[发明专利]一种基于DNA折纸术和纳米金属颗粒荧光探针的分子逻辑门

说明书

本发明公开了分子计算技术领域的一种基于DNA折纸术和纳米金属颗粒荧光探针的分子逻辑门。本发明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：DNA Origami，位于DNA Origami上的切割链和纳米金属颗粒，以及纳米金属颗粒表面与切割链识别并连接的荧光链；所述输入信号包括蛋白酶；所述输出信号为荧光基团的释放。本发明将DNA Origami、纳米金属颗粒、荧光探针结合起来，既保证了纳米器件的响应速度，又丰富了纳米器件的检测手段，同时满足实验数据的读取速度和可信度等多项要求。

技术领域

本发明属于分子计算技术领域，具体涉及一种基于DNA折纸术和纳米金属颗粒荧光探针的分子逻辑门。

背景技术

随着DNA纳米技术的蓬勃发展，DNA折纸术(Origami)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。DNA Origami首次被Rothemund发现，他通过一条长的DNA单链M13与几百条短的DNA staple链杂交形成了初步的纳米结构。现在，将DNA origami与纳米金属相结合，制作纳米器件得到了广泛关注。如Liu Na课题组将DNA Origami与纳米金棒相结合，构造手性分子，并成功取得了可以动态控制的CD信号。

得益于纳米金颗粒独特的结构和光学特性，科学家们热衷于将纳米金颗粒与荧光探针相结合，构造生物传感器。Li Feng课题组利用纳米金颗粒作结构核心，同时利用纳米金猝灭荧光基团的特性，构造了基于酶切反应的生物传感器。然而，这些研究始终没有将DNA Origami、纳米金颗粒、荧光探针这三个现阶段研究热点结合起来。单纯的DNA Origami逻辑运算、或者DNA Origami和纳米金属相结合的逻辑运算系统，在信号检测结果读出方面存在着巨大的缺陷。就目前的技术而言，这些逻辑运算的信号检测要靠凝胶电泳或电子显微镜才能够观察地到，这就需要动辄几个小时的观测时间，很大程度上影响到了这些纳米器件的可应用性。利用简单的纳米金属荧光探针构造纳米器件，得益于在溶液中极高的局部浓度，响应时间大大缩短，通常在几分钟甚至几秒钟之内便可以检测到荧光信号，在信号检测方面有了质的飞跃。然而，这些渺小的纳米器件却无法在电子显微镜下得到印证，这使得实验结果的可信度大打折扣。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于DNA折纸术和纳米金属颗粒荧光探针的分子逻辑门，具体技术方案如下：

一种基于DNA折纸术和纳米金属颗粒荧光探针的分子逻辑门，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，位于DNA Origami上的切割链和纳米金属颗粒，以及纳米金属颗粒表面与切割链识别并连接的荧光链；

所述切割链为DNA单链；

所述荧光链为一端含有荧光基团的DNA单链，所述DNA单链未固定的一端含有酶切位点；所述荧光链的另一端通过巯基化固定在纳米金属颗粒表面；

所述荧光链的具有酶切位点的一段与切割链远离DNA Origami的一端完全互补；

所述输入信号包括蛋白酶；所述蛋白酶特异性识别所述酶切位点，将酶切位点切开，使得荧光基团从纳米金属颗粒表面释放；

所述输出信号为荧光基团的释放。

所述DNA Origami整体呈凹型哑铃状，其横切面为蜂巢结构。

进一步地，DNA Origami的制备方法为：将M13mp18链(M13噬菌体的环状单螺旋DNA链)与staple链(序列见表1)按1:10的摩尔比在缓冲液中混和，并退火，通过碱基互补配对将骨架链咬合，从而组装为哑铃状DNA Origami，在DNA Origami“哑铃”两端的凹槽侧面上延伸出切割链；哑铃状DNA Origami的横切面为蜂巢结构。