[发明专利]一类DNA纳米计算元件及其制备方法和应用

权利要求书

1.一类DNA纳米计算元件，其特征在于，所述DNA纳米计算元件由矩形二维DNA纳米结构和标记结构构成；

所述矩形二维DNA纳米结构由DNA模板链和DNA订书钉链组装形成；利用DNA模板链作为主链、过量的DNA订书钉链作为辅链，通过主链与辅链在特定位置杂交互补，组装形成所述矩形二维DNA纳米结构；所述DNA订书钉链作为辅链，选择部分特定位置的DNA订书钉链作为可编程的辅链即功能DNA链，剩余的DNA订书钉链即为非功能性DNA订书钉链；

粘性DNA链是一部分所述功能DNA链且粘性DNA链在组装矩形二维DNA纳米结构后能够在主体的两个短边的其中一边或两边延伸出一组或两组粘性末端组，且每组粘性末端组由至少2条粘性末端链均匀分布在矩形二维DNA纳米结构主体的短边上，同一组粘性末端组内的所有粘性末端链的碱基序列均不相同；将矩形二维DNA纳米结构左侧定义为节点的入度，将右侧定义为节点的出度；

DNA捕获链是另一部分功能DNA链且DNA捕获链组装后能够在矩形二维DNA纳米结构主体的表面延伸出至少一条捕获序列，所述捕获序列用于捕获所述标记结构；

所述标记结构中含有与所述捕获序列互补的核苷酸序列。

2.如权利要求1所述的一类DNA纳米计算元件，其特征在于，所述DNA模板链为GenBank:X02513.1中提供的M13mp18噬菌体基因组DNA序列；所述矩形二维DNA纳米结构的尺寸设置为长为90nm、宽为60nm；在同一方向设置两组粘性末端组时，同一方向上设置的多条粘性末端链采用同组拆分两组交叉排布的方式；所述捕获序列是在DNA订书钉链的5’端添加的15nt的poly-A或poly-T核苷酸序列。

3.如权利要求1所述的一类DNA纳米计算元件，其特征在于，所述矩形二维DNA纳米结构共设置12条捕获序列锚定在DNA纳米结构表面，每3条捕获序列捕获一个标记结构；所述标记结构为生物素-链霉亲和素，所述生物素-链霉亲和素是由biotin-ssDNA复合物和链霉亲和素SA反应形成的复合物。

4.如权利要求1所述的一类DNA纳米计算元件，其特征在于，每组粘性末端组由9条粘性末端链均匀分布在矩形二维DNA纳米结构主体的短边上。

5.如权利要求1所述的一类DNA纳米计算元件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

步骤(1)：将DNA模板链、非功能性DNA订书钉链和DNA功能链按比例混合于缓冲液中，退火，超滤纯化得到矩形二维DNA纳米结构；步骤(2)：将步骤(1)得到的退火产物与biotin-ssDNA复合物按比例混合后退火；步骤(3)：将步骤(2)得到的退火产物与SA按比例混合后退火；步骤(4)：将步骤(3)得到的退火产物超滤纯化置换缓冲液，得到所述DNA纳米计算元件。

6.权利要求1-4中任意一项权利要求所述的一类DNA纳米计算元件在解决哈密顿路径问题中的应用，具体应用包括如下步骤：根据待求解的哈密顿路径问题获取预设条件，并根据所述预设条件对矩形二维DNA纳米结构的粘性末端进行DNA序列编码并采用标记结构对矩形二维DNA纳米结构进行标记，构建多种不同的DNA纳米计算元件；所述预设条件包括各节点的名称、各节点之间路径关系，其中采用标记结构对矩形二维DNA纳米结构进行标记代表节点信息；对矩形二维DNA纳米结构的粘性末端组进行DNA序列编码、代表不同节点的矩形二维DNA纳米结构之间通过粘性末端组的碱基互补关系进行匹配连接，这种粘性末端组的碱基互补关系代表节点之间的路径关系；将根据预设条件构建的多种不同的DNA纳米计算元件在计算平台进行混合后退火、稀释至一定浓度后使用紫外线进行照射后得到的产物利用检测器检测，即可获得计算结果。

7.权利要求6所述的应用，其特征在于，不同节点之间路径关系即逻辑路径可以共用一个物理路径，所述物理路径为粘性末端组的碱基互补关系。