[發(fā)明專利]一類DNA納米計(jì)算元件及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310197485.7
• 申請(qǐng)日: 2023-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN116227589A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 晁潔;李京港;王君珂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G06N3/123
• 分類號(hào): G06N3/123;B82Y5/00;B82Y10/00;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 姜夢(mèng)翔

1.一類DNA納米計(jì)算元件，其特征在于，所述DNA納米計(jì)算元件由矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)和標(biāo)記結(jié)構(gòu)構(gòu)成；

所述矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)由DNA模板鏈和DNA訂書釘鏈組裝形成；利用DNA模板鏈作為主鏈、過(guò)量的DNA訂書釘鏈作為輔鏈，通過(guò)主鏈與輔鏈在特定位置雜交互補(bǔ)，組裝形成所述矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)；所述DNA訂書釘鏈作為輔鏈，選擇部分特定位置的DNA訂書釘鏈作為可編程的輔鏈即功能DNA鏈，剩余的DNA訂書釘鏈即為非功能性DNA訂書釘鏈；

粘性DNA鏈?zhǔn)且徊糠炙龉δ蹹NA鏈且粘性DNA鏈在組裝矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)后能夠在主體的兩個(gè)短邊的其中一邊或兩邊延伸出一組或兩組粘性末端組，且每組粘性末端組由至少2條粘性末端鏈均勻分布在矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)主體的短邊上，同一組粘性末端組內(nèi)的所有粘性末端鏈的堿基序列均不相同；將矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)左側(cè)定義為節(jié)點(diǎn)的入度，將右側(cè)定義為節(jié)點(diǎn)的出度；

DNA捕獲鏈?zhǔn)橇硪徊糠止δ蹹NA鏈且DNA捕獲鏈組裝后能夠在矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)主體的表面延伸出至少一條捕獲序列，所述捕獲序列用于捕獲所述標(biāo)記結(jié)構(gòu)；

所述標(biāo)記結(jié)構(gòu)中含有與所述捕獲序列互補(bǔ)的核苷酸序列。

2.如權(quán)利要求1所述的一類DNA納米計(jì)算元件，其特征在于，所述DNA模板鏈為GenBank:X02513.1中提供的M13mp18噬菌體基因組DNA序列；所述矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)置為長(zhǎng)為90nm、寬為60nm；在同一方向設(shè)置兩組粘性末端組時(shí)，同一方向上設(shè)置的多條粘性末端鏈采用同組拆分兩組交叉排布的方式；所述捕獲序列是在DNA訂書釘鏈的5’端添加的15nt的poly-A或poly-T核苷酸序列。

3.如權(quán)利要求1所述的一類DNA納米計(jì)算元件，其特征在于，所述矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)共設(shè)置12條捕獲序列錨定在DNA納米結(jié)構(gòu)表面，每3條捕獲序列捕獲一個(gè)標(biāo)記結(jié)構(gòu)；所述標(biāo)記結(jié)構(gòu)為生物素-鏈霉親和素，所述生物素-鏈霉親和素是由biotin-ssDNA復(fù)合物和鏈霉親和素SA反應(yīng)形成的復(fù)合物。

4.如權(quán)利要求1所述的一類DNA納米計(jì)算元件，其特征在于，每組粘性末端組由9條粘性末端鏈均勻分布在矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)主體的短邊上。

5.如權(quán)利要求1所述的一類DNA納米計(jì)算元件的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

步驟(1)：將DNA模板鏈、非功能性DNA訂書釘鏈和DNA功能鏈按比例混合于緩沖液中，退火，超濾純化得到矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)；步驟(2)：將步驟(1)得到的退火產(chǎn)物與biotin-ssDNA復(fù)合物按比例混合后退火；步驟(3)：將步驟(2)得到的退火產(chǎn)物與SA按比例混合后退火；步驟(4)：將步驟(3)得到的退火產(chǎn)物超濾純化置換緩沖液，得到所述DNA納米計(jì)算元件。

6.權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一類DNA納米計(jì)算元件在解決哈密頓路徑問(wèn)題中的應(yīng)用，具體應(yīng)用包括如下步驟：根據(jù)待求解的哈密頓路徑問(wèn)題獲取預(yù)設(shè)條件，并根據(jù)所述預(yù)設(shè)條件對(duì)矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)的粘性末端進(jìn)行DNA序列編碼并采用標(biāo)記結(jié)構(gòu)對(duì)矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)記，構(gòu)建多種不同的DNA納米計(jì)算元件；所述預(yù)設(shè)條件包括各節(jié)點(diǎn)的名稱、各節(jié)點(diǎn)之間路徑關(guān)系，其中采用標(biāo)記結(jié)構(gòu)對(duì)矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)記代表節(jié)點(diǎn)信息；對(duì)矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)的粘性末端組進(jìn)行DNA序列編碼、代表不同節(jié)點(diǎn)的矩形二維DNA納米結(jié)構(gòu)之間通過(guò)粘性末端組的堿基互補(bǔ)關(guān)系進(jìn)行匹配連接，這種粘性末端組的堿基互補(bǔ)關(guān)系代表節(jié)點(diǎn)之間的路徑關(guān)系；將根據(jù)預(yù)設(shè)條件構(gòu)建的多種不同的DNA納米計(jì)算元件在計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行混合后退火、稀釋至一定濃度后使用紫外線進(jìn)行照射后得到的產(chǎn)物利用檢測(cè)器檢測(cè)，即可獲得計(jì)算結(jié)果。

7.權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，不同節(jié)點(diǎn)之間路徑關(guān)系即邏輯路徑可以共用一個(gè)物理路徑，所述物理路徑為粘性末端組的堿基互補(bǔ)關(guān)系。