[發(fā)明專利]一種分子邏輯電路的監(jiān)測和調(diào)試方法

無效

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• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103743713A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉向榮;索娟;黃曉陽;於猛;陳迎潮
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分子邏輯電路和DNA鏈置換技術(shù)，尤其涉及基于DNA鏈置換反應(yīng)的一種分子邏輯電路的監(jiān)測和調(diào)試方法。

背景技術(shù)

對于普通電子電路的監(jiān)測，在我們實(shí)際的日常生活中隨處可見，除了我們所熟悉的萬用表監(jiān)測，還有一些不常見的溫度監(jiān)測，頻率監(jiān)測等，這些檢測方法毋庸置疑的為我們的生活帶來了更多的安全性和可靠性。作為新型的研究領(lǐng)域，DNA計(jì)算通過計(jì)算機(jī)科學(xué)和分子生物學(xué)的結(jié)合，逐步發(fā)展起來。它以DNA為計(jì)算工具，利用DNA反應(yīng)的強(qiáng)大并行計(jì)算能力，成功地解決了諸如哈密爾頓路徑、最大Clique等NP難題。最近，科學(xué)家們開始利用DNA計(jì)算來創(chuàng)造生物計(jì)算機(jī)，放在人體或生物體工作，其計(jì)算結(jié)果可通過熒光蛋白的活動來讀取。隨著DNA計(jì)算的研究熱度一再上升，隨著DNA計(jì)算涉及的層面越來越多，所出現(xiàn)的問題也越來越多，在[Qian?L,Winfree?E.Scaling?up?digital?circuit?computation?with?DNA?strand?displacement?cascades[J].Science,2011,332(6034):1196-1201.]中，當(dāng)分子邏輯電路的規(guī)模達(dá)到一定程度時，由于信號的逐級衰弱，分子邏輯電路的輸出結(jié)果會發(fā)生錯誤。由于缺乏對分子邏輯電路調(diào)試方法的研究，當(dāng)電路發(fā)生錯誤時，我們無法對其進(jìn)行調(diào)整校正。所以，我們不得不盡快將分子電路的監(jiān)測和調(diào)試技術(shù)的研究提上日程。不論是初步發(fā)展時簡單的DNA計(jì)算模型，還是未來真正用于生活日常的生物計(jì)算機(jī)，為了保證人類的安全亦或是減免材料的浪費(fèi)，一種有效的分子電路的調(diào)試技術(shù)是不可或缺的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種分子邏輯電路的監(jiān)測和調(diào)試方法，以實(shí)現(xiàn)分子邏輯電路的調(diào)試工作。

本發(fā)明包括以下步驟：

1）根據(jù)調(diào)試需要確定所需監(jiān)測的目標(biāo)分子；

2）根據(jù)目標(biāo)分子的DNA序列設(shè)計(jì)相應(yīng)的報告分子的DNA序列；

3）加入報告分子，通過報告分子對目標(biāo)分子進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測；

4）讀取報告分子的輸出信號，獲取目標(biāo)分子的監(jiān)測結(jié)果；

5）通過對目標(biāo)分子監(jiān)測結(jié)果的分析比對，找出分子邏輯電路的報錯點(diǎn)，對報錯點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)分子邏輯電路的調(diào)試。

在步驟1）中，所述根據(jù)調(diào)試需要確定所需監(jiān)測的目標(biāo)分子，是指根據(jù)調(diào)試工作進(jìn)行的程度，確定下一步需要檢測的電路段，再通過輸入輸出的關(guān)系確定檢測的目標(biāo)分子。

在步驟2）中，所述報告分子是一種熒光分子，該熒光分子能夠與目標(biāo)分子發(fā)生鏈置換反應(yīng)，釋放熒光，通過熒光可以讀取目標(biāo)分子的濃度，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分子的實(shí)時監(jiān)測。

在步驟3）中，所述加入報告分子，通過報告分子對目標(biāo)分子進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，是指在電路反應(yīng)的混合液中加入報告分子，進(jìn)行鏈置換反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，會逐步釋放出熒光分子，對電路進(jìn)行實(shí)時檢測。

在上述分子邏輯電路的調(diào)試方法中，通過實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證進(jìn)行實(shí)時檢測的報告分子對原電路的影響十分微弱，可以忽略不計(jì)，所進(jìn)行的調(diào)試工作對原電路的輸出結(jié)果不會產(chǎn)生誤差允許范圍以外的干擾。

本發(fā)明的技術(shù)方案提出了一種全新的分子電路的調(diào)試技術(shù)，在基于鏈置換反應(yīng)的分子邏輯電路中，通過在電路任意監(jiān)測點(diǎn)增加報告分子的扇出，該報告分子能與監(jiān)測的目標(biāo)分子發(fā)生鏈置換反應(yīng)，并釋放熒光，通過熒光可以對目標(biāo)分子進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測，對檢測結(jié)果進(jìn)行分析比對可以得電路的報錯點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電路的調(diào)試工作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中鏈置換反應(yīng)的基本原理圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中異或邏輯的分子電路示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中異或邏輯的分子監(jiān)測電路示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中異或邏輯不加監(jiān)測的分子電路仿真結(jié)果；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中異或邏輯增加監(jiān)測的分子電路仿真結(jié)果。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案。

圖1為DNA鏈置換技術(shù)的基本原理圖。AB是部分互補(bǔ)雙鏈，A*是與A完全互補(bǔ)的單鏈，AB上的單鏈部分稱為立足點(diǎn)，立足點(diǎn)越長，發(fā)生鏈置換反應(yīng)的可能性就越大。A*首先與AB的立足點(diǎn)結(jié)合，啟動鏈置換反應(yīng)，逐步取代B，與A形成完全互補(bǔ)的雙鏈，釋放單鏈B。該過程自發(fā)進(jìn)行，無需人為的干預(yù)。