DNA自组装与信息存储

脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid, DNA)作为未来数据的存储介质具有巨大的潜力.近年来,DNA自组装技术发展迅速,其中DNA折纸(origami)和DNA瓦片(tile)设计及组装技术已经实现了纳米结构的原子级精度.DNA自组装纳米结构因其具有空间可寻址性、可编程性等优点,为基于DNA自组装的信息存储提供了发展平台.文章综述了基于DNA自组装技术的两种组装模型及DNA信息存储领域的发展现状,总结了当前基于DNA单链、DNA origami和DNA tile的信息存储,概述了当前基于DNA的信息存储领域中面临的挑战,并展望了DNA自组装及其在信息存储领域的应用前景.     

DNA Tile计算简述

自1953年Watson和Crick首次提出DNA双螺旋结构以来,DNA作为遗传物质、信息载体和纳米材料被广泛研究,并成为多个领域的研究对象,如基因工程、DNA酶、生物信息学、信息存储、DNA纳米技术等.DNA作为一种天然的纳米材料,具备自组装的能力(A-T、C-G),使其在纳米结构领域成为备受瞩目的材料之一.以DNA构建的纳米结构形态不一,其构建的方法则主要分为两种:DNA Tile和DNA折纸.文章主要阐述DNA Tile的发展历程及其在纳米结构构建领域的应用,并着重介绍DNA Tile在计算领域的广泛应用.     

基于网状硒化钼和杂交链式反应高灵敏检测DNA

用水热法合成了网状硒化钼纳米,将其和纳米金修饰于玻碳电极表面,固定上DNA探针后结合杂交链式反应构建了一种新型信号放大型电化学传感器,用于特定DNA序列的超灵敏检测.硒化钼纳米片具有好的导电性能和大的比表面积,结合杂交链式反应的信号放大作用,可显著提高检测灵敏度.用于DNA检测,其线性范围为1.0×10-10~1.0×10-14mol/L,信噪比等于3时,检出限为8×10-15mol/L.该传感器可区分三碱基错配的DNA和单碱基错配的DNA,具有较高的选择性.     

基于DNA纳米结构的药物递送系统用于癌症治疗的研究进展

DNA作为生物界中用于传递遗传信息的物质,具有良好的生物相容性.因此,以DNA为模板自组装的DNA纳米结构在无转染剂时能顺利通过细胞膜,且高效无毒.与其他纳米材料相比,DNA纳米结构还具有高度的可编程性和精确的可寻址性,体内稳定性和易于修饰等优点.近年来,随着DNA纳米结构的发展,其特异性的靶向识别能力以及高载药量的优...     

纳米金的制备、表征及应用研究

纳米金材料基于其良好的光学和电子学特性,近年来已成为科学家们研究的热点之一。实验以氯金酸为原料,柠檬酸三钠为还原剂,采用经典的柠檬酸三钠还原法制备出纳米金溶液,利用目测法、紫外-可见分光光度法和扫描探针显微镜法对其进行表征,结果表明:纳米金粒子尺寸均匀、呈球形单分散分布。利用自组装单分子膜原理,通过层层组装将纳米金粒子和DNA探针依次固定到玻碳电极表面制备探针电极,利用电化学工作站检测其信号,结果表明纳米金标记DNA探针可显著增强目标DNA的检测信号,提高检测的灵敏度,并使响应电流增强。     

基于sub-tile的对称有界DNA结构自组装及应用

使用一种基于DNA sub-tile的自组装策略,通过模块化的方式灵活构建多种刚性DNA tile,同时利用DNA tile 的对称性,创建多种有限尺寸,空间可寻址的纳米网格结构,并阐述其可能在癌症治疗中作为小分子纳米药物颗粒运载工具,实现定向给药的潜在应用.     

0-1整数规划问题的DNA四面体步行者计算模型

DNA折纸术是一种新型的自组装方法,广泛应用于DNA计算中。基于DNA折纸术设计了一个DNA四面体步行者,并将DNA四面体步行者应用于求解0-1整数规划问题。通过DNA四面体步行者的行走,来找出所有可能解。最后,通过DNA四面体步行者所携带的纳米金颗粒的个数来判断是否是0-1整数规划问题的可行解。该模型求解错误率低,具有很强的可控性和实用性。     

晶体自范性和自生成模板法结合生长组装多级纳米结构

概述了一种三维纳米结构的组装新方法,即结合利用晶体生长自范性特点和自生成模板法合成三雏多级纳米结构．该新方法具有方便、可控和无后处理等优点．例如,通过金红石相TiO2的链状晶体结构特点获得其纳米结构单元,同时利用反应中的自生成氧气气泡模板作为纳米结构单元的支撑,成功得到了高产率的二氧化钛空心多级纳米结构．利用新物相VOOH层状晶体结构的特性来获得片状纳米单元,同时利用反应中的氮气模板对纳米结构单元的支撑作用,组装得到了这种新相物质的三维空“蒲公英”状片层组装结构,还利用钛酸H2Ti2O5晶体结构层状的特点并以自生成模板TiQxCl2-2x（EN）y作为钛酸纳米结构单元的支撑,获得了纳米片组装的钛酸多级纳米结构．     

CdS量子点自组装膜对DNA的界面传感

以巯基乙酸为稳定剂,在水相中直接合成表面带负电荷,具有良好的分散性CdS量子点.利用CdS量子点、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷和壳聚糖之间的静电吸引相互作用,在石英表面通过层层组装,构筑多层CdS量子点纳米薄膜.采用荧光光谱、荧光显微镜对Quartz/APES/CdS量子点自组装膜进行表征,并将该膜用于对DNA的界面荧光传...     

一种基于DNA自组装模型求解最大团问题的算法

基于tiles理论模型和已有DNA自组装模型,结合最大团问题给出基于DNA自组装模型的算法设计,得到具体设计初始分子、规则分子和检测分子所需的DAE块种类.在此基础上采用荧光标记和凝胶电泳生物操作提出了一种求解最大团问题算法.该算法设计tiles的种类为Θ(n2+|E|),其生物操作复杂性为Θ(1).此算法降低了实验的复杂度,而且保证了实验的易操作性和结果的准确性。