核酸的封装及去封装方法和核酸存储微流控芯片技术

本发明专利技术公开了核酸的封装及去封装方法和核酸存储微流控芯片。本发明专利技术的第一方面提供一种核酸的封装方法，该封装方法包括以下步骤：取有机配体、金属离子与表面固定有至少一条核酸片段的纳米球混合，有机配体和金属离子反应生产金属有机框架并在纳米球的表面形成封装层，得到已封装纳米球。以纳米球作为核酸片段的载体，通过有机配体、金属离子来进行金属有机框架的封装，在载体表面快速形成封装层，从而实现对封装于其中的核酸片段的保护，对于自由基、紫外线等具有良好的防护作用，整个封装过程耗时短、操作简单，并且在随后的去封装过程中无需使用剧毒物质对封装层进行处理，使得整个封装和去封装过程更加安全。整个封装和去封装过程更加安全。整个封装和去封装过程更加安全。

【技术实现步骤摘要】
核酸的封装及去封装方法和核酸存储微流控芯片


[0001]本申请涉及DNA数据存储
，尤其是涉及核酸的封装及去封装方法和核酸存储微流控芯片。

技术介绍

[0002]随着当代信息技术的飞速发展，数据信息的含量呈指数级增长，这种增长趋势将很快超越现有存储介质的承受能力。为满足数据快速增长的存储需求，亟需寻找一种新的数据存储介质。DNA作为一种新兴的数据信息载体，与传统电子信息存储相比，具有超高存储密度、超长存储时间、低能耗维护、环境友好等优势，这些优良特性使得DNA成为信息存储的理想选择并成为全球研究的热点。
[0003]Zielinski等人使用喷泉码实现鲁棒性和高效性的DNA数据存储，最多可将215PB的数据存储至1g DNA中，展示了DNA数据存储的美好蓝图。然而，DNA数据存储技术是一种合成生物学和信息技术等多学科深度交叉发展的新技术，仍然有许多难题需要攻克。例如，高昂的存储成本、较低的读写效率以及DNA数据的长期保存、访问、索引等功能的分散化、存储步骤复杂耗时使得DNA存储效率较低，难以得到广泛应用。近些年，随着编码技术的发展、DNA合成成本以及测序成本的降低，DNA数据存储的长期保存成为DNA数据存储的最为关键的问题之一。DNA分子物理和化学的完整性决定了保存数字信息的完整性，因而发展有效的DNA数据保护方法对于DNA数据存储至关重要。
[0004]DNA分子本质还是生物分子，天然未受保护的DNA容易被水解、烷基化和氧化，造成DNA序列的损坏和存储信息的丢失。目前现有的保存方法包括水溶液、脱水、低温、稳定剂以及封装等。在这些保存技术中，将DNA封装在硅壳中被认为是最持久的保存方法，在温度为9.4℃的情况下，半衰期近2000年。然而，以这种方式保存DNA需要四天时间形成保护DNA的硅壳，并且在读取时需要通过剧毒的氢氟酸来溶解硅壳以释放DNA。因此，开发一种更快、更安全的DNA存储方法对于加速DNA作为数据存储介质的工业应用至关重要。

技术实现思路

[0005]本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种更快、更安全的能够用于DNA存储的核酸的封装及去封装方法和核酸存储微流控芯片。
[0006]本申请的第一方面，提供核酸的封装方法，该封装方法包括以下步骤：取有机配体、金属离子与表面固定有至少一条核酸片段的纳米球混合，有机配体和金属离子反应生产金属有机框架并在纳米球的表面形成封装层，得到已封装纳米球。
[0007]根据本申请实施例的封装方法，至少具有如下有益效果：
[0008]本申请以纳米球作为核酸片段的载体，通过有机配体、金属离子来进行金属有机框架的封装，在载体表面快速形成封装层，从而实现对封装于其中的核酸片段的保护，对于自由基、紫外线等具有良好的防护作用，整个封装过程耗时短、操作简单，并且在随后的去封装过程中无需使用剧毒物质对封装层进行处理，使得整个封装和去封装过程更加安全。
[0009]其中，金属有机框架是指Metal Organic Frameworks(MOFs)，通常情况下是以金属离子为连接点、以有机配体为框架自组装形成的三维材料，其具有比表面积大、孔径大小可调、热稳定性和化学稳定性性能优异、生物相容性高等特点，在本申请实施例中通过有机配体和金属离子的原料在纳米球表面自组装形成金属有机框架的封装层(保护层)，从而在保证其保存效果的同时大大压缩了生成保护层的时间。
[0010]在本申请的一些实施方式中，金属离子为过渡金属离子，有机配体为咪唑类配体，金属有机框架为ZIFs。ZIFs(Zeolitic Imidazolate Frameworks)材料是一类由过渡金属与咪唑及其衍生物配位构成的一类具有铝硅酸盐沸石分子筛类似结构的MOFs。ZIFs具有优异的晶体生长和成型特性，能够在室温、水相或有机相中快速合成。在本申请的实施例中优选使用这种ZIFs作为封装保护层以进一步简化反应条件、压缩反应时间。
[0011]在本申请的一些实施方式中，过渡金属离子选自锌离子、钴离子中的至少一种。
[0012]在本申请的一些实施方式中，咪唑类配体选自咪唑、2
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甲基咪唑、2
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乙基咪唑、2
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硝基咪唑、2
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甲酰咪唑、4,5
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二氯咪唑、苯并咪唑、5
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氯苯并咪唑中的至少一种。
[0013]ZIFs的微观结构进一步取决于咪唑类配体、过渡金属离子和反应过程中的溶剂，根据上述原料和条件的差异，ZIFs进一步包括但不限于ZIF
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2、ZIF
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3、ZIF
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4、ZIF
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8、ZIF
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10、ZIF
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11、ZIF
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14、ZIF
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20、ZIF
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21、ZIF
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23、ZIF
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60、ZIF
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62、ZIF
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64、ZIF
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65、ZIF
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67、ZIF
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69、ZIF
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70、ZIF
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71、ZIF
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73、ZIF
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74、ZIF
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90等。
[0014]在本申请的一些实施方式中，咪唑类配体为2
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甲基咪唑，过渡金属离子为锌离子。以锌离子和2
‑
甲基咪唑形成的ZIF
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8是ZIFs材料中最具有代表性的一种。ZIF
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8在水和氢氧化钠水溶液中是稳定的，但在酸性条件下会很快分解，因此，在采用ZIF
‑
8作为封装层的情况下，可以通过改变已封装纳米球的pH条件从而实现快速的去封装。其它同样具有对酸性环境敏感特征的ZIFs例如ZIF
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90、ZIF
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67等也可以同样作为ZIF
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8的替代使用。
[0015]在本申请的一些实施方式中，咪唑类配体的浓度为1～500mM，过渡金属离子的浓度为1～100mM。
[0016]在本申请的一些实施方式中，咪唑类配体的浓度为50～400mM，过渡金属离子的浓度为20～80mM。
[0017]在本申请的一些实施方式中，咪唑类配体的浓度为100～200mM，过渡金属离子的浓度为30～50mM。
[0018]有机配体、金属离子与纳米球混合反应形成封装层的方式可以采用任选的不影响其中固定的核酸片段性质的MOFs材料的合成方式，以ZIFs材料为例，包括溶剂热法、室温法、电化学法、机械化学法、超声化学法、微波辅助法、微流控法等方式，而本申请实施例中，混合反应的方式优选利用微流控的方式控制其形成封装层的过程，例如可以通过控制反应温度、各种原料的比例和流速等方式调节封装层的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.核酸的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：取有机配体、金属离子与表面固定有至少一条核酸片段的纳米球混合，所述有机配体和所述金属离子反应生成金属有机框架并在所述纳米球的表面形成封装层，得到已封装纳米球。2.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述金属离子为过渡金属离子，所述有机配体为咪唑类配体，所述金属有机框架为ZIFs；优选地，所述过渡金属离子选自锌离子、钴离子中的至少一种；优选地，所述咪唑类配体选自咪唑、2
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甲基咪唑、2
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乙基咪唑、2
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硝基咪唑、2
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甲酰咪唑、4,5
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二氯咪唑、苯并咪唑、5
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氯苯并咪唑中的至少一种；优选地，所述咪唑类配体为2
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甲基咪唑，所述过渡金属离子为锌离子。3.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述核酸片段通过静电吸附、化学键合、生物素
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亲和素结合中任一种方式固定到所述纳米球。4.根据权利要求1至3任一项所述的封装方法，其特征在于，所述有机配体、所述金属离子和所述纳米球被分配于螺旋状的微流道中混合反应；优选地，所述微流道为双向螺旋型。5.按照权利要求1至4任一项所述的封装方法得到的已封装纳米球。6.核酸的去封装方法，其特征在于，包括以下步骤：取去封装试剂与权利要求5所述的已封装纳米球混合反应，去除所述封装层，得到去封装纳米球；优选地，所述去封装试剂为酸性试剂；优选地，所述酸性试剂为酸性缓冲液；优选地，所述酸性试剂为柠檬酸盐缓冲溶液，所述柠檬酸盐缓冲溶液的pH小于7；优选地，所述柠檬酸盐缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋兴宇，毛翠萍，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：