脂质纳米片制造技术

根据本公开的脂质纳米片包括：支撑的脂质双层，具有组合在纳米颗粒单元中的多个纳米颗粒；多个纳米颗粒之中的固定的纳米受体，包括结合到纳米受体的表面的至少一个第一表面分子；以及多个纳米颗粒之中的可移动的纳米漂浮物，包括结合到纳米漂浮物的表面的至少一个第二表面分子。根据由至少一个第一表面分子和至少一个第二表面分子对输入的反应的结果来控制纳米受体与纳米漂浮物之间的相互作用，并且脂质纳米片基于相互作用提供逻辑结果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】脂质纳米片
本公开涉及使用纳米颗粒的计算。具体地，本公开涉及使用生物信息作为输入的纳米颗粒计算。
技术介绍
在许多长度尺度上，物质已经与计算合并，从微尺寸的液滴和微粒到分子机器和诸如酶和核酸的生物分子。然而，尽管将从控制其潜在有用的等离子激元性质、光子性质、催化性质和材料性质而受益的广泛的潜在的应用，但是在纳米尺度的物体中(特别是在纳米颗粒中)实施复杂计算仍未被探索。使用纳米颗粒作为基底进行计算的常用方法是用刺激响应型表面配体使“核”结构功能化。然后，一组表面改性的纳米颗粒可以响应于各种化学输入和物理输入来进行基本逻辑运算，理想地，单个纳米颗粒应被用作模块化的“纳米部件”，期望的计算应以即插即用的方式实现。然而，这种现有方法已经限于安装适用于仅控制简单输出的少量逻辑计算，诸如颗粒的聚集/分散和表面分子的释放。这种限制是因为在溶液相中难以对多个逻辑门进行模块化布线，其中，输入、逻辑门和输出都在三维空间中不可控地扩散。具体地，以下约束已经对用纳米颗粒的计算施加了限制。首先，逻辑嵌入的颗粒在一次操作之后不可逆地改变，并且与未反应的输入不加选择地混合在一个整体溶液(bulksolution)中。区室化的缺少阻止了每个试管实施超过一个的计算任务。其次，难以控制或表征3D空间中自由地扩散的单个颗粒的结构改变、动态相互作用和输出信号。在大多数情况下，仅获得平均信号作为最终读出，其中，计算的逐个颗粒响应被平均。因此，这些约束对采用纳米颗粒作为模块化和可组合的部件施加了限制，模块化和可组合的部件可以被重新构造为以“即插即用”的方式实施期望的计算。
技术实现思路
技术问题为了构建复杂且可靠的纳米颗粒电路，有必要超越曾经依赖于溶液步骤的方法，转向具有原位读出和控制功能的可扩展集成平台。另外，期望的纳米颗粒电路应基于数字设计原理系统地设计和构建。技术方案具有计算能力的纳米颗粒系统可以实现在单个纳米颗粒的简单集合中无法实现的复杂功能。这种“纳米系统”响应于刺激自主地执行复杂任务。然后，纳米系统可以是可以引导物质和信息以纳米尺度流动的系统。用纳米颗粒处理分子信息允许将纳米颗粒的丰富且强大的功能合并到分子计算过程上的算法和自主控制中。在本公开中，被命名为“脂质纳米片”的平台被提供以构建可以产生纳米颗粒电路的广泛地可适用的系统。脂质纳米片是在二维脂质双层中以单个颗粒的水平构建纳米颗粒逻辑门和电路的技术。这种脂质双层类纳米颗粒计算平台(用计算机系统/软件作为使用基础)在下文中被称为脂质纳米片(LNT)。脂质纳米片使用脂质双层作为化学/生物板，在其上放置有表面改性的纳米颗粒以使脂质双层能够与分子信息反应，以容纳纳米颗粒，并且将它们用作计算的单元。单纳米颗粒逻辑门感测分子输入且触发颗粒组装或分解。通过本公开，可以提供一组诸如AND、OR和NOT计算的布尔逻辑运算、扇入/扇出的逻辑门以及诸如多路转接器的电路。如所描述的，在脂质纳米片上实现纳米颗粒电路模块可以在信息处理纳米系统中打开先前未知的机会。根据本专利技术的一个方面的脂质纳米片包括：支撑的脂质双层，多个纳米颗粒以纳米颗粒单元集成到其；固定的纳米受体，包括栓系到表面的至少一个第一表面分子，并且在多个纳米颗粒之中是固定的；以及纳米漂浮物，包括拴系到表面的至少一个第二表面分子，并且在多个纳米颗粒之中是可移动的，其中，纳米受体与纳米漂浮物之间的相互作用根据至少一个第一表面分子和至少一个第二表面分子相对于输入的反应结果来控制，并且提供基于相互作用的逻辑结果。脂质纳米片可以包括基于组装反应产生逻辑结果的YES门，在组装反应中，至少一个第一表面分子和至少一个第二表面分子通过输入组合，并且因此纳米受体和纳米漂浮物被拴系。输入可以包括DNA输入，并且至少一个第一表面分子和至少一个第二表面分子分别包括表面DNA配体，并且纳米受体的表面DNA配体和纳米漂浮物的表面DNA配体可以响应于DNA输入来杂交。脂质纳米片可以包括基于分解反应产生逻辑结果的YES门，当纳米受体和纳米漂浮物通过至少一个第一表面分子和至少一个第二表面分子的组合拴系时，分解反应通过输入去除纳米受体与纳米漂浮物之间的拴系。输入可以包括DNA输入，并且DNA输入可以在通过DNA键拴系的纳米受体和纳米漂浮物的预二聚化中通过支点介导的链置换去除DNA键。脂质纳米片可以包括AND门，AND门通过纳米受体和纳米漂浮物的拴系来产生逻辑结果，纳米受体和纳米漂浮物通过对至少一个第一表面分子的第一输入和对至少一个第二表面分子的第二输入的组合来拴系。至少一个第一表面分子和至少一个第二表面分子可以包括构象可切换的第一DNA发夹和第二DNA发夹，并且第一DNA发夹可以通过与第一输入杂交而打开，并且因此第一结合域被暴露，第二DNA发夹可以通过与第二输入杂交而打开，并且因此第二结合域被暴露，并且纳米受体和纳米漂浮物可以通过第一结合域和第二结合域的杂交而拴系。至少一个第一表面分子可以包括第三表面分子和第四表面分子，至少一个第二表面分子可以包括第五表面分子和第六表面分子，并且脂质纳米片可以包括OR门，OR门通过第一输入与第三表面分子和第五表面分子的组合以及第二输入与第四表面分子和第六表面分子的组合中的至少一个从纳米受体和纳米漂浮物的拴系产生逻辑结果。第三表面分子至第六表面分子可以是DNA配体，并且可以包括第一结合域至第四结合域，并且第一输入可以与第一结合域和第三结合域杂交，并且第二输入可以与第二结合域和第三结合域杂交。至少一个第一表面分子可以包括第三表面分子和第四表面分子，至少一个第二表面分子可以包括第五表面分子和第六表面分子，第三表面分子和第五表面分子可以组合，第四表面分子和第六表面分子可以组合，并且第三表面分子和第五表面分子可以组合，第四表面分子和第六表面分子可以组合，并且脂质纳米片可以包括AND门，AND门通过去除第三表面分子和第五表面分子的组合且去除第四表面分子和第六表面分子的组合来产生逻辑结果。第三表面分子与第五表面分子之间的第一DNA结合以及第四表面分子与第六表面分子之间的第二DNA结合可以暴露第一支点域和第二支点域，第一支点域可以是第一输入的识别区域，第一输入可以通过链置换去除第一DNA结合，第二支点域可以是第二输入的识别区域，并且第二输入可以通过链置换去除第二DNA结合。至少一个第一表面分子和至少一个第二表面分子可以组合，并且脂质纳米片可以包括OR门，OR门通过第一输入和第二输入中的至少一个通过去除至少一个第一表面分子和至少一个第二表面分子产生逻辑结果。至少一个第一表面分子和至少一个第二表面分子的组合可以是DNA结合，DNA结合可以包括第一支点域和第二支点域，并且当第一支点域募集第一输入时，第一输入通过与至少一个第一表面分子的链置换裂解DNA结合，或者当第二支点域募集第二输入时，第二输入可以通过与至少一个第二表面分子的链置换裂解DNA结合。纳米受体与纳米漂浮物之间的相互作用可以是通过第一输入和第二输入控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脂质纳米片，所述脂质纳米片包括：/n支撑的脂质双层，多个纳米颗粒以纳米颗粒单元集成到支撑的脂质双层；/n固定的纳米受体，包括栓系到表面的至少一个第一表面分子，并且在所述多个纳米颗粒之中是固定的；以及/n纳米漂浮物，包括拴系到表面的至少一个第二表面分子，并且在所述多个纳米颗粒之中是可移动的，/n其中，根据所述至少一个第一表面分子和所述至少一个第二表面分子相对于输入的反应结果来控制纳米受体与纳米漂浮物之间的相互作用，并且提供基于相互作用的逻辑结果。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180529 KR 10-2018-00613451.一种脂质纳米片，所述脂质纳米片包括：
支撑的脂质双层，多个纳米颗粒以纳米颗粒单元集成到支撑的脂质双层；
固定的纳米受体，包括栓系到表面的至少一个第一表面分子，并且在所述多个纳米颗粒之中是固定的；以及
纳米漂浮物，包括拴系到表面的至少一个第二表面分子，并且在所述多个纳米颗粒之中是可移动的，
其中，根据所述至少一个第一表面分子和所述至少一个第二表面分子相对于输入的反应结果来控制纳米受体与纳米漂浮物之间的相互作用，并且提供基于相互作用的逻辑结果。


2.根据权利要求1所述的脂质纳米片，所述脂质纳米片包括基于组装反应产生逻辑结果的YES门，在组装反应中，所述至少一个第一表面分子和所述至少一个第二表面分子通过输入来组合，并且因此，拴系纳米受体和纳米漂浮物。


3.根据权利要求2所述的脂质纳米片，其中，输入包括DNA输入，并且所述至少一个第一表面分子和所述至少一个第二表面分子分别包括表面DNA配体，并且
纳米受体的表面DNA配体和纳米漂浮物的表面DNA配体响应于DNA输入来杂交。


4.根据权利要求1所述的脂质纳米片，所述脂质纳米片包括基于分解反应产生逻辑结果的YES门，当纳米受体和纳米漂浮物通过所述至少一个第一表面分子和所述至少一个第二表面分子的组合来栓系时，分解反应通过输入来去除纳米受体与纳米漂浮物之间的栓系。


5.根据权利要求4所述的脂质纳米片，其中，输入包括DNA输入，并且
DNA输入通过纳米受体和纳米漂浮物的预二聚化中的支点介导的链置换来去除DNA键，纳米受体和纳米漂浮物通过DNA键来栓系。


6.根据权利要求1所述的脂质纳米片，所述脂质纳米片包括AND门，AND门通过纳米受体和纳米漂浮物的拴系来产生逻辑结果，纳米受体和纳米漂浮物通过对所述至少一个第一表面分子的第一输入和对所述至少一个第二表面分子的第二输入的组合来拴系。


7.根据权利要求6所述的脂质纳米片，其中，所述至少一个第一表面分子和所述至少一个第二表面分子包括构象可切换的第一DNA发夹和第二DNA发夹，并且
第一DNA发夹通过与第一输入杂交而打开，并且因此暴露第一结合域，第二DNA发夹通过与第二输入杂交而打开，并且因此暴露第二结合域，并且纳米受体和纳米漂浮物通过第一结合域和第二结合域的杂交来拴系。


8.根据权利要求1所述的脂质纳米片，其中，所述至少一个第一表面分子包括第三表面分子和第四表面分子，
所述至少一个第二表面分子包括第五表面分子和第六表面分子，并且
脂质纳米片包括OR门，OR门通过第一输入与第三表面分子和第五表面分子的组合以及第二输入与第四表面分子和第六表面分子的组合中的至少一个从纳米受体和纳米漂浮物的拴系产生逻辑结果。


9.根据权利要求8所述的脂质纳米片，其中，第三表面分子至第六表面分子是DNA配体，并且包括第一结合域至第四结合域，并且
第一输入与第一结合域和第三结合域杂交，并且第二输入与第二结合域和第四结合域杂交。


10.根据权利要求1所述的脂质纳米片，其中，至少一个第一表面分子包括第三表面分子和第四表面分子，
所述至少一个第二表面分子包括第五表面分子和第六表面分子，
组合第三表面分子和第五表面分子，组合第四表面分子和第六表面分子，并且
脂质纳米片包括AND门，AND门通过去除第三表面分子和第五表面分子的组合且去除第四表面分子和第六表面分子的组合来产生逻辑结果。


11.根据权利要求10所述的脂质纳米片，其中，第三表面分子与第五表面分子之间的第一DNA结合和第四表面分子与第六表面分子之间的第二DNA结合暴露第一支点域和第二支点域，
第一支点域是第一输入的识别区域，第一输入通过链置换去除第一DNA结合，第二支点域是第二输入的识别区域，并且第二输入通过链置换去除第二DNA结合。


12.根据权利要求1所述的脂质纳米片，其中，所述至少一个第一表面分子和所述至少一个第二表面分子组合，并且
脂质纳米片包括OR门，OR门经由第一输入和第二输入中的至少一个通过去除所述至少一个第一表面分子和所述至少一个第二表面分子来产生逻辑结果。


13.根据权利要求12所述的脂质纳米片，其中，所述至少一个第一表面分子和所述至少一个第二表面分子的组合是DNA结合，DNA结合包括第一支点域和第二支点域，
当第一支点域募集第一输入时，第一输入通过与至少一个第一表面分子的链置换来裂解DNA结合，或者
当第二支点域募集第二输入时，第二输入通过与所述至少一个第二表面分子的链置换来裂解DNA结合。


14.根据权利要求1所述的脂质纳米片，其中，纳米受体与纳米漂浮物之间的相互作用是由第一输入和第二输入控制的第一逻辑门，
所述多个纳米颗粒之中的另一个第一纳米受体与另一个第一纳米漂浮物之间的相互作用是由第三输入和第四输入控制的第二逻辑门，并且
脂质纳米片包括第三逻辑门，第三逻辑门基于第一逻辑门的第一逻辑结果和第二逻辑门的第二逻辑结果来产生逻辑结果。


15.根据权利要求14所述的脂质纳米片，其中，纳米受体和纳米漂浮物通过第一输入和第二输入中的至少一个来拴系，
第一纳米受体和第一纳米漂浮物的拴系通过第三输入和第四输入分解，并且
第一逻辑输出是第三逻辑门的逻辑OFF输出，并且第二逻辑输出是第三逻辑门的逻辑ON输出。


16.根据权利要求1所述的脂质纳米片，其中，所述至少一个第一表面分子包括第三表面分子和第四表面分子，
所述至少一个第二表面分子包括第五表面分子和第六表面分子，并且
脂质纳米片包括INHIBIT门，INHIBIT门通过去除第三表面分子与第五表面分子之间的组合来产生逻辑结果。


17.根据权利要求16所述的脂质纳米片，其中，第二输入使第四表面分子和第六表面分子组合。


18.根据权利要求16所述的脂质纳米片，其中，第一输入去除第三表面分子与第五表面分子之间的DNA结合。


19.根据权利要求1所述的脂质纳米片，其中，当拴系到所述至少一个第一表面分子和纳米受体的表面的第三表面分子和第四表面分子以及拴系到所述至少一个第二表面分子和纳米漂浮物的表面的第五表面分子和第六表面分子彼此相互作用时，控制纳米受体和纳米漂浮物的相互作用。


20.根据权利要求19所述的脂质纳米片，其中，第一输入和第二输入中的至少一个去除所述至少一个第一表面分子与所述至少一个第二表面分子之间的组合，
第三输入和第四输入中的至少一个去除第三表面分子与第五表面分子之间的组合，并且
第五输入和第六输入中的至少一个去除第四表面分子与第六表面分子之间的组合。


21.根据权利要求19所述的脂质纳米片，其中，第一输入和第二输入中的至少一个去除所述至少一个第一表面分子与所述至少一个第二表面分子之间的组合，

【专利技术属性】
技术研发人员：南佐旻，金鲜基，徐进荣，朴夏亨，
申请(专利权)人：首尔大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国;KR