[發(fā)明專利]一種基于DNA芯片的密碼系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110364015.2
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN103114127A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾紀(jì)晴;張明永
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院華南植物園
• 主分類號: C12Q1/68
• 分類號: C12Q1/68;G01N21/64
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于DNA芯片的密碼系統(tǒng)，其特征在于按如下步驟和方法進(jìn)行：

(1)首先，制作隨機(jī)序列DNA芯片：隨機(jī)產(chǎn)生大量(幾千幾萬，甚至幾百萬上千萬)1-2kb的DNA序列(GC含量控制在40-60％)，命名為G(i，j)，采取DNA合成儀自動合成，然后以顯微打印的方式有序化地固定在表面支持物上或者在固相支持物上原位合成的方式制作DNA芯片。

(2)根據(jù)DNA芯片上G(i，j)的排列位置，得到一個隨機(jī)序列DNA片段2維分布圖或矩陣M。

(3)制作隨機(jī)序列DNA寡核苷酸探針，并用不同顏色的熒光染料進(jìn)行標(biāo)記：DNA芯片上每個隨機(jī)序列DNA大約1-2kb長，隨機(jī)選取15個核苷酸左右的DNA序列，以其反向互補(bǔ)序列進(jìn)行DNA合成并標(biāo)記熒光染料，每個DNA芯片上的DNA可制作大量的寡核苷酸探針，成為隨機(jī)序列DNA寡核苷酸探針序列S(i，j)。為了確保寡核苷酸探針對于隨機(jī)序列DNA片段的雜交唯一性，可使用BLAST程序?qū)λx取的寡核苷酸序列進(jìn)行全面比對檢索，確保在整個DNA芯片上的DNA序列中它是唯一的，且與其它序列的同源性低于50％。

(4)信息加密方法：明文信息(可以根據(jù)約定進(jìn)行變換)以2維點(diǎn)陣的形式在DNA芯片點(diǎn)陣分布圖M上標(biāo)注出來，這些被選擇和標(biāo)注的點(diǎn)陣對應(yīng)于相應(yīng)的隨機(jī)DNA序列G(i，j)。根據(jù)其被標(biāo)注的顏色以及對應(yīng)的G(i，j)，從合成的寡核苷酸探針庫中取出對應(yīng)寡核苷酸探針S(i，j)。由于每個G·(i，j)對應(yīng)于多份寡核苷酸探針S(i，j)，可任意取其一份或多份進(jìn)行混合。

(5)加密信息的傳遞：上述混合物(液體)可干燥后裝入離心管進(jìn)行攜帶。也可將混合物滴在濾紙上，用鉛筆圈上印跡，很快干燥后即可攜帶。

(6)信息解密方法：收到寡核苷酸探針混合物之后，按照特定的雜交條件進(jìn)行芯片雜交，通過檢測S(i，j)探針與G(i，j)雜交后的熒光顏色、位置和強(qiáng)度，經(jīng)圖像處理和分析，即可得到明文信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DNA芯片，其特征在于芯片上的DNA是人工合成的隨機(jī)序列DNA(單鏈)，每個隨機(jī)序列DNA大約1-2kb，且GC含量在40-60之間；為方便及節(jié)約成本起見，也可以使用生物體中克隆的cDNA，或者混合使用人工合成隨機(jī)序列DNA與生物體中克隆的cDNA。這些DNA通過原位合成或顯微打印在固相支持物上而制成DNA芯片。每個DNA在芯片微陣列上的點(diǎn)(i，j)(第i行第j列)，對應(yīng)于一個DNA序列G(i，j)，組成一個2維點(diǎn)陣分布圖或矩陣M。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DNA芯片的密碼系統(tǒng)，其特征在于，隨機(jī)序列DNA寡核苷酸探針S(i，j)是從G(i，j)隨機(jī)截取的一段大約15bp(不限于此長度)的一段DNA序列，以其反向互補(bǔ)序列進(jìn)行人工合成得到的寡核苷酸片段，該核苷酸片段在人工合成時被標(biāo)記了Cy3或Cy5等不同顏色的熒光染料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隨機(jī)序列DNA寡核苷酸探針S(i，j)，其特征在于該探針DNA序列在DNA芯片所有DNA序列中是唯一的，其唯一性可通過BLAST進(jìn)行搜索和驗證，并且保證該序列與其它序列的同源性低于50％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DNA芯片的密碼系統(tǒng)，其特征在于所述信息加密的過程就是首先在DNA芯片DNA點(diǎn)陣分布圖或矩陣M平面上選取組成信息的點(diǎn)陣，然后在對應(yīng)的DNA序列G(i，j)中隨機(jī)選取合適的DNA探針S(i，j)，全部探針合成后各取適量探針進(jìn)行混合即可。混合物可以是粉末也可以是液體。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DNA芯片的密碼系統(tǒng)，其特征在于所述信息解密的過程就是用用探針混合物與DNA芯片進(jìn)行雜交，經(jīng)基因芯片掃描儀掃描、圖像處理和分析，即可直觀地顯示出明文信息。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DNA芯片的密碼系統(tǒng)，其特征在于DNA芯片可隨時更換，更換DNA芯片時無需重新合成大量的DNA片段，只需將原先的DNA片段打亂順序重新制作DNA芯片和編制相應(yīng)的G(i，j)點(diǎn)陣分布圖M即可。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DNA芯片的密碼系統(tǒng)，其特征在于寡核苷酸探針S(i，j)混合物中也可以混入其它未標(biāo)記的DNA，不影響雜交效果，從而達(dá)到信息隱藏的效果，加大密碼破譯難度。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DNA芯片的密碼系統(tǒng)，其特征在于在二維分布圖或矩陣M上進(jìn)行信息“書寫”時，可以選取多個“點(diǎn)”(i，j)代表某個信息，同時同一個“點(diǎn)”(i，j)也可以在對應(yīng)的DNA序列G(i，j)中隨機(jī)選取兩個或多個合適的DNA探針S(i，j)。因此在雜交結(jié)果中由個別假陽性或假陰性結(jié)果并不影響整體信息的認(rèn)讀，從而可確保信息傳遞的魯棒性。