并置换出DNA/AuNP结合物中的DNA链，从而将DNA/AuNP结合物从DNAOrigami模板上释放；所述输出信号为DNA/AuNP结合物从DNAOrigami模板上释放。所述DNA/AuNP结合物中DNA链一端通过巯基化与AuNP相连。一种基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，所述DNA/AuNP结合物包括DNA链X1’、Y1’及与其两者共同相连的AuNP。一种基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，所述DNA/AuNP结合物包括DNA链X1’、Y1’，及两者分别相连的AuNP。一种基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，所述DNA/AuNP结合物包括DNA链A1’、B1’、C1’、D1’，其中A1’、B1’与一AuNP相连，C1’、D1’与另一AuNP相连，B1’和C1’相连。DNA链分子之间的连接为杂交相连，所述杂交相连为完全互补或不完全互补。所述DNAOrigami模板为M13mp18链与staple链按摩尔比1:10的比例混合。一种基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，所述逻辑门为或门，包括输入信号、信号转化器和输出信号；所述信号转化器包括：DNAOrigami模板、位于DNAOrigami模板上的helper链b1,c1，以及和helper链识别并连接的DNA/AuNP结合物；所述DNA/AuNP结合物包括DNA链b1’，c1’和与两者分别结合的AuNP；所述DNA链b1，c1分别与DNA链b1’，c1’杂交相连；所述输入信号为DNA输入链b1-L、c1-L或两者混合；所述DNA输入链b1-L，c1-L分别与DNA链b1，c1杂交相连，并置换DNA链b1’，c1’；所述输出信号为DNA/AuNP结合物从DNAOrigami模板上释放。一种基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，所述逻辑门为与门，包括输入信号、信号转化器和输出信号；所述信号转化器包括：DNAOrigami模板、位于DNAOrigami模板上的helper链d1，e1，以及和helper链识别并连接的DNA/AuNP结合物；所述DNA/AuNP结合物包括DNA链d1’，e1’及与其两者共同结合的AuNP；所述DNA链d1’，e1’和AuNP的摩尔比为1:1:1；所述DNA链d1，e1分别与DNA链d1’，e1’杂交相连；所述输入信号为DNA输入链d1-L和e1-L；所述DNA输入链d1-L，e1-L分别与DNA链d1，e1杂交相连，并置换DNA链d1’，e1’；所述输出信号为DNA/AuNP结合物从DNAOrigami模板上释放。一种基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，其特征在于，所述逻辑门为多输入与门，包括输入信号、信号转化器和输出信号；所述信号转化器包括：DNAOrigami模板、位于DNAOrigami模板上的helper链f1，g1，以及和helper链识别并连接的DNA/AuNP结合物；所述DNA/AuNP结合物包括DNA链f1’，g1’，T1，T2和与之结合的AuNP；其中f1’，T1与AuNP相连；g1’，T2与另一AuNP相连；所述DNA链T1，T2分别与桥梁链T杂交相连；所述DNA链f1’、T1和AuNP的摩尔比为1:1:1；所述DNA链g1’、T2和AuNP的摩尔比为1:1:1；所述DNA链f1，g1分别与DNA链f1’，g1’杂交相连；所述桥梁链T一端与T1链杂交相连，另一端与T2链杂交相连。所述输入信号为DNA输入链f1-L，g1-L，T-L；所述DNA输入链f1-L，g1-L，T-L分别与DNA链f1，g1，T杂交相连，并置换DNA链f1’，g1’，T1，T2；所述输出信号为DNA/AuNP结合物从DNAOrigami模板上释放。一种基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门的构建方法，包括如下步骤：1)将M13mp18链与staple链按1:10的摩尔比在缓冲液中混和，并退火，组装为DNAOrigami模板，选取DNA链，对其一端的DNA序列按照所设计的序列进行延长，从而在DNAOrigami模板表面特定位置延伸出来helper链；2)将巯基化的与helper链杂交相连的DNA链与AuNP结合，形成DNA/AuNP结合物；3)将步骤1)中所述的DNAOrigami模板与步骤2)中所述的DNA/AuNP结合物杂交，形成AuNP/origami结合物；4)向步骤3)中加入DNA输入链，输出信号为DNA/AuNP结合物从DNAOrigami模板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于DNA Origami的DNA分子逻辑门，所述逻辑门包括：输入信号、信号转化器和输出信号，其特征在于，所述信号转化器包括：DNA Origami模板、位于DNA Origami模板上的helper链，以及和helper链识别并连接的DNA/AuNP结合物；所述helper链为DNA链；所述DNA/AuNP结合物包括DNA链和与之结合的AuNP；一条所述helper链与所述DNA/AuNP结合物中的一条DNA链杂交相连；所述输入信号为DNA输入链X‑L；所述DNA输入链X‑L与helper链杂交相连，并置换出DNA/AuNP结合物中的DNA链，从而将DNA/AuNP结合物从DNA Origami模板上释放；所述输出信号为DNA/AuNP结合物从DNA Origami模板上释放。

【技术特征摘要】
1.一种基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，所述逻辑门包括：输入信号、信号转化器和输出信号，其特征在于，所述信号转化器包括：DNAOrigami模板、位于DNAOrigami模板上的helper链，以及和helper链识别并连接的DNA/AuNP结合物；所述helper链为DNA链；所述DNA/AuNP结合物包括DNA链和与之结合的AuNP；一条所述helper链与所述DNA/AuNP结合物中的一条DNA链杂交相连；所述输入信号为DNA输入链X-L；所述DNA输入链X-L与helper链杂交相连，并置换出DNA/AuNP结合物中的DNA链，从而将DNA/AuNP结合物从DNAOrigami模板上释放；所述输出信号为DNA/AuNP结合物从DNAOrigami模板上释放。2.根据权利要求1所述的基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，其特征在于，所述DNA/AuNP结合物中DNA链一端通过巯基化与AuNP相连。3.根据权利要求1或2所述的基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，其特征在于，所述DNA/AuNP结合物包括DNA链X1’、Y1’及与其两者共同相连的AuNP。4.根据权利要求1或2所述的基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，其特征在于，所述DNA/AuNP结合物包括DNA链X1’、Y1’，及两者分别相连的AuNP。5.根据权利要求1或2所述的基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，其特征在于，所述DNA/AuNP结合物包括DNA链A1’、B1’、C1’、D1’，其中A1’、B1’与一AuNP相连，C1’、D1’与另一AuNP相连，B1’和C1’相连。6.根据权利要求1-5所述的基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，其特征在于，DNA链分子之间的连接为杂交相连，所述杂交相连为完全互补或不完全互补。7.根据权利要求1-5所述的基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，其特征在于，所述DNAOrigami模板为M13mp18链与staple链按摩尔比1:10的比例混合。8.权利要求1所述的基于DNAOrigami的DNA分子逻辑门，其特征在于，所述逻辑门为或门，包括输入信号、信号转化器和输出信号；所述信号转化器包括：DNAOrigami模板、位于DNAOrigami模板上的helper链b1,c1，以及和helper链识别并连接的DNA/AuNP结合物；所述DNA/AuNP结合物包括DNA链b1’，c1’和与两者分别结合的AuNP；所述DNA链b1，c1分别与DNA链b1’，c1’杂交相连；所述输入信号为DNA输入链b1-L、c1-L或两者混合；所述DNA输入链b1-L，c1-L分别与DNA链b1，c1杂交相连，并置换DNA链b1’，c1’；所述输出信号为DNA/AuNP结合物从DNAOrigami模板上释...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，张成，吴燃峰，宋智超，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11