[发明专利]超材料装置及其用途

说明书

本发明涉及包含超材料表面增强拉曼散射(MetaSERS)传感器的逻辑门，包括：(a)在560nm至2200nm之间的波长范围工作的开口环形谐振器形式的字母形超材料；和(b)富含鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)的寡核苷酸，所述寡核苷酸能够在钾离子(K⁺)的存在下折叠为G‑四联体结构，并在Hg²⁺的存在下形成T‑Hg²⁺‑T发夹复合体，所述发夹复合体能够抑制或破坏在K⁺的存在下形成的所述G‑四联体结构。本发明还涉及操作和使用所述逻辑门的方法。

相关申请交叉引用

本申请引用并要求2013年6月10日向美国专利商标局提交的名称为“TailoringPlasmonic Metamaterials for High Fidelity Molecular Logic and UltrasensitiveSensing”且系列号为61/833130的申请的优先权。所述2013年6月10日提交的申请的内容，在此以引用方式全文并入本申请并用于一切用途。

技术领域

本发明涉及一种基于超材料SERS传感器的DNA逻辑门和操作及使用所述逻辑门的方法。

背景技术

DNA逻辑门从由Adleman(Adleman,Science 266,1021-1024(1994))于1994年首次推出开始，就被认为是计算技术的未来，其小尺寸明显优于传统的自上而下的半导体技术。由于DNA的独特性质，例如自组装、特异识别和外部刺激(例如金属离子、蛋白)下的构象调制(Elbaz,J.,et al.Nat.Nanotechnol.5,417-422(2010))，DNA逻辑门还在生命科学中具有智能感应和诊断平台的重要应用。由此发展，已经在不同纳米级载体上，例如在石墨和石墨烯氧化物(Wang,L.,et al.ACS Nano 6,6659-6666(2012))、固态nm通道(Jiang,Y.,Liu,N.,Guo,W.,Xia,F.&Jiang,L.J.Am.Chem.Soc.134,15395-15401(2012))、量子点(Freeman,R.,Finder,T.&Willner,I.Angew.Chem.Int.Ed.48,7818-7821(2009))和黄金nm圆盘阵列(Witlicki,E.H.,et al.J.Am.Chem.Soc.133,7288-7291(2011))上，设计出了基于DNA的系统(例如，DNA核酶(Bi,S.,Yan,Y.,Hao,S.&Zhang,S.Angew.Chem.Int.Ed.49,4438-4442(2010))、分子信标(Park,K.S.,Seo,M.W.,Jung,C.,Lee,J.Y.&Park,H.G.Small 8,2203-2212(2012))、富含鸟嘌呤的寡核苷酸(G-四联体)(Li,T.,Wang,E.&Dong,S.J.Am.Chem.Soc.131,15082(2009))，适体(Liu,X.,Aizen,R.,Freeman,R.,Yehezkeli,O.&Willner,I.ACS Nano 6,3553-3563(2012))，并用于各种逻辑门操作和生物传感应用程序。所述DNA逻辑操作大多依赖于荧光和酶级联反应，以产生“开(ON)”或“关(OFF)”输出信号，其中涉及复杂的处理和分析程序，从而限制了复杂逻辑器件的性能和应用。此外，要实现无标记且可切换的DNA逻辑门为基础的生物传感平台，令其能够有选择地响应极低浓度的化学和生物刺激，仍然是非常具有挑战性的。