基于羧基化聚吡咯-氯化血红素和点触发链置换反应信号放大的电化学生物传感器检测转基因作物中CaMV35S序列

为适应快速增长的转基因生物(GMOs)安全评价与管理的需求,高效、可靠的转基因检测技术研究与应用的重要性日益凸显。该文采用一步法合成了羧基化聚吡咯(cPPy)与氯化血红素(Hemin)的纳米复合物(cPPy-hemin),并以其为信号标签合成了一种DNA双链结构功能化的纳米信标(DNA-cPPy-hemin)。利用cPPy-hemin增强的模拟酶催化活性,结合点触发链置换反应(TSDR)信号放大策略,制备了一种新型电化学基因传感器用于转基因成分的灵敏检测。通过信号探针(Ps)与模板链(Ts)、辅助链(As)结合形成DNA双链体结构中的-NH2功能化cPPy-hemin,制备Ts/As/Ps-cPPy-hemin双链DNA结构的纳米信标。在目标花椰菜花叶病毒35S启动子(CaMV35S)序列和燃料链(Fs)存在下,TSDR过程释放出的Ps-cPPy-hemin与固定在电化学沉积金纳米粒子修饰GCE表面上巯基化的DNA捕获探针(Cs)相结合,利用cPPy-hemin对H2O2的模拟酶催化产生的电信号,可实现对CaMV35S的定量检测。在最优条件下,该传感器对目标基因序列的检测范围为1.0×10^(-14)~1.0×10^(-9)mol/L,检出限(S/N=3)为3.2×10^(-15) mol/L。制备的传感器具有良好的选择性、重现性与稳定性,可用于转基因大豆中总DNA提取物的CaMV35S转基因片段的检测。

基于DNA链置换反应的混沌信息加密算法

针对现有的DNA加密算法中并未涉及DNA化学反应的这一弊端,提出了一种将Henon混沌映射和DNA链置换反应相结合的信息加密方案。首先利用Henon映射经过置乱和异或操作后获得的新序列对明文信息进行异或操作,随后转换成DNA序列;其次对DNA序列进行DNA链置换反应,得到新的DNA序列;最后对新的DNA序列进行解码,得到加密文本。实际分析表明,该加密方案具有较好的加密效果和安全性。

基于DNA链置换反应的圆环形逻辑门设计

利用DNA链置换技术反应进程的可编程性和DNA链动力学特征的可预测性,基于DNA链置换反应,以圆环形DNA为基本单元,构造出与非门和或非门逻辑计算模型.该模型以单链DNA分子为输入信号,利用圆环形DNA分子包含的多个DNA识别区域和小支点区域,通过探测荧光信号精确识别其输出信号,来确保DNA分子逻辑门输出结果的正确性与广泛适用性.

基于DNA链置换反应的编码器逻辑运算模型研究

作为自组装DNA计算领域中一门新技术,DNA链置换反应在分子计算领域得到了广泛的应用.基于自组装DNA计算原理,设计了对应不同逻辑门的DNA分子电路.基于DNA链置换反应机理构建了编码器逻辑电路的分子计算模型.当输入DNA分子信号链时,将不同分子浓度比的DNA分子逻辑门电路混合,借助分子间的特异性杂交反应及分子间链置换反应,最终可输出信号链分子.Visual DSD仿真结果表明了本文设计的编码器逻辑计算模型的可行性与准确性.为拓展分子逻辑电路的应用做出有益的探索.

基于DNA链置换反应的新型固定化酶反应器制备及应用

建立了一种新型的酶固定化方法,采用DNA链置换反应成功地在单链DNA标记的磁性纳米粒子上实现了酶的链置换无损更替。该技术可实现目标酶的再利用,节约了生产成本。制备的固定化胰蛋白酶微反应器具有较好的重复利用性和高酶切效率,重复使用10次后仍可保持原酶活性的86%;利用链置换反应制备的MNPs@DNATrypsin酶切马心肌红蛋白5 min后,即可获得95%±0%(n=3)的氨基酸序列覆盖率,远超过相同条件下自由酶酶切12 h的结果。实验表明,发展的固定化酶技术具有高磁响应性,便于从反应体系中回收固定化酶和重复使用,同时此技术可显著提高酶活性,因此可用于固定各种重要的酶,同时可将其广泛应用于各种酶促反应中。

基于NUPACK预测设计的Toehold诱导链置换反应及其在DNA酶催化微流控化学发光单核苷酸多态性分析中的应用

以阿尔兹海默症相关的基因片段rs242557为研究对象,通过NUPACK软件预测Toehold(黏性末端)长度对链置换反应的影响,设计具有高特异性的双链核苷酸探针;富G的核苷酸序列首先被掩蔽在WatsonCrick双链结构中,当体系加入目标基因后,通过引发链置换反应解开该双链结构,形成的DNA酶可催化氧化鲁米诺化学发光反应,最终采用微流控化学发光法实现单核苷酸多态性(SNP)分析.该方法不仅具有设计简单、免标记及检测通量高等优点,而且在仅消耗2μL试样的条件下实现了单碱基突变的rs242557目标基因的SNP分析(区分因子达56),正常目标基因的检出限为1.7 nmol/L.

基于聚合酶链置换反应的2D-LASM混沌文本加密算法

针对现有的基于DNA序列进行信息加密算法中没有涉及到DNA计算中化学反应这一问题,提出了基于聚合酶链置换反应的2D-LASM混沌映射文本加密算法.该算法将混沌映射产生的伪随机序列和明文信息进行异或操作,然后转换成DNA序列;随后再将DNA序列进行聚合酶链置换反应得到新的DNA序列.对新的DNA序列进行解码,得到密文.最后对该算法的密钥空间进行分析,可知该算法具有较好的加密效果.

一种基于目标介导核酸链置换扩增反应的电化学传感器用于赭曲霉毒素A的检测研究

本文利用聚多巴胺纳米微球(Polydopamine Nanospheres,PDANS)作为富集功能核酸的载体材料,并结合链置换扩增(Strand Displacement Amplification,SDA)技术,构建了一种可用于超灵敏检测赭曲霉毒素A(Ochratoxin A,OTA)的电化学传感方法。实验精细设计了一段整合了OTA适配体、扩增所需的引物和模板三种功能的发夹型DNA序列,并通过π-π作用吸附在PDANS表面。在PDANS的保护下,溶液中的核酸酶无法顺利消解吸附发夹型DNA,从而阻碍SDA的进行。在此条件下,带正电荷的电活性物质亚甲基蓝(MB)可以自由迁移到ITO电极表面,产生强电流信号。当OTA存在时,OTA与发卡DNA中的适配体相结合,引起发夹DNA构型变化而脱离PDANS表面。随后,在核酸内切酶和聚合酶的帮助下启动SDA反应,产生大量带负电荷的双链DNA(dsDNA)。此时,溶液中的MB分子通过静电相互作用而嵌入dsDNA沟槽中,从而使得ITO表面的电活性探针MB的数量减少,导致电流下降。该方法对OTA的检出限可以达到21 pmol/L,且无需标记和探针固定,可用于饮料中OTA的测定。

基于DNA链置换的逻辑推理问题研究

基于DNA链置换反应构建了逻辑推理问题的DNA计算模型。在不依托荧光标记技术等DNA实验技术的前提下,利用尽量少的DNA反应链和链置换反应以及构建0-1函数,实现了DNA链的浓度变化与布尔逻辑信号值之间的对应关系,将DNA模拟计算和数字逻辑运算相结合,设计出基于DNA链置换反应的基本逻辑运算"与""或""非"的DNA计算模型。利用DNA链置换反应的级联特性,将基本逻辑运算进行任意的组合,形成组合逻辑表达式,以满足不同逻辑推理问题的需求及实现完整的逻辑推理过程。通过实例得到了可满足性问题这一特殊逻辑推理问题的可行解。所有DNA链置换反应的过程和相关DNA链的浓度变化均通过Visual DSD软件仿真模拟实现。

基于级联立足点介导链置换用于非酶靶标循环放大电化学检测SARS-CoV-2

基于2个级联立足点介导DNA链置换反应(TSDRs),构建电化学生物传感器实现对SARS-CoV-2靶标核酸的低成本、灵敏及强特异性检测。在热力学熵的驱动下,靶标核酸与电极上双链DNA(dsDNA)固定探针上的第1个立足点(Toehold)区域结合引发第1个TSDR,并露出第2个Toehold区域。亚甲基蓝修饰的信号探针触发第2个TSDR,使得靶标核酸被循环利用。基于级联TSDRs,传感器表面结合大量信号探针产生明显增强的方波伏安(SWV)电化学信号。结果表明,SWV信号强度与靶标核酸浓度的对数成正比,在5×10^(-14)~5×10^(-10)mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为1.8×10^(-14)mol/L。该传感器可用于人血清样本(10%)中SARS-CoV-2靶标核酸的检测。

基于链置换扩增反应与DNA银簇的免标记核酸检测方法

提出一种基于链置换扩增反应（SDA）和DNA银簇合成的免标记核酸检测方法.该方法分为两步：第一步,模板链（TemDNA）特异性识别目标链（TarDNA）并利用链置换扩增反应扩增出银链（AgDNA）;第二步,将扩增后的AgDNA链与硝酸银合成DNA银簇,再根据产物的荧光强度实现定量检测.该方法在0~1 200nmol·L^-1浓度范围内对目标DNA具有良好的线性响应,检出限达540pmol·L^-1,且可以根据不同的目标DNA修改模板序列.

环介导等温扩增核酸技术及其应用

环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,简称LAMP)是利用4个特殊设计的引物和具有链置换活性的DNA聚合酶,在恒温条件下特异、高效、快速地扩增DNA的新技术。该技术在1h内能扩增出109靶序列拷贝,扩增产物是一系列反向重复的靶序列构成的茎环结构和多环花椰菜样结构的DNA片段的混合物,电泳后在凝胶上显现出由不同大小的区带组成的阶梯式图谱。LAMP技术以其特异性强、灵敏度高、快速、准确和操作简便等优点在核酸的科学研究、疾病的诊断和转基因食品检测等领域得到了日益广泛的应用。

基于脂质体-DNA复合体的“条形码分子开关”及其生物识别功能

构建了一种由DNA链和大单室囊泡(GUV)组装成的具有智能靶向功能的复合体(GUV-DNA)。该复合体的粒径分布及形态学大小可以通过动态光散射(DLS)技术、表面Zeta电位及暗场显微镜进行测定及观察。组装后的GUV-DNA复合体可以藏匿靶向基团于高分子结构中;而该结构中的"立足点"(Toehold)序列使外源性的另一条寡核苷酸链能够通过DNA链置换反应竞争性地将靶向基团暴露于环境中,从而实现该结构的核酸敏感型变化。荧光共振能力转移(FRET)技术及生物素-亲和素(Biotin-Avidin)捕获法阐明了该结构中的碱基配对"条形码"序列可以确保只有特异性的寡核苷酸序列才能"打开"复合体,从而暴露靶向基团。所构建的GUV-DNA复合体可以实现程序化的"开启"功能,从而释放藏匿于其中的生物靶向功能基团。

环介导管温扩增技术在动物病原检测中的应用

介绍了环介导等温扩增技术的引物设计方法、扩增原理和结果判定方法,概述了该技术在动物病毒、细菌、真菌和寄生虫检测等动物病原检测领域的应用情况,旨在为该技术的深入研究和应用提供帮助。

基于金属增强荧光的高通量碱基突变的筛查

目的开发简单特异的金属增强荧光方法以区分含突变位点和完全互补配对的核酸序列。方法靶标能通过toehold调节的链置换反应将固定在96孔板表面的发卡结构核酸打开，再加入5’端修饰了羧基荧光素的信号探针，该探针能与另一段打开的捕捉探针杂交，通过检测荧光信号实现对靶标的分析。结果相对于一般方法，金属增强荧光（MEF）能明显区分互补配对靶标和含突变靶标，并具有显著的信号放大作用（对于100nmol／L的靶标，信号放大-13倍），能检测出0．1nmol／L级别的靶标（普通方法5nmol／L）。结论为核酸突变检测提供了一种简便高通量的初筛手段。

DNA-纳米颗粒共聚体在最大匹配问题中的应用

该文提出一种DNA计算模型,利用DNA-纳米金颗粒共聚体的自组装来解决图论中的一个NP完全问题——最大匹配问题。根据模型该文设计了能够基于一个具体的图进行自组装的特殊的DNA-纳米金颗粒共聚体,然后利用一系列的实验方法来获得最终的解。这种生物化学算法可以极大地降低求解最大匹配问题的复杂度,这将为DNA自组装计算模型提供一种切实可行的方法。

Cy5光学分子信标的制备及乳腺癌miRNA-21的检测研究

目的设计一种检测早期乳腺癌筛查肿瘤标志物microRNA-21(miRNA-21)的Cy5光学茎环DNA分子信标探针,构建引物堆叠的等温循环链置换荧光定量分析方法,实现对miRNA-21的高灵敏检测。方法设计Cy5光学标记的茎环hairpinDNA(hDNA)探针,在靶标miRNA-21的配对引发下,激活等温循环链置换扩增反应,采用荧光定量分析方法,优化实验用量,对miRNA-21进行灵敏度、特异度检测,并与反转录荧光定量PCR(qRT-PCR)方法检测结果进行比较。结果本研究设计的Cy5光学hDNA探针构建的等温循环链置换扩增反应,可对miRNA-21进行高灵敏度检测,其检测限可低至1 fmol/L;检测miRNA-21特异度良好,且不与其他miRNA反应产生荧光,能有效实现单碱基突变miRNA的区分;检测miRNA-21结果与金标准qRT-PCR检测结果的差异无统计学意义(P>0.05),证明本探针检测结果具有可信性。结论本研究设计的Cy5光学探针检测miRNA-21的灵敏度和特异度高,可实现对早期乳腺癌患者的筛查及诊断。

新型无酶信号放大技术在生物传感器中的应用

为实现低含量生物分子的检测需求,常常需要借助信号放大技术来提高传感器的灵敏度。现有的信号放大技术大致可以分为酶辅助的信号放大及无酶信号放大这两类。酶固有的稳定性差、反应条件苛刻等缺点使酶辅助信号放大技术在应用上受到了一定的限制。无酶信号放大技术则不需要苛刻的实验条件且操作简单,因此受到了人们的广泛关注。该文主要就新型无酶信号放大技术在生物传感器中的应用作一综述。

异或门的DNA计算模型

利用DNA链置换反应分别求解二输入和三输入异或门逻辑电路.对于二输入异或门电路,将不同输入值编译成不同数量输入链,将特定数量的输入链加入反应器中,与反应器中的反应链发生链置换反应,充分反应后,通过判断检验器中绿色荧光分子明灭从而得到异或门电路的解;二输入异或门逻辑电路可以推广到三输入异或门逻辑电路.该方法具有操作简单,实验成本低,可行性高等优点.

二氧化锰纳米片介导的双microRNAs检测探针

精确检测生物标志物有助于提高肿瘤诊断的准确性,然而,传统的纳米探针总是检测单个生物标记物,无法保障检测的可信度和准确度。在此,设计了一种基于二氧化锰(MnO_(2))纳米片的双microRNAs(miRNAs)检测用双星探针,通过toehold调节的链置换反应来实现对两种内源性miRNAs的循环放大检测。双星探针可以同时检测不同波长的两个发射强度,这大大提高了检测的灵敏度和可控性。